ГОСТ 32144―2013 -НОРМЫ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ К ачество электрической энергии - степень соответствия характеристик электрической энергии в данной точке электрической системы совокупности нормированных показателей КЭ. Список основных показателей качества электрической энергии : 1) установившееся отклонение напряжения; 2) размах изменения напряжения; 3) доза фликера ; 4) коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения; 5) коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения; 6) коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности; 7) коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности; 8) отклонение частоты; 9) длительность провала напряжения; 10) импульсное напряжение; 11) коэффициент временного перенапряжения.
Одним из параметров качества электроэнергии является отклонение напряжения. Отклонение напряжения определяется значением установившегося отклонения напряжения. Для значения отклонения напряжения установлены нижеследующие нормы: нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на выводах приемников электроэнергии равны соответственно +5 и +10% от номинального напряжения электрической сети. Значение отклонения напряжения определяется при длительности процесса более одной минуты. Нормально допустимым отклонением напряжения считается диапазон в 5%, то есть: +/-5% (от 209 В до 231 В). Предельно допустимым отклонением напряжения считается диапазон в 10%, то есть: +/-10% (от 198 В до 242 В ). Отклонение напряжения находится по формуле δUt = ((U(t) - Un )/ Un ) х 100% где U(t) - действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты, или просто действующее значение напряжения (при коэффициенте несиннусоидальности, меньшем или равном 5%), в момент времени t, кВ; Un - номинальное напряжение, кВ.
Размах изменения напряжения Размах изменения напряжения представляет собой разность между амплитудными или действующими значениями напряжения до и после одиночного изменения напряжения и определяется по формуле δUt = (( U i - U i+1 )/√2Uн) х 100% где U i и U i+1 - значения следующих друг за другом экстремумов или экстремума и горизонтального участка огибающей амплитудных значений напряжения. К размахам изменения напряжения относят одиночные изменения напряжения любой формы с частотой повторения от двух раз в минуту до одного раза в час, имеющие среднюю скорость изменения напряжения более 0,1% в секунду (для ламп накаливания) и 0,2% в секунду для остальных приемников. Быстрые изменения напряжения вызываются ударным режимом работы двигателей металлургических прокатных станов тяговых установок железных дорог, луговых сталеплавильных печей, сварочной аппаратуры, а также частыми пусками мощных короткозамкнутых асинхронных электродвигателей, когда их пусковая реактивная мощность составляет несколько процентов мощности короткого замыкания. Число изменений напряжения в единицу времени, т. е. частота изменения напряжения, находится по формуле F = m/T, где m - число изменений напряжения за время Т, Т - общее время наблюдения размахов напряжения.
Доза колебаний напряжения Доза колебаний напряжения идентична размаху изменения напряжения и в действующих электрических сетях вводится по мере их оснащения соответствующими приборами. При использовании показателя "доза колебаний напряжения" оценка допустимости размаха изменения напряжения может не производиться, так как рассматриваемые показатели взаимозаменяемы. Доза колебаний напряжения также представляет собой интегральную характеристику колебаний напряжения, вызывающих у человека накапливающееся за установленный период времени раздражение из-за миганий света в диапазоне частот от 0,5 до 0,25 Гц. Допустимое максимальное значение дозы колебаний напряжения (ψ, (%) 2 ) в электрической сети, к которой присоединяются осветительные установки, не должно превосходить: 0,018 - с лампами накаливания в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение; 0,034 - с лампами накаливания во всех других помещениях; 0,079 - с люминесцентными лампами.
