1_качество ЭЭ

1. КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
1.1. Характеристики качества электроэнергии
Стандартом определены показатели качества электрической энергии КЭ, связанные с напряжением или частотой:
установившееся отклонение напряжения Uy;
размах изменения напряжения Ut;
доза фликера Рt;
коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения КU;
коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения КU(n);
коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности К2U;
коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности К0U;
отклонение частоты f;
длительность провала напряжения tп;
импульсное напряжение Uимп;
коэффициент временного перенапряжения Кпер U.
Используют и вспомогательные параметры:
частоту повторения изменений напряжения FUt;
интервал между изменениями напряжения ti, i+1;
глубину провала напряжения Uп;
частость появления провалов напряжения Fп;
длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды tимп 0,5;
длительность временного перенапряжения tпер U.
Нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения Uy на выводах приемников электроэнергии равны соответственно ±5 и ±10% от номинального напряжения электрической сети. Эти показатели в
точках общего присоединения к электрическим сетям U≥0,38 кВ должны быть установлены в договорах на пользование электроэнергией между энергоснабжающей организацией и потребителем.
Колебания напряжения характеризуются следующими показателями: размахом
изменения напряжения; дозой фликера.
Предельно допустимые значения размаха изменения напряжения Ut в точках
общего присоединения к электрическим сетям при колебаниях напряжения, огибающая
которых имеет форму меандра, в зависимости от частоты повторения изменений напряжения FUt(мин-1) или интервала между изменениями напряжения ti, i+1 (мин) (мин)
определяются по кривой 1 Рис. 1, а в помещениях, где требуется значительное зритель-
ное напряжение, — по кривой 2.
Предельно допустимое значение суммы установившегося отклонения Uy и
размаха изменений напряжения Ut в точках присоединения к сетям U=0,38 кВ равно ±
10 % от UHOM.
Рис. 1. Предельно допускаемые Ut для колебаний
напряжения, имеющих форму меандра
Ut%
101
Предельно допустимое значение для дозы фликера, при колебаниях напряжения с формой, отличающейся от меандра, равно: кратковременной PSt 1,38, а
10
10
10
10
10 FUt
600
60
6
0,6 0,06 ti, i+1
для длительной PLt - 1,0; PSt потребителей, с лампами
накаливания в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение - 1,0, а
для PLt - 0,74. Кратковременную дозу фликера определяют за 10 мин, длительную - 2 ч.
Несинусоидальность напряжения характеризуется коэффициентом искажения
синусоидальности кривой напряжения, коэффициентом n-ой гармонической составляющей напряжения.
100
1
2
-1
0
1
2
3
Таблица 1
Допустимые значения КU %, при Uном, кВ
0,38
8,0
Нормально
6-20 35 110-330
5,0
4,0
2,0
0,38
12,0
Предельно
6-20
35
8,0
6,0
110-330
3,0
Таблица 2
Нормально допустимые значения КU(n)%, при Uном, кВ
Нечетные гармоники, не
кратные 3
n* 0,38 6-20 35 110330
5 6,0 4,0 3,0 1,5
7 5,0 3,0 2,5 1,0
11 3,5 2,0 2,0 1,0
13 3,0 2,0 1,5 0,7
17 2,0 1,5 1,0 0,5
19 1,5 1,0 1,0 0,4
23 1,5 1,0 1,0 0,4
25 1,5 1,0 1,0 0,4
>2 0,2+ 0,2+ 0,2+ 0,2+
5 +1,3 +0,8 +0,6 +0,2
х
х
х
х
х25/ х25/ х25/ х25/
n
n
n
n
Нечетные гармоники,
кратные 3**
n* 0,3 6-20 35 1108
330
3 5,0 3,0 3,0 1,5
9 1,5 1,0 1,0 0,4
15 0,3 0,3 0,3 0,2
21 0,2 0,2 0,2 0,2
>21 0,2 0,2 0,2 0,2
Четные гармоники
n* 0,3
8
2 2,0
4 1,0
6 0,5
8 0,5
10 0,5
12 0,2
>12 0,2
6-20 35 110-330
1,5
0,7
0,3
0,3
0,3
0,2
0,2
1,0
0,5
0,3
0,3
0,3
0,2
0,2
0,5
0,3
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2

п — номер гармонической составляющей напряжения.

