Управление качеством электроэнергии

1. УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Тульский Владимир Николаевич

2. История развития требований к качеству электроэнергии

Требования к качеству электрической энергия
развивались
параллельно
с
развитием
электротехники и электроэнергетики.
Первооткрывателем прикладного применения
электричества был русский ученый Василий
Владимирович Петров (1761-1834 гг.). В 1803 году
он издал сочинение в котором описал явление
электрического разряда между концами слегка
разведенных углей к которым была присоединена
большая гальваническая батарея, получившее
название электрической дуги. Петров не только
описал открытое им явление, но и указал на
возможность его использования для освещения
или плавки металлов и тем самым впервые
высказал мысль о практическом применении
электрического тока.
Для
своих
опытов
он
использовал
гальваническую батарею состоящую из 4200 штук
медных и цинковых кружков или из 2100 медноцинковых
элементов,
соединенных
последовательно.
Э.д.с. Гальванической батареи В.В. Петрова
составляла 1650-1700 В.

3.

В своде законов Германии 1870 года было записано:
«Развивая электрическую сеть необходимо учитывать,
что подключение новой линии может вызывать
искажения (помехи), а так как это приводит к ухудшению
работы действующей сети или может повлиять на
работу электроустановок
подключаемых
позднее,
необходимо стараться проектировать сети так, чтобы
искажений не возникало».
В 80-х годах 19 века впервые введено стандартное
напряжение 110 В. Связано это было с расширением
количества электроприемников – дуговых ламп. При дуговом
освещении падение напряжения в дуге составляло 45 В. Для
стабилизации горения дуги и ограничения тока короткого
замыкания при зажигании последовательно с лампой
включалось балластное сопротивление. Опытным путем
было установлено, что падение напряжения на этом
резисторе должно составлять 20 В.
При последовательном
соединении двух дуговых
ламп
необходимое
напряжение составляет
45 2 + 20 = 110 В. Это
напряжение
и
стало
первой
стандартной
Принципиальная схема
величиной.
дуговой лампы производства
компании "Сименс и Гальске",
1878 г.

4. Увеличения номинальных напряжений

Эдисон
Томас
Алва
(1847-1931 гг.)
В 1882 г. Томас Алва Эдисон и Дж. Гопкинсон
совместно разработали трехпроводную систему, в
которой два генератора постоянного тока по 110 В
соединялись последовательно и от средней точки
выводился нейтральный или компенсационный
провод. Между ним и основными проводами было
напряжение 110 В, а между основными проводами –
220 В. При равенстве нагрузок в нейтральном проводе
ток был равен нулю, а при неравенстве ток
определялся как разность токов в основных проводах.
Это давало возможность иметь нейтральный провод
меньшего сечения (до 1/2, 1/3 от сечения основных
проводов). Применение такой системы позволило
увеличить радиус экономичной передачи энергии до
1200 м.
По аналогии с этой системой стали создаваться
многопроводные
линии
с
большим
числом
последовательно соединенных генераторов, вплоть до
четырех в пятипроводной линии. Это давало экономию
меди проводов и позволяло увеличить радиус до
1500 м. Так исторически сложились величины
напряжений 220, 330, 440, 550 В. Некоторые из них
применяются редко (330 В), другие нашли узкую
область применения. Так, городской трамвай имеет
напряжение 550 В.

5. Сооружение системы переменного тока

В 1891 г. на Франкфуртской электротехнической
выставке была представлена система передачи
энергии на трехфазном токе из Лауфена на реке Некар
(приток Майна) во Франкфурт на Майне. Длина линии
170 км, провода воздушные, расстояние между
опорами около 60 м.
В состав системы входили:
• водяная турбина мощностью 304 л.с.;
• трехфазный синхронный генератор 230 кВА, 95 В,
соединение обмоток статора в «звезду», частота 3040 Гц, 150 об/мин;
• повышающий и понижающий трансформатор;
• трансформаторы для питания освещения и
Доливо-Добровольский асинхронный короткозамкнутый двигатель мощностью
Михаил
100 л.с. с числом полюсов, равным восьми, что
соответствовало
синхронной
скорости 450Осипович
600 об/мин. Двигатель приводил во вращение
(1862-1919 гг.)
гидронасос. На выставке имитировался водопад на
реке Некар, приводивший во вращение турбину.
Напряжение в линии передачи вначале было 15 кВ,
а затем после установки новых трансформаторов оно
было доведено до 28,3 кВ.

6. Первая энергосистема

Принцип параллельной работы электростанций, впервые осуществлен в
Пятигорске в 1913 году 26 марта параллельно работали две электростанций —
«Тепловая» и «Белый Уголь».
Гидроэлектростанция на реке Подкумок.
Введена в действие в 1903 г.
Установлены два генератора по 400 кВт.
Пятигорская тепловая электростанция общей
мощностью 800 лошадиных сил (≈588,4 кВт).
Была введена в действие в 1913 г.

