Показатели качества электрической энергии

Лекция 4-6 ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ План: 1. Характеристика показателей и нормы качества электрической энергии. 1.1. Продолжительные изменения характеристик напряжения. 1.1.1. Отклонение частоты. 1.1.2. Медленные изменения напряжения. 1.1.3. Колебания напряжения и фликер. 1.1.4. Несинусоидальность напряжения. 1.1.5. Несимметрия напряжений в трехфазных системах, напряжения сигналов, передаваемых по электрическим сетям. 1.2. Случайные события. 1.2.1 Прерывания напряжения. 1.2.2. Провалы напряжения и перенапряжения. 1.2.3. Импульсные напряжения. 2. Способы и технические средства улучшения качества электроэнергии. 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ И НОРМ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Перечень и нормативные (допустимые) значения показателей качества электроэнергии (ПКЭ) установлены ГОСТ 32144–2013 «Электрическая энергия. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». Снижение качества электроэнергии обусловливает: - увеличение потерь во всех элементах электрической сети; - перегрев вращающихся машин, ускоренное старение изоляции, сокращение срока службы (в некоторых случаях выход из строя) электрооборудования; - рост потребления электроэнергии и требуемой мощности электрооборудования; - нарушение работы и ложные срабатывания устройств релейной защиты и автоматики; - сбои в работе электронных систем управления, вычислительной техники и специфического оборудования; - вероятность возникновения однофазных коротких замыканий из-за ускоренного старения изоляции машин и кабелей с последующим переходом однофазных замыканий в многофазные; - появление опасных уровней наведенных напряжений на проводах и тросах отключенных или строящихся высоковольтных линий электропередач, находящихся вблизи действующих; - помехи в теле- и радиоаппаратуре, ошибочная работа рентгеновского оборудования; - неправильная работа счетчиков электрической энергии. Качество электроэнергии характеризуется параметрами (частоты и напряжения) в узлах присоединений уровней системы электроснабжения. Частота – общесистемный параметр, который определяется балансом активной мощности в системе. При возникновении дефицита активной мощности в системе происходит снижение частоты до такого значения, при котором устанавливается новый баланс вырабатываемой и потребляемой электроэнергии. При этом снижение частоты связано с уменьшением скорости вращения электрических машин и уменьшением их кинетической энергии. Освобождающаяся при этом кинетическая энергия используется для поддержания частоты. Поэтому частота в системе меняется сравнительно медленно. Однако при дефиците активной мощности (более 30 %) частота меняется быстро и возникает эффект «мгновенного» изменения частоты – «лавина частоты». Изменение частоты со скоростью более 0,2 Гц в секунду принято называть колебаниями частоты. Напряжение в узле электроэнергетической системы определяется балансом реактивной мощности по системе в целом и балансом реактивной мощности в узле электрической сети. Изменения характеристик напряжения электропитания в точке передачи электрической энергии пользователю электрической сети, относящихся к частоте, значениям, форме напряжения и симметрии напряжений в трехфазных системах электроснабжения, подразделяют на две категории – продолжительные изменения характеристик напряжения и случайные события. Продолжительные изменения характеристик напряжения электропитания представляют собой длительные отклонения характеристик напряжения от номинальных значений и обусловлены, в основном, изменениями нагрузки или влиянием нелинейных нагрузок. Случайные события представляют собой внезапные и значительные изменения формы напряжения, приводящие к отклонению его параметров от номинальных. Данные изменения напряжения, как правило, вызываются непредсказуемыми событиями (например, повреждениями оборудования пользователя электрической сети) или внешними воздействиями (например, погодными условиями или действиями стороны, не являющейся пользователем электрической сети). 