** Значения для n, равных 3 и 9, относятся к однофазным сетям. В трехфазных трехпроводных электрических сетях эти значения принимают вдвое меньшими.
Предельно допустимое значение KU(n)=1,5 KU(n)норм.
Несимметрия напряжений характеризуется коэффициентом несимметрии
напряжений по обратной и по нулевой последовательности. Нормально допустимое и
предельно допустимое значения К2U в точках общего присоединения к электрическим
сетям равны 2,0 и 4,0 % соответственно. Нормально допустимое и предельно допустимое значения К0U в точках присоединения к четырехпроводным электрическим сетям с
UHOM = 0,38 кВ равны 2,0 и 4,0 % соответственно.
Нормально допустимое и предельно допустимое значения отклонения частоты
равны ± 0,2 и ± 0,4 Гц соответственно.
Предельно допустимое значение длительности провала напряжения в электрических сетях U≤ 20 кВ равно 30 с. Длительность автоматически устраняемого провала
напряжения определяется выдержками времени релейной зашиты и автоматики.
Импульс напряжения характеризуется показателем импульсного напряжения.
Временное перенапряжение характеризуется показателем коэффициента временного
перенапряжения.
Размах изменения напряжения (в %) вычисляют по формуле Ut=100(Ui - Ui+1)/
Uном, где Ui, Ui+1 — значения следующих один за другим экстремумов или экстремума и
горизонтального участка огибающей среднеквадратичных значений напряжения основной частоты, определенных на каждом полупериоде.
Частоту повторения изменений напряжения, c-l, мин-1, при периодических колебаниях напряжения вычисляют по формуле FUt=m/t, где т — число изменений
напряжения за время t (10 минут). Значение FU, равное двум в секунду, соответствует 1
Гц.
Для определения дозы фликера (кратковременной и длительной) при колебаниях
любой формы измеряют фликерметром за Tsh= 10 мин, Дозы фликера за 24 ч не должны
превышать предельно допустимых.
Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения K(n)i измеряют
для междуфазных (фазных) напряжений. Для каждого i-го наблюдения за период времени, равный 24 ч, определяют действующее значение напряжения n-ой гармоники U(n)i .
Вычисляют значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения
KU(n)i =100 U(n)i/UHOM.
Вычисляют значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения, усредняя n(≥9) наблюдений за Tvs=3 с KU(n)=  K U (n)i 2 / n .
n
i 1
Коэффициент КU измеряют для междуфазных (фазных) напряжений. Для i-го
наблюдения определяют действующие значения гармонических составляющих напряжения в диапазоне гармоник от 2-й до 40-й. Вычисляют значение коэффициента
40
2
/U HOM .
KUi= 100  U (n)i
n 2
Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности (в%)
K2Ui= 100U2(1)i/ Uном.мф.
Измерение коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности К0Ui проводят в четырехпроводных сетях. K0Ui= 100U0(1)i/Uном.ф.
Качество по Uy, KU(n), KU, K2U, K0U соответствует требованиям, если наибольшее
из всех измеренных в течение 24 ч значений не превышает предельно допустимого значения, и с вероятностью 95 %, не превышает нормально допустимого. (Или если суммарная продолжительность времени выхода за нормально допустимые значения составляет ≤ 5 % , т. е. ≤1 ч 12 мин.)
Измерение отклонения частоты f осуществляют следующим образом. Для каждого i-го наблюдения измеряют действительное значение частоты fi в герцах. Вычисляют усредненное значение частоты fy в герцах как результат усреднения N≥15 наблюдеN
ний fi на интервале времени, равном 20 с, fy =  f i / N . Вычисляют значение отклонения
i 1
частоты (от номинальной) f = fy - fном. Качество по f соответствует требованиям, если
все измеренные в течение 24 ч значения находятся в интервал ограниченном предельно
допустимыми значениями, а не менее 95% всех измеренных значений - в интервале,
ограниченном нормально допустимыми значениями. (Или если суммарная продолжительность времени выхода за нормально допустимые значения составляет ≤ 5 % , т. е. ≤1
ч 12 мин.)