7. Создание электроэнергетических систем

Увеличение числа электростанций и длины линий передачи
электроэнергии
создали
условия
для
возникновения
энергетических
систем,
объединявших
электростанции,
находящиеся на значительных расстояниях друг от друга.
Объединение электростанций дало ряд экономических
преимуществ:
• унификация частоты и напряжения, а, следовательно,
унификация параметров приемников;
• уменьшение потребности в резервах отдельных станций,
возможность
ремонта
оборудования
без
отключения
потребителей;
• возможность перераспределения нагрузки между гидро-,
тепловыми электростанциями и разделения их на базисные и
пиковые.
Первый государственный стандарт на качество электроэнергии
появился в 1967 году (ГОСТ 13109-67).
До 2013 года действовал стандарта выпущенный в 1997 году.
На сегодняшний день, качество электроэнергии нормируется
ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость
технических средств электромагнитная. Нормы качества
электрической энергии в системах электроснабжения общего
назначения»

8. Термины и определения

Под электромагнитной совместимостью (ЭМС) понимают
способность электротехнических средств или их элементов
нормально функционировать в данной электромагнитной среде
(обстановке), не внося недопустимых электромагнитных помех
(ЭМП) в эту среду и не испытывая таковых с ее стороны.
Уровень ЭМС - это установленное значение электромагнитных
помех, при которой с наибольшей вероятностью гарантируется
нормальное
взаимодействие
(функционирование)
всех
технических средств, являющихся как источниками помех, так и
средствами, восприимчивыми к этим помехам.

9. Термины и определения

Электромагнитная помеха это случайное электромагнитное
воздействие,
способное
вызывать
в
электротехническом
устройстве нарушение функционирования, отказ, разрушение.
Помеха может проявляться как ток, напряжение, электромагнитное
поле. В практике различают кондуктивные и полевые
электромагнитные помехи.
Качество электроэнергии – это совокупность ее свойств,
определяющих воздействие на электрооборудование, приборы и
аппараты и оцениваемых показателями качества электроэнергии
(ПКЭ), численно характеризующими уровни электромагнитных
помех (ЭМП) в системе электроснабжения (СЭС) по частоте,
действующему значению напряжения, форме его кривой,
симметрии и импульсам напряжения.

10. Характеристика электромагнитной среды по уровням ЭМС

1 – уровень электромагнитной помехи;
2 – уровень помехоустойчивости (нормально допустимый
уровень) - при которой и гарантируется нормальное
функционирование электротехнических средств;
3 – уровень помеховосприимчивости (предельно допустимый
уровень) – пороговое значение при котором с высокой вероятностью
произойдет отказ в работе электротехнического устройства.

11. Пример расположения источников кондуктивных помех в ЭЭС и средств обеспечения КЭ

12. Показатели качества электроэнергии

Качество электроэнергии характеризуется
которые могут быть разделены на три группы:
показателями,
1 группа: отклонения частоты Δf и отклонение напряжения
δU (медленные изменения напряжения).
2 группа: Это ПКЭ, характеризующие несинусоидальность
формы кривой напряжения, несимметрию и колебания
напряжения. Это соответственно коэффициенты искажения
синусоидальной формы кривой напряжения KU и n-ой
гармонической составляющей KU(n), коэффициенты обратной
K2U и нулевой K0U последовательности, размахи колебаний
напряжения δUt и доза фликера PSt и PLt. Источниками этих
искажений напряжения являются, главным образом, потребители
электроэнергии (электропримники).
3
группа:
Это
ПКЭ,
характеризующие
случайные
электромагнитные явления и электротехнические процессы в
системе
электроснабжения:
провалы
напряжения
δUп,
перенапряжения KUпер и импульсы напряжения Uимп .В
большинстве случаев они возникают в результате коммутаций или
разрядов молнии на линию электропередачи.

13. Характеристика нарушений нормативных требований в распределительных сетях

14. Ущерб создаваемый низким качеством электрической энергии

Воздействие помех в зависимости от их вида разделяют на
электротехнические (нагрев, износ изоляции, сокращение срока
службы электрооборудования и т.п.) и технологические (брак
продукции, нарушение технологического процесса и т.п.).
Общий ущерб от низкого КЭ в сетях бывшего СССР в ценах
1985 г. оценивался в 2,5 млрд. руб. Технологическая
составляющая в этой сумме ущерба достигает 80 %, 13%
обусловлено снижением сроков службы электрооборудования и
7% - ростом потерь электроэнергии. В целом такая величина
ущерба по тем временам составляла около 15% от стоимости всей
электроэнергии, производимой в стране ( около 1800 млрд.кВт.час
в год).