Показатели качества электроэнергии

1.Показатели качества электроэнергии

Электрическая энергия есть товар. Как всякий товар  на должна быть качественной. Для контроля её качества существует ГОСТ 13109-97. Этот стандарт разработан в Российской Федерации  и пронят в Украине в 2000 г. В отличие от предыдущего стандарта 1987 года, где все показатели качества электроэнергии (ПКЭ) ориентированы на зажимы электроприемников, настоящий стандарт нормирует показатели в точке общего присоединения.

ГОСТ 13109-97 вводит ряд понятий:

-точка общего  присоединения это точка электрической  сети общего назначения, электрически  ближайшая к сетям рассматриваемого  потребителя электроэнергии, к которой  присоединены электрические сети  других потребителей;

-потребитель  электроэнергии - юридическое ил  физическое лицо, осуществляющее  пользование электрической энергией;

-фликер - субъективное  восприятие человеком колебаний  светового потока искусственных  источников освещения, вызванных  колебаниями напряжения в электрической  сети;

-доза фликера  - мера восприимчивости человека  к воздействию фликера за установленный  промежуток времени;

-частота  повторения изменений напряжения - число одиночных изменений напряжения  в единицу времени;

-провал напряжения - внезапное понижение напряжения  в точке электрической сети  ниже 0,9 U_НОМ, за которым следует восстановление до первоначального или близкого к нему значения через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд;

-импульс  напряжения - резкое изменение напряжения  в точке электрической сети, за  которым следует восстановление  до первоначального или близкого  к нему уровня за промежуток  времени до нескольких миллисекунд.

     ГОСТ 13109-97 устанавливает  нормы для следующих показателей   качества электроэнергии:

-установившееся  отклонение напряжения;

-колебания  напряжения;

-несинусоидальность  напряжения;

-несимметря  напряжений;

-отклонение  частоты;

-провал напряжения;

-импульс  напряжения

-    временное перенапряжение.

Установлены два вида норм КЭ: нормально  допустимые и предельно допустимые.

 Для определения соответствия  значений измеряемых показателей  КЭ нормам настоящего стандарта  устанавливается минимальный интервал  времени измерений, равный 24 часа.

 

Отклонения  напряжения определяются разностью между действительным U и номинальным U_ном значениями напряжения, В:

dU_у = U - U_ном,

или, %,

dU_у .                                                  (1.1)

В качестве действительного напряжения U в трехфазных электрических сетях принимается напряжение прямой последовательности основной частоты. Нормально допустимые значения ОН составляют ±5 %, а ПДЗ ±10 %.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения отклонения напряжения в точке общего присоединения в сетях 0,38 кВ и  выше должны быть установлены в договорах  на потребление електроэнергии между  потребителем и энергоснабжающей организацией.

Допустимые  пределы изменения напряжения согласно ГОСТ 13109-97 соответствуют зонам оптимальных  значений напряжения.

 

Колебания напряжения. К колебаниям относят быстрые изменения действующего значения напряжения, происходящие со скоростью 1-2% в секунду и более.

Колебания напряжения характеризуются амплитудой (размахом изменения напряжения) dU_t; частотой f и интервалами между следующими друг за другом изменениями напряжения Dt_{i, i+1} (рис. 1.1); интенсивностью мигания ламп накаливания,

 

 

Рис. 1.1. Колебания напряжений (пять размахов изменений напряжения за 12 с)

 

оказывающих раздражающее влияние на зрение человека (дозой, т.е. интенсивностью фликера или  иначе фликером напряжения (ФН)).

Амплитуда колебаний  определяется разностью между следующими друг за другом экстремумами огибающей  действующих значений напряжения

 

(1.2)

или в относительных единицах

.

(1 .3)

Частота (или средняя частота) изменений напряжения при числе их m за время Т (1/с, 1/ч):

.

Значение  дозы фликера связано с мощностью  КН и определяется интегралом

,

где g(f) - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) зрительного анализатора;  G(f, t) - частотный спектр процесса изменения напряжения в момент времени t; q  - интервал осреднения, учитывающий эффект памяти восприятия, q = 300 мс.

Коэффициент k  в формуле выбирается таким образом, чтобы значение Р_t = 1 соответствовало порогу визуальной восприимчивости возникновения неприятных ощущений. Более высокие значения Р_t будут означать, что ДФ превосходит порог его восприимчивости и может стать раздражающей или невыносимой.

Доза  фликера характеризует мощность КН с учетом характерных особенностей зрительного и мозгового восприятия человеком колебаний светового  потока ламп накаливания, полностью  подобных КН. Лампы накаливания являются наиболее массовыми нагрузками, чувствительными  к КН в большей мере, чем телевизионные  приемники, компьютеры, электронные  и микроэлектронные устройства управления. Доза фликера выражается в безразмерных единицах; ординаты стандартной кривой допустимых значений КН (рис. 1.2, кривая 2) соответствуют значению ДФ, определенному в течение 10 мин с вероятностью 99 %:

Р_st = 1,

Р_st называется также кратковременной дозой фликера. В основу современных методов нормирования колебаний напряжения МЭК положен этот подход.

 

 

 

Рис. 1.2. Кривые допустимых значений размахов изменений напряжения в зависимости  от частоты их повторения

 

Первые  нормативы исходили из нормирования значения (t) согласно кривым допустимых значений, которые были представлены для помещений с различными требованиями к освещенности, в частности, оценивалась допустимость среднеквадратичной амплитуды колебаний при их средней частоте, либо оценки энергии колебаний:

,

где   - размах колебаний напряжения с частотой ; - амплитудно-частотная характеристика зрительного анализатора.

Нормирование  КН основывается на характерных особенностях зрительного восприятия светового  потока ламп накаливания, вызываемых КН.