Измерение длительности провала напряжения tп в секундах (Рис Б.2) осуществляют следующим образом:
Рис. Б.2. Провал напряжения
UHOM
δUп
Фиксируют начальный момент времени tн резкого спада (с длитель∆tп t
ностью менее 10 мс) огибающей среднеквадратических значений напряжения, определенных на каждом полупериоде основной частоты, ниже
уровня 0,9 Uном. Фиксируют конечный момент времени tk восстановления среднеквадратичного значения напряжения до 0,9 Uном. Вычисляют длительность провала напряжения tп = tк – tн. Качество по tп соответствует требованиям, если наибольшее из всех
измеренных в течение продолжительного периода наблюдения (года) tп не превышает
предельно допустимого. Допускается определять максимально возможную tп расчетом
суммарной выдержки времени устройств релейной защиты, автоматики и коммутационных аппаратов энергоснабжающей организации.
Импульсное напряжение UИМП (Рис. Б.3) измеряют как максимальное значение
напряжения при резком его изменении (длительность фронта импульса ≤5 мс). Длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды tИМП0,5 в микросекундах,
Рис. Временное перенапряжение
Наиболее вероятные виновники ухудшения КЭ: энергоснабжающая организация отклонение напряжения, отклонение частоты, провал напряжения, импульс напряжения,
временное перенапряжение; потребитель с переменной нагрузкой - колебания напряжения; потребитель с нелинейной нагрузкой - несинусоидальность напряжения; потребитель с несимметричной нагрузкой - несимметрия трехфазной системы напряжений.
1.2. Регулирование напряжения
Регулирование частоты определяется выработкой активной мощности, а
регулирование напряжения – реактивной. Напряжение и реактивную мощность в
электроэнергетических системах регулируют синхронные генераторы электростанций,
синхронные
компенсаторы, батареи статических конденсаторов, вентильные
источники реактивной мощности, реакторы, трансформаторы.
Синхронные генераторы — основные источники реактивной мощности в
электроэнергетических системах и одно из основных средств регулирования
напряжения. Возможности синхронного генератора как источника реактивной
мощности в системе определяются условиями допустимого нагрева обмоток статора и
ротора и нагрева стали статора. В нормальных установившихся режимах токи
возбуждения и токи статора не должны превышать номинальные.
Регулирование реактивной мощности генератора и поддержание напряжения на
его зажимах осуществляются автоматическим регулятором возбуждения (АРВ).
Настройка АРВ должна быть такой, чтобы напряжение на зажимах генератора (а иногда
и на шинах ВН блока генератор—трансформатор) не зависело от cosφ, а зависело только от Q.
Для регулирования реактивной мощности электростанций используется групповое регулирование.
Работы синхронных генераторов целесообразна с высоким cosφ , поэтому в системах устанавливают дополнительных источников реактивной мощности (ИРМ).
Синхронный компенсатор—это синхронный двигатель, работающий в режиме холостого хода (без активной нагрузки). СК может генерировать или потреблять реактивную мощность. Управление генерацией (потреблением) реактивной мощности про-
изводится изменением возбуждения СК.
Включенный без возбуждения в систему СК потребляет из нее индуктивный ток,
вектор которого отстает от напряжения сети на 90°. Потребляемая в этом режиме
реактивная мощность определяется в относительных единицах как
Q = U2CK/xd.
(1.4)
Как правило, установка СК производится на крупных районных подстанциях.
КОНДЕНСАТОРНЫЕ БАТАРЕИ
В последние годы в различных странах большое внимание уделяется
совершенствованию статических конденсаторов. Использование новых материалов,
совершенствование технологии изготовления этих источников реактивной мощности
привело к уменьшению удельных объемов, увеличению срока службы, снижению
потерь мощности в конденсаторах, что позволяет существенно
снизить стоимость БСК.
