Порівняльна характеристика приладів, що вимірюють показники якості електричної енергії

1.      ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ПОКАЗНИКІВ ЯКОСТІ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ НА РОБОТУ ОСВІТЛЮВАЛЬНИХ МЕРЕЖ

Електрична енергія як товар використовується у всіх сферах життєдіяльності людини, володіє сукупністю специфічних властивостей і безпосередньо бере участь при створенні інших видів продукції, впливаючи на їх якість. Поняття якості електричної енергії (ЯЕ) відрізняється від поняття якості інших видів продукції. Кожен електроприймач призначений для роботи при певних параметрах електричної енергії: номінальних частоті, напрузі, струмі і тому подібне, тому для нормальної його роботи повинно бути забезпечено необхідною ЯЕ. Таким чином, якість електричної енергії визначається сукупністю її характеристик, при яких електроприймачі (ЕП) можуть нормально працювати і виконувати закладені в них функції.

ЯЕ на місці виробництва не гарантує її якості на місці споживання. ЯЕ до і після включення ЕП в точці його приєднання до електричної мережі може бути різною. ЯЕ характеризують також терміном “електромагнітна сумісність”. Під електромагнітною сумісністю розуміють здатність ЕП нормально функціонувати в його електромагнітному середовищі (у електричній мережі, до якої він приєднаний), не створюючи неприпустимих електромагнітних перешкод для інших ЕП, що функціонують в тому ж середовищі.

Проблема електромагнітної сумісності промислових ЕП з живильною мережею гостро виникла у зв'язку з широким використанням могутніх вентильних перетворювачів, дугових сталеплавильних печей, зварювальних установок, які при всій своїй економічності і технологічній ефективності роблять негативний вплив на ЯЕ .

Побутові ЕП, як і промислові, також повинні мати електромагнітну сумісність з іншими ЕП, включеними в загальну електромережу, не знижувати ефективність їх роботи і не погіршувати ПЯЕ.

ЯЕ в промисловості оцінюється за техніко-економічними показниками, які враховують збиток унаслідок псування матеріалів і устаткування, розладу технологічного процесу, погіршення якості продукції, що випускається, зниження продуктивності праці - так званий технологічний збиток. Крім того, існує і електромагнітний збиток від неякісної електроенергії, який характеризується збільшенням втрат електроенергії, виходом з ладу електротехнічного устаткування, порушенням роботи автоматики, телемеханіки, зв'язку, електронної техніки і так далі.

ЯЕ тісно пов'язана з надійністю електропостачання, оскільки нормальним режимом електропостачання споживачів є такий режим, при якому споживачі отримують електроенергію безперебійно, в кількості, заздалегідь узгодженій з енергозабезпечуючою організацією, і нормованої якості.

Практичне вирішення проблеми якості електричної енергії у вітчизняній енергетиці почалося після появи на європейському ринку сертифікованих приладів, що безперервно вимірюють показники якості (ПЯЕ), і введення з 2000р. ГОСТ 13109-97. Слід зазначити, що вирішення цієї проблеми - важливе державне завдання, яке вимагає скоординованих зусиль Міненерго і Держстандарту України.

Тому електрична енергія підлягає обов'язковій стандартизації за показниками якості електроенергії, встановленими ГОСТ 13109-97 “Норми якості електричної енергії в системах електропостачання загального призначення”. Це означає, що кожна енергозабезпечуюча організація разом з ліцензією на виробництво, передачу і розподіл електроенергії повинна отримати сертифікат, що засвідчує, що якість енергії, що поставляється нею, відповідає вимогам ГОСТ 13109-97.

Вимоги  і похибки вимірювань до показників якості електричної енергії (ЯЕ) приведені в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 Похибки вимірювань показників якості  електроенергії

1.1 . Основні показники, що визначають якість електроенергії

Під терміном "якість електричної енергії" розуміється відповідність основних параметрів енергосистеми встановленим нормам виробництва, передачі і розподілу електричної енергії.

Кількісна характеристика якості електроенергії виражається відхиленнями напруги і частоти, розмахом коливань напруги і  частоти, коефіцієнтом несинусоїдальності форми кривої напруги, коефіцієнтом несиметрії напруги, основної частоти.

Відхилення напруги - різниця між фактичним значенням напруги і його номінальним значенням для мережі, що виникає при порівняно повільній зміні режиму роботи, коли швидкість зміни   напруги менше 1% в секунду.

  або   

Коливання напруги

Коливання напруги оцінюється наступними показниками:

1)     Розмахом зміни напруги U тобто різницею між найбільшим і найменшим значеннями напруги в процесі достатньо швидкої зміни параметрів режиму, що діють, коли швидкість зміни напруги не менше 1% в секунду

2) Частотою зміни напруги (1/с, 1/хв., 1/год.)

F=m/T,

де m- кількість змін напруги із швидкістю зміни більше 1% в секунду за час Т.

3) Інтервал між наступними одна за одною змінами напруги tkj .

              Відхилення частоти - різниця усереднена за 10 хв. між фактичним значенням основної частоти і номінальним її значенням. Відхилення частоти від номінального значення в нормальному режимі роботи допускається в межах ±0,1 Гц . Короткочасні відхилення можуть досягати ±0,2 Гц .