1.1. Продолжительные изменения характеристик напряжения 1.1.1. Отклонение частоты Показателем качества электроэнергии, относящимся к частоте, является отклонение значения основной частоты напряжения электропитания от номинального значения, Δf, Гц Δf=fm− fnom, (1) где fm – значение основной частоты напряжения электропитания, Гц, измеренное в интервале времени 10 с в соответствии с требованиями ГОСТ 30804.4.30, подраздел 5.1; fnom – номинальное значение частоты напряжения электропитания, Гц. Номинальное значение частоты напряжения электропитания в электрической сети равно 50 Гц. Для указанного показателя качества электроэнергии установлены следующие нормы: отклонение частоты в синхронизированных системах электроснабжения не должно превышать ± 0,2 Гц в течение 95 % времени интервала в одну неделю и ± 0,4 Гц в течение 100 % времени интервала в одну неделю; - отклонение частоты в изолированных системах электроснабжения с автономными генераторными установками, не подключенных к синхронизированным системам передачи электрической энергии, не должно превышать ± 1 Гц в течение 95 % времени интервала в одну неделю и ± 5 Гц в течение 100 % времени интервала в одну неделю. При оценке соответствия электрической энергии нормам качества электроэнергии, относящимся к частоте, должны быть проведены измерения по ГОСТ 30804.4.30, класс А, при этом маркированные данные не учитывают. 1.1.2. Медленные изменения напряжения Медленные изменения напряжения электропитания (как правило, продолжительностью более 1 мин.) обусловлены обычно изменениями нагрузки электрической сети. Показателями качества электроэнергии, относящимися к медленным изменениям напряжения электропитания, являются отрицательное δU(-) и положительное δU(+) отклонения напряжения электропитания в точке передачи электрической энергии от номинального / согласованного значения, %: 𝛿𝑈(-)=[(𝑈0 − 𝑈𝑚(−) )/𝑈0 ] ∙ 100, (2) 𝛿𝑈(+) = [(𝑈𝑚(+) − 𝑈0 )⁄𝑈0 ] ∙ 100, (3) где Um(-), Um(+) – значения напряжения электропитания, меньшие U0 и большие U0 соответственно, усредненные в интервале времени 10 мин в соответствии с требованиями ГОСТ 30804.4.30, подраздел 5.12; U0 – напряжение, равное стандартному номинальному напряжению Unom или согласованному напряжению Uc. В электрических сетях низкого напряжения стандартное номинальное напряжение электропитания Unom равно 220 В (между фазным и нейтральным проводниками для однофазных и четырехпроводных трехфазных систем) и 380 В (между фазными проводниками для трех- и четырехпроводных трехфазных систем). В электрических сетях среднего и высокого напряжений вместо значения номинального напряжения электропитания принимают согласованное напряжение электропитания Uc. Для указанных выше показателей качества электроэнергии установлены следующие нормы: положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи электрической энергии не должны превышать 10 % номинального или согласованного значения напряжения в течение 100 % времени интервала в одну неделю. Допустимые значения положительного и отрицательного отклонений напряжения в точках общего присоединения должны быть установлены сетевой организацией с учетом необходимости выполнения норм настоящего стандарта в точках передачи электрической энергии. В электрической сети потребителя должны быть обеспечены условия, при которых отклонения напряжения питания на зажимах электроприемников не превышают установленных для них допустимых значений при выполнении требований настоящего стандарта к качеству электрической энергии в точке ее передачи. При оценке соответствия электрической энергии нормам ее качества, относящимся к медленным изменениям напряжения, должны быть проведены измерения по ГОСТ 30804.4.30, подраздел 5.12, класс А, при этом маркированные данные не учитываются. 1.1.3. Колебания напряжения и фликер Колебания напряжения электропитания (как правило, продолжительностью менее 1 мин), в том числе одиночные быстрые изменения напряжения, обусловливают возникновение фликера. Показателями качества электроэнергии, относящимися к колебаниям напряжения, являются кратковременная доза фликера Pst, измеренная в интервале времени 10 мин., и длительная доза фликера Plt , измеренная в интервале времени 2 ч, в точке передачи электрической энергии. Для указанных показателей качества электроэнергии установлены следующие нормы: - кратковременная доза фликера Pst не должна превышать значения 1,38; - длительная доза фликера Plt не должна превышать значения 1,0 в течение 100 % времени интервала в одну неделю. При оценке соответствия электрической энергии нормам ее качества, относящимся к колебаниям напряжения, должны быть проведены измерения по ГОСТ Р 51317.4.15–2012 (МЭК 61000-4-15:2010), при этом маркированные данные не учитывают. Одиночные быстрые изменения напряжения вызываются, в основном, резкими изменениями нагрузки в электроустановках потребителей, переключениями в системе либо неисправностями и характеризуются быстрым переходом среднеквадратического значения напряжения от одного установившегося значения к другому. Обычно одиночные быстрые изменения напряжения не превышают 5 % в электрических сетях низкого напряжения и 4 % – в электрических сетях среднего напряжения, но иногда изменения напряжения с малой продолжительностью до 10 % Unom и до 6 % Uc соответственно могут происходить несколько раз в день. Если напряжение во время изменения пересекает пороговое значение начала провала напряжения или перенапряжения, одиночное быстрое изменение напряжения классифицируют как провал напряжения или перенапряжение. 