Коэффициент несинусоидальности кривой напряжения При работе в сетях мощных выпрямительных и преобразовательных установок, а также дуговых печей и установок для сварки, т. е. нелинейных элементов, происходит искажение кривых тока и напряжения. Несинусоидальные кривые тока и напряжения представляют собой гармонические колебания, имеющие различные частоты (промышленная частота - это низшая гармоника, все остальные по отношению к ней - высшие гармоники). Высшие гармоники в системе электроснабжения вызывают дополнительные потери энергии, сокращают срок службы косинусных конденсаторных батарей, электродвигателей и трансформаторов, приводят к трудностям при наладке релейной защиты и сигнализации, а также эксплуатации электроприводов с тиристорным управлением и т. д. Содержание высших гармоник в электрической сети характеризуется коэффициентом несинусоидальности кривой напряжения kнсU который определяется по выражению где N - порядок последней из учитываемых гармонических составляющих, Un - действующее значение n-й (n = 2, ... N) гармонической составляющей назначения kнсU не должны соответственно превышать: в электрической сети напряжением до 1 кВ - 5 и 10%, в электрической сети 6 - 20 кВ - 4 и 8%, в электрической сети 35 кВ - 3 и 6%, в электрической сети 110 кВ и выше 2 и 4%.ряжения, кВ. Для снижения высших гармоник применяются силовые фильтры, представляющие собой последовательное соединение индуктивного и емкостного сопротивлений, настроенных в резонанс на определенную гармонику. С целью исключения гармоник низших частот применяют преобразовательные установки с большим числом фаз.
Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения нечетного (четного) порядка Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения нечетного (четного) порядка представляет собой отношение действующего значения n-й гармонической составляющей напряжения к действующему значению напряжения основной частоты kU (n) = ( Un / Uн ) х 100% По значению коэффициента kU (n) определяется спектр n-х гармонических составляющих, на подавление которых должны быть рассчитаны соответствующие силовые фильтры. Нормальные и максимальные допустимые значения не должны соответственно превышать: в электрической сети напряжением до 1 кВ - 3 и 6%, в электрической сети 6 - 20 кВ 2,5 и 5%, в электрической сети 35 кВ - 2 и 4 %, в электрической сети 110 кВ и выше 1 и 2 %.
Несимметрия напряжений Несимметрия напряжений возникает из-за нагрузки однофазных электроприемников. Так как распределительные сети напряжением выше 1 кВ работают с изолированной или компенсированной нейтралью, то несиммегрия напряжений обусловлена появлением напряжения обратной последовательности. Несимметрия проявляется в виде неравенства линейных и фазных напряжений и характеризуется коэффициентом обратной последовательности напряжений : k 2U = (U 2(1) / U н ) х 100%, где U 2(1) - действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, кВ. Наличие напряжения обратной последовательности приводит к дополнительному нагреву обмоток возбуждении синхронных генераторов и увеличению их вибрации, к дополнительному нагреву электродвигателей и резкому сокращению срока службы их изоляции, дополнительному нагреву линий и трансформаторов увеличению количества ложных срабатываний релейной защиты На зажимах симметричного электроприемника нормально допустимый коэффициент несимметрии равен 2%, а максимально допустимый - 4 %. В четырехпроводных сетях напряжением до 1 кВ несимметрия, обусловленная однофазными приемниками, подключенными к фазным напряжениям, сопровождается прохождением тока в нулевом проводе и, следовательно, появлением напряжения нулевой последовательности. Коэффициент нулевой последовательности напряжений k 0U = (U 0(1) / U н.ф. ) х 100%, где U0(1) -действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты, кВ; U н.ф. - номинальное значение фазного напряжения, кВ. Допустимое значение U 0(1) ограничивается требованиями, предъявляемыми к отклонению напряжения, которые удовлетворяются коэффициентом нулевой последовательности, равным 2% в качестве нормального уровня и 4% максимального уровня. Снижение значения может быть достигнуто рациональным распределением однофазной нагрузки между фазами, а также увеличением сечения нулевого провода до сечения фазных проводов и применением трансформаторов в распределительной сети с группой соединения "звезда - зигзаг".