Высокие технико-экономические показатели БСК привели к возрастанию доли
этих устройств в балансе реактивной мощности энергосистем. Однако широкое внедрение БСК привело и к ряду новых проблем. Так, в режиме малых нагрузок возникают
избыток реактивной мощности, повышение напряжения у электроприемников, наблюдаются случаи снижения устойчивости узлов нагрузки. Для преодоления возникших
трудностей в настоящее время значительная часть БСК снабжается устройствами автоматического регулирования, позволяющими изменять число включенных под
напряжение конденсаторов и тем самым изменять генерируемую реактивную мощность.
Отечественная промышленность выпускает конденсаторы с бумажной изоляцией,
пропитанной маслом или хлордифенилом. За рубежом начинают применять
конденсаторы с комбинированным диэлектриком из бумаги и синтетической пленки.
В СССР силовые конденсаторы выпускаются на напряжение 0,22—10 кВ в
однофазном при напряжении до 1000 В и трехфазном исполнении.
Как уже отмечалось выше, общая мощность БСК, установленных в сети, должна
превышать минимальное значение потребляемой реактивной мощности. В связи с этим
часть конденсаторов необходимо отключать в зависимости от режима в соответствии с
изменением нагрузок потребителей.
Конденсаторы практически никогда не работают в строго номинальных условиях
ввиду того, что напряжение изменяется во времени в зависимости от изменения нагрузок, кроме того, формы кривых напряжений _и токов могут отличаться от
синусоидальных.
РЕАКТОРЫ
Для компенсации реактивной мощности в электрических системах в числе других
средств применяются шунтирующие реакторы. Реактором называют статическое
электромагнитное устройство, предназначенное для использования его индуктивности в
электрической цепи. Для компенсации емкостных токов на землю выпускаются заземляющие реакторы, а для ограничения токов КЗ—токо-ограничивающие реакторы.
Шунтирующие реакторы выпускаются в настоящее время на напряжения 35—750
кВ.
Очевидно, что для регулирования степени компенсации реактивной мощности и
регулирования напряжения целесообразно использовать управляемые реакторы.
Управление реактором понимается как целенаправленное изменение его параметров с
помощью подмагничивания, таким способом можно управлять только реактором,
имеющим магнитопровод из ферромагнитного материала.
ТРАНСФОРМАТОРЫ С РПН И ТРАНСФОРМАТОРЫ, РЕГУЛИРУЕМЫЕ
ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ
Автоматическое регулирование напряжения трансформаторами с РПН
осуществляется изменением коэффициента трансформации путем переключения
ответвлений обмоток, т. е. ступенчато. Плавное изменение коэффициента
трансформации осуществляется подмагничиванием магнитопровода и применяется
иногда для трансформаторов небольшой мощности специального назначения. Кроме
того, регулирование напряжения под нагрузкой может выполняться с помощью
последовательных регулировочных трансформаторов. Преимуществом таких
трансформаторов является возможность их установки с уже работающими
трансформаторами, не имеющими РПН.
Регулирование под нагрузкой в трансформаторах и автотрансформаторах может
выполняться при помощи отдельных регулировочных трансформаторов, которые обычно выполняются в виде двух агрегатов: трехфазного последовательного
трансформатора, присоединяемого со стороны нейтрали основного трансформатора, и
трехфазнбго регулировочного автотрансформатора, питающего обмотку возбуждения
последовательного трансформатора.
Регулирование напряжения в данном случае осуществляется за счет изменения
ЭДС АЕ последовательно включенного трансформатора.
Оценивая трансформаторы с РПН как средство регулирования напряжения,
следует отметить их высокую эффективность. В условиях централизованного
управления напряжением энергосистемы можно осуществить поддержание напряжения
с помощью РПН по графику, определяемому в центральном регулировочном пункте,
при этом возможно автоматическое управление коэффициентом трансформации.