1.1.4. Несинусоидальность напряжения Гармонические составляющие напряжения. Гармонические составляющие напряжения обусловлены, как правило, нелинейными нагрузками пользователей электрических сетей, подключаемыми к электрическим сетям различного напряжения. Гармонические токи, протекающие в электрических сетях, создают падения напряжений на полных сопротивлениях электрических сетей. Гармонические токи, полные сопротивления электрических сетей и, следовательно, напряжения гармонических составляющих в точках передачи электрической энергии изменяются во времени. Показателями качества электроэнергии, относящимися к гармоническим составляющим напряжения являются: - значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения до 40-го порядка EU(n) в процентах напряжения основной гармонической составляющей U1 в точке передачи электрической энергии; - значение суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения (отношения среднеквадратического значения суммы всех гармонических составляющих до 40-го порядка к среднеквадратическому значению основной составляющей) KU, % в точке передачи электрической энергии. Для указанных показателей качества электрической энергии установлены следующие нормы: а) значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения КU(n), усредненные в интервале времени 10 мин., не должны превышать значений, установленных в таблицах 1–3, в течение 95 % времени интервала в одну неделю; б) значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения КU(n), усредненные в интервале времени 10 мин., не должны превышать значений, установленных в таблицах 1–3, увеличенных в 1,5 раза, в течение 100 % времени каждого периода в одну неделю; в) значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения KU, усредненные в интервале времени 10 мин., не должны превышать значений, установленных в таблице 4, в течение 95 % времени интервала в одну неделю; г) значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения KU, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать значений, установленных в таблице 5, в течение 100 % времени интервала в одну неделю. Измерения напряжения гармонических составляющих Un должны быть проведены в соответствии с требованиями ГОСТ 30804.4.7, класс I, в интервалах времени 10 периодов без промежутков между интервалами с последующим усреднением в интервале времени 10 мин. В качестве результатов измерений в интервалах времени 10 периодов должны быть применены гармонические подгруппы по ГОСТ 30804.4.7, подраздел 3.2. В качестве суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения KU должны быть применены суммарные коэффициенты гармонических подгрупп по ГОСТ 30804.4.7, подраздел 3.3. Таблица 1 – Значения коэффициентов нечетных гармонических составляющих напряжения не кратных трем КU(n) Таблица 2 – Значения коэффициентов нечетных гармонических составляющих напряжения, кратных трем КU(n) Таблица 3 – Значения коэффициентов гармонических составляющих КU(n) напряжения четных Таблица 4 – Значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения KU Таблица 5 – Значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения KU При оценке соответствия электрической энергии нормам ее качества, относящимся к гармоническим составляющим напряжения, маркированные данные не учитывают. Уровень интергармонических составляющих напряжения электропитания увеличивается в связи с применением в электроустановках частотных преобразователей и другого управляющего оборудования. Допустимые уровни интергармонических составляющих напряжения электропитания находятся в настоящее время на рассмотрении. 1.1.5. Несимметрия напряжений в трехфазных системах, напряжения сигналов, передаваемых по электрическим сетям Несимметрия трехфазной системы напряжений обусловлена несимметричными нагрузками потребителей электрической энергии или несимметрией элементов электрической сети. Показателями качества электрической энергии, относящимися к несимметрии напряжений в трехфазных системах, являются коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности KU2 и коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности KU0. Для указанных показателей качества электрической энергии установлены следующие нормы: - значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности KU2 и несимметрии напряжений по нулевой последовательности KU0 в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин., не должны превышать 2 % в течение 95 % времени интервала в одну неделю; - значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности KU2 и несимметрии напряжений по нулевой последовательности KU0 в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин., не должны превышать 4 % в течение 100 % времени интервала в одну неделю. При оценке соответствия электрической энергии нормам ее качества, относящимся к несимметрии напряжений, должны быть проведены измерения по ГОСТ 30804.4.30, подраздел 5.7, класс А, при этом маркированные данные не учитывают. Напряжения сигналов, передаваемых по электрическим сетям Допустимые уровни напряжения сигналов, передаваемых по электрическим сетям, и методы оценки соответствия требованиям находятся в настоящее время на рассмотрении. 