              Коливання частоти - різниця між найбільшим і найменшим значеннями основної частоти в процесі достатньої швидкої зміни параметрів режиму, коли швидкість зміни  частоти не менше 0,2 Гц в секунду. Коливання частоти не повинні перевищувати 0,2 Гц понад допустимі відхилення 0,1 Гц

, .

              Несинусоїдальність напруги мережі характеризується коефіцієнтом несинусоїдальності (спотворення) кривої напруги, який визначається по формулі:

              ,

де U - значення напруги, що діє  - й гармоніки; U1 - значення першої або основної гармоніки, що діє.

              Під несиметрією напруги розуміють нерівність фазної або лінійної напруги по амплітуді і кутам зрушення між ними.

              Нормованим показником несиметрії є коефіцієнт зворотної послідовності напруги, рівний відношенню напруги зворотної послідовності U2 до номінальної лінійної напруги Uном.

              Допустиме значення коефіцієнта  2 складає 2%.

              При виході показників якості за встановлені межі збільшуються витрата і втрати електроенергії в системах електропостачання, знижується рівень надійності роботи електроустаткування, виникають порушення технологічних процесів і знижується випуск продукції.

Відхилення і коливання напруги

Відхилення напруги

Кожен електроприймач спроектований для роботи при номінальній напрузі і повинен забезпечувати нормальне функціонування при відхиленнях напруги від номінального на задану величину. При зміні напруги в межах цього діапазону  можуть зміняться значення вихідного параметра електроприймача ( температура в електротермічній установці, освітленість у світильників, корисна потужність на валу електродвигуна і так далі).

Основними причинами відхилень напруги в системах електропостачання підприємств є зміни режимів роботи приймачів електроенергії, зміни режимів живлячої енергосистеми, значні індуктивні опори ліній  6-10 кВ. Зміни напруги на затискачах  приймача електроенергії навіть у встановлених межах викликає зміни його техніко-економічних показників.

Відхилення напруги залежать від дуже випадкових чинників, що часто змінюються. Наслідки від відхилень напруги залежать не тільки від величини, але і від тривалості відхилення, а також від того, який відсоток споживачів піддається великим відхиленням. Так, наприклад, короткочасні і рідкісні, хоча навіть і значні відхилення напруги у окремих споживачів не можуть виправдати витрат, пов'язаних з дорожчанням мережі, яке буде необхідне для зменшення або ліквідації цих  відхилень.

Коливання напруги

При роботі електроприймачів з різкозмінним ударним навантаженням в електромережі виникають різкі поштовхи споживаної потужності. Це викликає зміни напруги мережі, розмахи яких можуть досягти великих значень. Ці явища мають місце при роботі прокатних електродвигунів, дугових електропечей, зварювальних машин і так далі. Вказані обставини украй несприятливо відбиваються на роботі всіх електроприймачів, підключених до даної мережі, у тому числі і електроприймачів тих, що викликають ці зміни.

Так, наприклад, час зварки у контактних машин в межах від 0,02 до 0,4 с, то коливання напруги навіть малої тривалості позначаються на якості зварки.

При коливаннях напруги, в результаті якої напруга знижується більш ніж на 15% нижче номінального значення, можливе відключення магнітних пускачів, працюючих електродвигунів.

На підприємствах з істотним синхронним навантаженням коливання напруги можуть приводити до випадання приводу з синхронізму і розладу технологічного процесу.

Коливання напруги негативно позначається на роботі освітлювальних приймачів. Вони приводять до мигань ламп, які при перевищенні порогу дратівливості можуть відбиватися на тривалому сприйнятті людей.

Коливання напруги, що має місце при роботі крупних синхронних двигунів з різкозмінним навантаженням, визначається з урахуванням перехідних процесів, оскільки при цьому потужність, споживана електродвигуном, значно відрізняється від потужності сталого режиму.

Відхилення і коливання частоти

Порушення балансу між потужністю, електростанції, що виробляється генератором, або енергосистеми, і потужністю потрібної промисловими підприємствами, приводить до зміни частоти струму електромережі.

Основною причиною виникнення коливань частоти є могутні приймачі електроенергії з різкозмінним активним навантаженням (перетворювачі тиристорів головних  приводів прокатних станів). Активна потужність цих приймачів змінюється від нуля до максимального значення  за час менш 0,1с, унаслідок  чого коливання частоти можуть досягати великих значень.

Зміни частоти навіть в невеликих  межах впливають на роботу електромереж і приймачів електроенергії. Пониження частоти струму приводить до збільшення втрат потужності і напруги в електромережах і до недовиробітку  продукції. Вплив зниження частоти на споживану потужність електроприймачів різний:

1) споживана потужність приймачами електроосвітлення, електропечами опору і дуговими електропечами практично трохи залежить від частоти;

2) потужність забирана механізмами з постійним моментом на валу ( металоріжучі верстати, поршневі насоси, компресори і ін.), пропорційна частоті;

3) втрати потужності в мережі пропорційно квадрату частоти;

4) споживана механізмами з моментом вентилятора опору ( відцентрові насоси, вентилятори, димососи і ін.) потужність пропорційна частоті в третьому ступені;

5) у відцентрових насосів, що працюють на мережу з великим статичним натиском , наприклад у живильних насосів котельних, споживана потужність пропорційна частоті в ступені вище третьої.

Зміна частоти істотно впливає на роботу приладів і апаратів вживаних в телебаченні, обчислювальній техніці.