Провал напряжения и интенсивность провалов напряжения Провал напряжения - это внезапное значительное понижение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от нескольких периодов до нескольких десятков секунд. Длительность провала напряжения Δtпр - интервал времени между начальным моментом провала напряжения и моментом восстановления напряжениядо первоначального или близкого к нему уровня Значение Δtпр составляет от нескольких периодов до нескольких десятков секунд. Провал напряжения характеризуется интенсивностью и глубиной провала δUпр, представляющей собой разность между номинальным значением напряжения и минимальным действующим значением напряжения Umin в течение провала напряжения, и выражается в процентах номинального значения напряжения или в абсолютных единицах. Величина δUпр определяется следующим образом : δUпр = (( Uн - Umin )/ Uн ) х 100% или δUпр = Uн - Umin
Импульсное напряжение Импульсное напряжение - это резкое изменение напряжения, за которым следует восстановление напряжения до обычного уровня за промежуток времени от нескольких микросекунд до 10 миллисекунд. Оно представляет собой максимальное мгновенное значение напряжения импульса U имп Импульсное напряжение характеризуется амплитудой импульса U' имп, представляющей собой разность между импульсом напряжения и мгновенным значением напряжения основной частоты, соответствующим моменту начала импульса. Длительность импульса t имп - интервал времени между начальным моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгновенного значения напряжения до обычного уровня. Может быть вычислена длительность импульса t имп0,5 по уровню 0,5 его амплитуды. Импульсное напряжение определяется в относительных единицах по формуле ΔUимп = Uимп /(√2Uн) К импульсам напряжения чувствительны также такие электроприемники, как ЭВМ, силовая электроника и др. Импульсные напряжения появляются вследствие коммутаций в электрической сети. Меры по снижению импульсных напряжений должны предусматриваться при разработке конкретных проектов электроснабжения. Допустимые значения импульсных напряжений ГОСТ не указывает.
Отклонения частоты Изменения частоты обусловлены изменениями суммарной нагрузки и характеристиками регуляторов частоты вращения турбин. Большие отклонения частоты возникают в результате медленного регулярного изменения нагрузки при недостаточном резерве активной мощности. Частота напряжения в отличие от других явлений, ухудшающих качество электроэнергии, является общесистемным параметром: все генераторы, присоединенные к одной системе, генерируют электроэнергию на напряжении одинаковой частоты — 50 Гц. Согласно первому закону Кирхгофа всегда существует строгий баланс между выработкой и генерацией мощности. Поэтому любое изменение мощности нагрузки вызывает изменение частоты, что приводит к изменению выработки активной мощности генераторов, для чего блоки "турбина - генератор" оборудуют устройствами, позволяющими регулировать поступление энергоносителя в турбину в зависимости от изменений частоты в электрической системе. При определенном росте нагрузки оказывается, что мощность блоков "турбина - генератор" исчерпана. Если нагрузка продолжает увеличиваться, баланс устанавливается при пониженной частоте — возникает отклонение частоты. В этом случае говорят о дефиците активной мощности для поддержания номинальной частоты. Отклонение частоты Δf от номинального значения fн определяется по формуле Δf = f - fн, где f - текущее значение частоты в системе. Изменения частоты, превышающие 0,2 Гц, существенно влияют на технико-экономические показатели работы электроприемников, поэтому нормально допустимое значение отклонения частоты равно ±0,2 Гц, а максимально допустимое значение отклонений частоты составляет ± 0,4 Гц. В послеаварийных режимах допускается отклонение частота от +0,5 Гц до - 1 Гц в течение не более 90 ч в год. Отклонение частоты от номинальной приводит к увеличению потерь энергии в сети, а также к снижению производительности технологического оборудования.
Вольтодобавочные трансформаторы предназначаются для обеспечения качества электроэнергии в соответствии с принятыми требованиями для определенной установки. Основное назначение — стабилизация и уравновешивание уровня напряжения. Также модели могут выступить в роли компенсатора асимметричной нагрузки. Простейший вольтодобавочный трансформатор состоит из активной и конструктивной части. Последняя включает в себя бак с крышкой, отсек электронного блока управления. Алгоритм работы вольтодобавочного трансформатора основывается на изменении мощности. Установки на частоту 50 Герц делают под напряжением от 127 до 660 Вольт. Они подсоединяются к источнику сети, без дополнительных элементов. Если мощностный коэффициент не достигает 0,8, то компенсируют реактивную мощности при помощи конденсаторов. При этом изменение режима можно включать в сети использование различных регуляторов и смену числа витков индуктора. Если напряжение последнего меньше определенного установленного, то применяются тс понижающего типа. Если в сети наблюдаются колебания напряжения, то необходима корректировка режима и стабилизация показателей. Обязательно действие ведется не на цепи возбуждения, а на силовые. Вольтодобавка при падении напряжения позволяет не переключаться в режим холостого хода.