1.2. Случайные события 1.2.1. Прерывания напряжения Прерывания напряжения относят к создаваемым преднамеренно, если пользователь электрической сети информирован о предстоящем прерывании напряжения, и к случайным, вызываемым длительными или кратковременными неисправностями, обусловленными, в основном, внешними воздействиями, отказами оборудования или влиянием электромагнитных помех. Создаваемые преднамеренно прерывания напряжения, как правило, обусловлены проведением запланированных работ в электрических сетях. Случайные прерывания напряжения подразделяют на длительные (длительность более 3 мин) и кратковременные (длительность не более 3 мин). Ежегодная частота длительных прерываний напряжения (длительностью более 3 мин) в значительной степени зависит от особенностей системы электроснабжения (в первую очередь, применения кабельных или воздушных линий) и климатических условий. Кратковременные прерывания напряжения наиболее вероятны при их длительности менее нескольких секунд. В трехфазных системах электроснабжения к прерываниям напряжения относят ситуацию, при которой напряжение меньше 5 % опорного напряжения во всех фазах. Если напряжение меньше 5 % опорного напряжения не во всех фазах, ситуацию рассматривают, как провал напряжения. Пороговое значение начала прерывания считают равным 5 % опорного напряжения. Классификация кратковременных прерываний напряжения приведена в таблице 6. Таблица 6 – Классификация кратковременных прерываний напряжения по длительности Провалы и прерывания напряжения измеряют в соответствии с ГОСТ 30804.4.30 на основе измерений среднеквадратических значений напряжения, обновляемых для каждого полупериода. Параметрами провалов, прерываний напряжения, являются остаточное напряжение и длительность. В электрических сетях низкого напряжения, четырехпроводных трехфазных системах учитывают фазные напряжения; в трехпроводных трехфазных системах учитывают линейные напряжения; в случае однофазного подключения учитывают питающее напряжение (фазное или линейное в соответствии с подключением потребителя). Пороговое значение начала провала напряжения принимают равным 90 % опорного напряжения. Пороговое значение начала прерывания напряжения принимают равным 5 % опорного напряжения. При измерениях в многофазных системах рекомендуется определять и записывать число фаз, затрагиваемых каждым событием. Для электрических сетей трехфазных систем следует использовать многофазное сведение данных, которое заключается в определении эквивалентного события, характеризующегося одной длительностью и одним остаточным напряжением. Результаты измерений характеристик провалов и прерываний напряжения в электрических сетях по данным ГОСТ 29322 приведены в таблицах 7 и 8. Таблица 7 – Результаты измерений характеристик провалов и прерываний напряжения для кабельных электрических сетей Таблица 8 – Результаты измерений характеристик провалов и прерываний напряжения для смешанных (кабельных и воздушных) электрических сетей 1.2.2. Провалы напряжения и перенапряжения Провалы напряжения обычно происходят из-за неисправностей в электрических сетях или в электроустановках потребителей, а также при подключении мощной нагрузки. Провал напряжения, как правило, связан с возникновением и окончанием короткого замыкания или иного резкого возрастания тока в системе или электроустановке, подключенной к электрической сети. Провал напряжения рассматривается как электромагнитная помеха, интенсивность которой определяется как напряжением, так и длительностью. Длительность провала напряжения может быть до 1 мин. В трехфазных системах электроснабжения за начало провала напряжения принимают момент, когда напряжение хотя бы в одной из фаз падает ниже порогового значения начала провала напряжения, за окончание провала напряжения принимают момент, когда напряжение во всех фазах возрастает выше порогового значения окончания провала напряжения. Классификация провалов напряжения приведена в таблице 9. Таблица 9 – Классификация провалов напряжения по остаточному