Процесс зрительного  восприятия при КН моделируется на основе теории прохождения сложного сигнала через нелинейную динамическую систему. Ряд многолетних экспериментальных  исследований позволил построить АЧХ  зрительного анализатора (рис. 1.3), принятую МЭК.

Рис. 1.3. Амплитудно-частотная характеристика зрительного анализатора

Значение  ДФ адекватно отображает реакцию  человека на любой вид (форму) изменений  светового потока, независимо от источника  возмущения.

Важным является определение времени наблюдения. Его можно было бы выбрать по длительности рабочего цикла оборудования, создавшего КН. Однако желательно его принять  одинаковым независимо от типа источника  колебаний. Наиболее подходящим промежутком  времени является интервал  
10 мин. Доза фликера на 10-минутном интервале обозначается Р_st.

Исследования, проведенные в рамках МЭК, показали, что для оценки   достаточно использовать пять точек (уровней):

- уровень,  который превышался в течение  0,1% времени наблюдения; - уровень, который превышался в течение 1,0% времени наблюдения; - уровень, который превышался в течение 3,0 % времени наблюдения; - уровень, который превышался в течение 10% времени наблюдения.

Для расчета  сглаженных уровней фликера  по упорядоченной диаграмме (рис. 1.4) определяют уровни фликера , соответствующие интегральным вероятностям, равным 0,1; 0,7; 1,0; 1,5; 2,2; 3.0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0; 13,0; 17,0; 30,0; 50,0; 80,0, %:

;

;

;

:

.

Исходная точка  соответствует уровню фликера, который превышался в течение половины времени наблюдения, и поэтому характеризует средний уровень фликера.

Коэффициенты  имеют следующие значения:

= 0,0314 - для 0,1 %-ного уровня;

= 0,0525 - для 1,0 %-ного уровня;

= 0,0657 - для 3,0 %-ного уровня;

= 0,28 - для 10,0 %-ного уровня;

= 0,08 - для 50,0 %-ного уровня.

Все выбранные  коэффициенты положительны, что обеспечивает устойчивость полученных значений ДФ.

Для принятого  периода наблюдения (10 мин) ДФ определяется следующим образом:

 

 

Предложенный 10-минутный интервал может быть использован  для оценки ДФ, вызываемого прокатными станами, насосами, бытовым оборудованием. Если общий эффект КН обусловлен рядом  резкопеременных нагрузок, характеризующихся  случайным характером работы (сварка, электродвигатели и др.), длительную дозу фликера за промежуток времени, равный  
2 ч, определяют, исходя из совокупности 10-минутных значений:

.

(1.4)

 

Согласно ГОСТ 13109-97, допустимость амплитуд КН прямоугольной формы (так  называемая форма меандра) определяется по кривым допустимых значений амплитуд в зависимости от частоты или  интервала между соседними амплитудами (рис. 1.2). Кривые представлены для обычных  помещений (1) и помещений, оборудованных лампами накаливания, где требуется значительное зрительное напряжение (2).

Для сетей  напряжением 0,38 кВ сумма установившихся значений ОН и амплитуды КН не должны превышать 0,1 U_ном.

При формах КН, отличных от меандра, ДФ ограничивается значениями £ 1,38; 1,0. Кратковременное значение ДФ определяется на интервале, равном 10 мин, длительное - равном 2 ч. Отдельно лимитировано значение ДФ в точках общего присоединения потребителей, располагающих лампами накаливания: £ 1,0; 0,74.

Несимметрия напряжений трехфазной сети характеризуется коэффициентом обратной последовательности напряжений k_2U, %, определяемым отношением напряжения обратной последовательности U₂ к номинальному напряжению:

.                 (1.5)

Значение  k_2U в пределах до 2 % нормально допустимо на зажимах любого трехфазного симметричного приемника ЭЭ (ПДЗ составляет 4%).

Коэффициент нулевой последовательности напряжений, , определяется отношением напряжения нулевой последовательности основной частоты к номинальному фазному напряжению U_ном.ф, %:

.             (1.6)

Согласно  ГОСТ 13109-97, в распределительных сетях  с однофазными осветительными и  бытовыми приемниками ЭЭ нормально допустимое значение k_0U соответствует 2 %, а ПДЗ - 4 %.

 

Несинусоидальность напряжения характеризуется значением коэффициента искажения кривой напряжения k_U, %, который определяется отношением действующего значения ВГ напряжения U_n к напряжению основной частоты U₁ или номинальному напряжению:

   ,      (1.7)

где - действующее значение напряжения n-й гармоники, В (кВ); n - номер последней из учитываемых гармоник.

Допустимые  значения  k_U  приведены в табл. 1.1.

 

Таблица 1.1. Коэффициент несинусоидальности напряжения, %

Напряжение Uном,, кВ	Нормально допустимое значение	Предельно допустимое значение
0,38	8,0	12,0
6-20	5,0	8,0
35	4,0	6,0
110-330	2,0	3,0

Кроме коэффициента несинусоидальности ГОСТ 13109-97 нормирует  также значения коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения, %

.

Значения  представлены в соответствующей таблице стандарта.

Предельно допустимое значение коэффициента n-й ВГ принимается в 1,5 раза большим нормально допустимого.

 

Отклонения частоты. Отклонение частоты переменного тока в электрических сетях характеризуется показателем отклонения частоты

,

где f  и f_ном - соответственно текущее и номинальное значения частоты.

ГОСТ 13109-97 устанавливает следующие нормы: нормально допустимое значение = ±0,2 Гц, предельно допустимое значение = ±0,4 Гц. Для определения отклонения частоты вычисляется среднее значение частоты на интервале времени Dt = 20 с