Благодаря развитию литий-ионных аккумуляторов в России появилось новое решение для электрических сетей – система накопления электрической энергии (СНЭ или СНЭЭ, далее – накопитель ). Основные параметры накопителя энергоемкость и мощность, чем меньше эти параметры, тем меньше конечная стоимость решения. Поэтому чтобы повысить экономическую эффективность применения накопителя, нужно чтобы его параметры были минимальными, но достаточными для разрешения проблем электрических сетей. В зависимости от разрешаемых проблем сейчас сформировались три направления применения накопителей в электрических сетях: 1) поддержание нормативного уровня напряжения в распределительной перегруженной сети; 2) обеспечение надежности энергоснабжения (резервный источник питания); 3) замена протяженных незагруженных линий мобильными накопителями.
Fluke 345 измеряет широкий спектр электрических параметров для обнаружения и устранения неполадок электропитания в одно- и трехфазных электрических нагрузках. Fluke 345 имеет яркий цветной дисплей для отображения осциллограмм и трендов, фильтр нижних частот для устранения высокочастотных шумов и конструкцию, обеспечивающую высокую стойкость к электромагнитным помехам. Он является идеальным прибором для исследования нагрузок при коммутации, например, в приводах с регулируемой скоростью, электронных системах управления освещением и системах бесперебойного питания.
Fluke VR1710 представляет собой подключаемый в розетку однофазный регистратор качества напряжения, который обеспечивает быструю и удобную регистрацию трендов изменения напряжения, падения напряжения, гармоник и общего качества электропитания, включая провалы и скачки, чтобы помочь персоналу, занимающемуся эксплуатацией и управлением установок, легко определить причину проблем с напряжением. Параметры качества напряжения включают среднеквадратичное значение, переходные процессы, фликкер и гармоники (до 32-й гармоники), которые записываются на основании выбранного пользователем среднего периода выборки от 1 секунды до 20 минут
Анализаторы Fluke 434, 435 и 437 серии II позволяют обнаруживать, прогнозировать, предотвращать и устранять проблемы с качеством электроэнергии в трехфазных и однофазных системах распределения, который позволяет измерить и рассчитать потери энергии, вызванные гармониками и дисбалансом, а также позволяет пользователю точно определить источник потерь энергии в системе • Калькулятор потерь энергии: после классического измерения активной и реактивной мощности, разбаланировки и мощности гармоник определяется истинный объем потерь электроэнергии в долларах. • Эффективность силового инвертора: одновременное измерение выходной мощности переменного тока и входной мощности постоянного тока для систем силовой электроники с помощью дополнительного клещевого амперметра постоянного тока. • Сбор данных PowerWave : анализаторы 435 и 437 серии II быстро собирают среднеквадратичные данные, показывают полупериоды и осциллограммы для описания динамики электрической системы • Захват осциллограммы сигнала: без настройки модели 435 и 437 серии II захватывают 100/120 циклов (для частоты 50/60 Гц) для каждого события, обнаруженного в любом режиме. • Автоматическая регистрация переходных процессов: анализаторы 435 и 437 серии II захватывают данные переходных процессов с шагом 5 мкс на всех этапах одновременно при напряжении до 6 кВ. • Полное соответствие классу A: анализаторы 435 и 437 серии II проводят испытания в соответствии с самым строгим международным стандартом IEC 61000-4-30 класса A. • Измерение на частоте 400 Гц: анализатор 437 серии II измеряет качество электроэнергии для авиационных и военных энергетических систем.