напряжению и длительности Перенапряжения, как правило, вызываются переключениями и отключениями нагрузки. Перенапряжения могут возникать между фазными проводниками или между фазными и защитным проводниками. В зависимости от устройства заземления короткие замыкания на землю могут также приводить к возникновению перенапряжения между фазными и нейтральным проводниками. В соответствии с требованиями настоящего стандарта перенапряжение рассматривается как электромагнитная помеха, интенсивность которой определяется как напряжением, так и длительностью. Длительность перенапряжения может быть до 1 мин. Оба явления – провалы и перенапряжения – непредсказуемы и в значительной степени случайны. Частота возникновения их зависит от типа системы электроснабжения, точки наблюдения, времени года. Характеристики провалов напряжения, а также данные об определении и их оценке приведены в таблицах 7, 8. Перенапряжения измеряют в соответствии с ГОСТ 30804.4.30, подраздел 5.4 на основе измерений среднеквадратических значений напряжения, обновляемых для каждого полупериода. Пороговое значение начала перенапряжения принимают равным 110 % опорного напряжения. В среднем за год в точке присоединения возможны около 30 перенапряжений. При обрыве нулевого проводника в трехфазных электрических сетях напряжением до 1 кВ, работающих с глухо заземленной нейтралью, возникают временные перенапряжения между фазой и землей. Уровень таких перенапряжений при значительной несимметрии фазных нагрузок может достигать значений линейного напряжения, а длительность – нескольких часов. В системах низкого напряжения, при определенных обстоятельствах, неисправность, произошедшая электрически выше трансформатора, может породить временные перенапряжения на стороне низкого напряжения на время, в течение которого протекает ток, вызванный неисправностью. Такие перенапряжения в общем случае не превышают 1,5 кВ. Для систем среднего напряжения ожидаемая величина такого перенапряжения зависит от типа заземления в системе. В системах с жестко заземленной нейтралью или с заземлением нейтрали через сопротивление перенапряжение обычно не превышает 1,7 Uc. В системах с изолированной нейтралью или с заземлением нейтрали через реактор перенапряжение обычно не превышает 2,0 Uc. Тип заземления указывается оператором сети. 1.2.3. Импульсные напряжения Импульсные напряжения в точке передачи электрической энергии пользователю электрической сети вызываются, в основном, молниевыми разрядами или процессами коммутации в электрической сети или электроустановке потребителя электрической энергии. Время нарастания импульсных напряжений может изменяться в широких пределах (от значений менее 1 микросекунды до нескольких миллисекунд). Импульсные напряжения, вызванные молниевыми разрядами, в основном, имеют большие амплитуды, но меньшие значения энергии, чем импульсные напряжения, вызванные коммутационными процессами, характеризующимися, как правило, большей длительностью. Расчетные значения импульсных напряжений, вызываемых молниевыми разрядами в точках присоединения к электрической сети, показанных на рисунке 1, приведены для фазных номинальных напряжений сети. ВЛ – воздушная линия; КЛ – кабельная линия; РП-А, РП-Б, РП-В – распределительные подстанции; Tp1, Tp2 – силовые трансформаторы; UH1, UH2 – напряжения на первичной и вторичной обмотках силового трансформатора; a, b, c, d, e, f , g, k, l, m, n – возможные точки присоединения к электрической сети Рисунок 1 – Точки присоединения к электрической сети Формы импульсов, характерные для точек присоединения на рисунке 1, показаны на рисунках 2–4. Рисунок 2 – Форма импульсов, характерная для точек присоединения a, c, d, e на рисунке 1 Рисунок 3 – Форма импульсов, характерная для точек присоединения f, g, n на рисунке 1 Рисунок 4 – Форма импульсов, характерная для точек присоединения b, l, k на рисунке 1 Значения импульсных напряжений, вызываемых молниевыми разрядами в точках присоединения к электрической сети, показанных на рисунке 1, приведены в таблице 10. Таблица 10 – Значения молниевыми разрядами, кВ 1) импульсных напряжений, вызываемых В варианте точек присоединения b в числителе указано импульсное напряжение на металлических и железобетонных опорах, в знаменателе – на деревянных опорах. 2) Импульсные напряжения в точке присоединения l соответствуют случаю отсутствия воздушной линии электропередачи на стороне вторичного напряжения UH2 трансформатора Tp2 (см. рисунок 1) и значениям напряжений обмоток Tp2 UH1, UH2, соответствующим двум номинальным напряжениям, расположенным рядом в шкале стандартных напряжений (например, 35 и 10 кВ, 110 и 220 кВ). При других сочетаниях номинальных напряжений Tp2 (например, 110 и 10 кВ, 35 и 6 кВ и т.д.) импульсные напряжения, проходящие через обмотки трансформатора, меньше указанных значений. 3) При наличии на распределительной подстанции типа РП-Б, РП-В (см. рисунок 1) воздушных линий электропередачи значения импульсных напряжений в точках присоединения e и k такое же, как в варианте точек присоединения d и c. При отсутствии на распределительной подстанции типа РП-Б, РП-В воздушных линий электропередачи импульсные напряжения в точках присоединения e и k определяются значениями импульсных напряжений в начале кабельной линии (точки d и l), уменьшенными в соответствии с данными по затуханию грозовых импульсов в кабельных линиях в зависимости от длины линии. 4) Указанные в данной строке значения импульсных напряжений справедливы при условии расположения точек общего присоединения f , g, n на вводах силового трансформатора и наличии связи рассматриваемой обмотки с воздушной линией. При отсутствии связи (точка m на рисунке 1) импульсные напряжения соответствуют точке присоединения l . 5) Значения импульсных напряжений с вероятностью 90 % не превышают 10 кВ – в воздушной сети напряжением 0,38 кВ и 6 кВ – во внутренней проводке зданий и сооружений. Значения коммутационных импульсных напряжений при их длительности на уровне 0,5 амплитуды импульса, равной 1000–5000 мкс, приведены в таблице 11. Таблица 11 – Значения коммутационных импульсных напряжений Вероятность превышения значений коммутационных импульсных напряжений, указанных в таблице 11, составляет не более 5 %, а значений импульсных напряжений, вызываемых молниевыми разрядами (таблица 10) – не более 10 % для воздушных линий с металлическими и железобетонными опорами и 20 % – для воздушных линий с деревянными опорами. Значения импульсных напряжений в электрической сети потребителя могут превышать указанные в таблице 10 значения за счет молниевых поражений в самой сети потребителя, отражений и преломлений импульсов в сети потребителя и частично – за счет разброса параметров импульсов. 2. СПОСОБЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Существуют три основные группы методов повышения качества электроэнергии: 1) Рационализация электроснабжения, заключающаяся, в частности, в повышении мощности сети, в питании нелинейных потребителей повышенным напряжением; 2) Улучшение структуры, например обеспечение номинальной загрузки двигателей, использование многофазных схем выпрямления, включение в состав потребителя корректирующих устройств; 3) Использование устройств коррекции качества – регуляторов одного или нескольких показателей качества электроэнергии или связанных с ними параметров потребляемой мощности. Снижение несимметрии напряжений достигается уменьшением сопротивления сети токам обратной и нулевой последовательностей и снижением значений самих токов. Снижение несинусоидального напряжения достигается: 1) схемными решениями: выделение нелинейных нагрузок на отдельную систему шин; рассредоточение нагрузок по различным узлам питания с подключением параллельно им электродвигателей; группировка преобразователей по схеме умножения фаз; подключение нагрузки к системе с большей мощностью; 2) использованием фильтровых устройств: включение параллельно нагрузке узкополосных резонансных фильтров, фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ), фильтросимметрирующих устройств (ФСУ), ИРМ, содержащих ФКУ; 3) использованием специального оборудования, характеризующегося пониженным уровнем генерации высших гармоник: «ненасыщающихся» трансформаторов; многофазных преобразователей с улучшенными энергетическими показателями. Лекция 7 КОНТРОЛЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ План: 1. Задачи контроля качества электрической энергии. 2. Виды контроля качества электрической энергии. 3. Требования к продолжительности измерений при проведении контроля качества электроэнергии 4. Испытания электрической энергии. 1. ЗАДАЧИ ЭНЕРГИИ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ Задачами контроля качества электрической энергии являются следующие: • проверка соответствия показателей качества электроэнергии (ПКЭ) требованиям ГОСТ 32144–2013; • выяснение причин несоответствия показателей качества электроэнергии требованиям ГОСТ; • определение ущерба от несоблюдения требований к качеству электроэнергии; • выявление виновных в нарушении требований к отдельным показателям качества электроэнергии и предъявление к ним экономических штрафных санкций. При контроле ПКЭ устанавливаются следующие основные правила: • длительность контроля показателей качества электроэнергии должна соответствовать требованиям ГОСТ 33073–2014; • установлены два вида норм показателей качества электроэнергии: нормально допустимые и предельно допустимые; • показатели качества электроэнергии считаются соответствующим требованиям ГОСТ 32144–2013 если его усредненные (интегрированные) оценки не выходят за предельно допустимые нормы, а в течение не менее 95 % времени каждых суток значения показателей качества электроэнергии не выходят за пределы нормально допустимых значений. 2. ВИДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Существуют следующие виды контроля качества электрической энергии в зависимости от целей его проведения: • периодический контроль качества электроэнергии – контроль, осуществляемый в целях управления качеством электроэнергии, при котором поступление информации о контролируемых показателях и их оценка происходит периодически с интервалами, определяемыми организацией, осуществляющей контроль качества электроэнергии, но не реже пределов, установленных ГОСТ 32144–2013; • контроль качества электроэнергии при определении технических условий (ТУ), разрешений или иных документов на присоединение; • контроль качества электроэнергии при определении условий договора между энергоснабжающей организацией и потребителем; • контроль качества электроэнергии при допуске к эксплуатации электроустановок потребителей, ухудшающих качество электроэнергии; • контроль качества электроэнергии при рассмотрении претензий к качеству электрической энергии проводится при рассмотрении претензий продавца или покупателя электрической энергии к ее качеству, проводится по постановлению судов при рассмотрении претензий к качеству электоэнергии участвующих в споре сторон; Контроль качества электроэнергии осуществляется аккредитованными испытательными лабораториями, органами государственного энергетического надзора и органами государственного надзора за соблюдением требований государственных стандартов при проведении арбитражных испытаний электрической энергии, а также при осуществлении государственного надзора за качеством электрической энергии и соблюдением обязательных требований государственных стандартов. В процессе эксплуатации периодический контроль качества электрической энергии выполняется энергоснабжающими и энергопотребляющими организациями для проведения технологического контроля или иных видов контроля качества электроэнергии. 3. ТРЕБОВАНИЯ К ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ При проведении контроля качества электроэнергии в целях проверки ее соответствия нормам, установленным в ГОСТ 32144, в том числе при проведении арбитражных испытаний, проводят непрерывные измерения значений показателей качества электроэнергии по ГОСТ 30804.4.30, класс измерений А, в течение не менее одной недели (семи суток). При проведении контроля качества электроэнергии в целях проверки выполнений требований к КЭ, установленных в договорах услуг по передаче и договорах купли/продажи ЭЭ, проводят непрерывные измерения по ГОСТ 30804.4.30, класс измерений А, значений ПКЭ, установленных в договорах, в течение времени и в условиях, предусмотренных в указанных договорах, но не менее одной недели (семи суток). Органы государственного контроля (надзора) устанавливают продолжительность непрерывных измерений значений ПКЭ не менее одной недели (семи суток). Соответствие установленным нормам проверяется по результатам измерений ПКЭ за каждые 24 ч в отдельности. При этом суммарный перерыв в измерениях ПКЭ за сутки, включая длительность провалов, перенапряжений и отключений прибора, должен составлять не более 5 мин. При претензионных испытаниях электрической энергии общая продолжительность непрерывных измерений ПКЭ устанавливается соглашением между энергоснабжающей организацией и потребителями и должна составлять не менее одних суток. Энергоснабжающая организация должна проводить периодический контроль качества поставляемой потребителям ЭЭ. Потребитель по своему усмотрению проводит контроль любых ПКЭ, установленных ГОСТ 32144. При периодическом контроле КЭ рекомендуется, чтобы общая продолжительность непрерывного контроля ПКЭ составляла 7 сут. Допускается уменьшение общей продолжительности контроля КЭ, если в недельном цикле достоверно определены сутки (несколько суток), результаты измерений КЭ за которые являются репрезентативными для недельного цикла. При этом минимальная продолжительность непрерывного контроля каждого ПКЭ (за исключением длительности провала напряжения) для определения их соответствия требованиям НД должна быть не менее 24 ч. Интервал между очередными измерениями ПКЭ при периодическом контроле КЭ устанавливается энергоснабжающей организацией и должен составлять: • для установившегося отклонения напряжения не реже двух раз в год в зависимости от сезонного изменения нагрузок в распределительной сети центра питания, а при наличии автоматического встречного регулирования напряжения – не реже 1 раза в год. При незначительной динамике максимальной нагрузки ЦП (не более 10 % за год) и при отсутствии существенных изменений в электрической схеме сети и ее элементах в процессе эксплуатации допускается увеличивать интервал времени между двумя контрольными проверками установившегося отклонения напряжения, но не реже 1 раза в два года; • для остальных ПКЭ за исключением отклонения частоты и длительности провала напряжения не реже одного раза в два года при отсутствии изменений электрических схем сети и ее элементов в процессе эксплуатации и при незначительных изменениях нагрузки потребителя, ухудшающего КЭ. Периодический контроль отклонений частоты при отсутствии организованного в энергоснабжающей организации постоянного контроля этого ПКЭ рекомендуется проводить не реже 2-х раз в год в режимах наибольших и наименьших годовых нагрузок. Интервал между контрольными проверками допускается увеличивать, но не реже 1 раза в два года. Периодический контроль установившегося отклонения напряжения рекомендуется проводить одновременно во всех выбранных в рассматриваемой электрической сети пунктах контроля. Если центр питания и распределительная электрическая сеть принадлежат разным энергоснабжающим организациям, то сроки проведения периодического контроля КЭ в этих организациях целесообразно согласовывать. Продолжительность непрерывного контроля КЭ для определения ТУ на присоединение и договорных условий электроснабжения должна составлять не менее 24 ч и устанавливаться энергоснабжающей организацией таким образом, чтобы включить характерные суточные изменения ПКЭ в недельном цикле. При допуске в эксплуатацию электроустановок потребителя, являющихся источниками ухудшения КЭ в ТОП, контроль ПКЭ требуется проводить до и после подключения этих электроустановок потребителя. Общая продолжительность измерений ПКЭ до и после подключения должна устанавливаться энергоснабжающей организацией с учетом характерных суточных изменений ПКЭ в недельном цикле и составлять не менее двух суток. 4. ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Испытания ЭЭ в целях контроля КЭ проводят в любых режимах работы электрической сети, кроме аварийного режима, а также кроме режимов, обусловленных: - исключительными погодными условиями и стихийными бедствиями (ураган, наводнение, землетрясение и т. п.); - непредвиденными ситуациями, вызванными действиями стороны, не являющейся сетевой организацией и потребителем электроэнергии (пожар, взрыв, военные действия и т. п.); - условиями, регламентированными государственными органами управления, а также связанными с ликвидацией последствий, вызванных исключительными погодными условиями и непредвиденными обстоятельствами; - в условиях введения в отношении потребителя режима ограничения потребления электрической энергии. При проведении испытаний ЭЭ в ПК для измерения ПКЭ обеспечивают выполнение условий эксплуатации СИ. Привлекаемые к проведению испытаний ЭЭ испытательные лаборатории/центры должны соответствовать требованиям ГОСТ ИСО/МЭК 17025. Перед началом испытаний следует: - измерить относительную влажность и температуру окружающего воздуха, атмосферное давление в ПК, а также напряжение и частоту питания для контроля и обеспечения условий применения СИ в соответствии с РЭ применяемых СИ; - установить СИ, заземлить его, если это предусмотрено РЭ, и подготовить к работе в соответствии с РЭ, включая прогрев, корректировку текущего времени и даты, введение необходимых установок. В качестве соединительных проводов между СИ и сетью следует использовать соединительные кабели, входящие в комплект СИ; - принять меры для исключения влияния электромагнитных помех на измерительные цепи СИ; - определить соответствие маркировки фаз измеряемой трехфазной сети правильному чередованию фаз с помощью фазоуказателя или применяемого СИ. Следование фаз входных сигналов должно совпадать с маркировкой соответствующих измерительных каналов напряжения прибора; - убедиться в работоспособности собранной цепи, проконтролировав текущие значения ПКЭ; - убедиться в выполнении процедуры внешней синхронизации времени СИ с помощью соответствующего устройства (например, приемника систем ГЛОНАСС или GPS). Условия испытаний ЭЭ в ПК контролируют в течение интервала времени измерений с помощью поверенных СИ с определением наибольших и наименьших значений контролируемых параметров внешней среды. ПКЭ измеряют в соответствии с РЭ применяемых СИ и с учетом требований ГОСТ 30804.4.30. После окончания испытаний при просмотре архива (журнала событий) проверяют выполнение требования 5.2.5 по числу маркированных данных и в случае невыполнения этого требования испытания повторяют.