KAChESTVO_ELEKTRIChESKOJ_ENERGII

1.

КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
к.т.н., доцент кафедры
«Электроэнергетика и электротехника»
Стрижиченко Александр Васильевич

2.

ГОСТ 32144― 2013
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТАНДАРТ
Электрическая энергия
Совместимость технических средств
электромагнитная
НОРМЫ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
Приказом Федерального агентства по техническому регулированию
и метрологии от 22 июля 2013 г. № 400-ст межгосударственный
стандарт ГОСТ 32144―2013 введен в действие в качестве национального
стандарта Российской Федерации с 1 июля 2014 г.
2

3.

Настоящий стандарт устанавливает показатели и нормы качества
электрической энергии (КЭ) в точках передачи электрической энергии
пользователям электрических сетей низкого, среднего и высокого
напряжения систем электроснабжения общего назначения переменного
тока частотой 50 Гц
Нормы КЭ, установленные в настоящем стандарте, не рассматривают в
качестве уровней электромагнитной совместимости для кондуктивных
электромагнитных помех и предельных значений кондуктивных
электромагнитных помех, создаваемых оборудованием электроустановок
потребителей электрической энергии в системах электроснабжения
общего назначения.
Качество электрической энергии (КЭ) - это степень соответствия
характеристик электрической энергии в данной точке электрической
системы совокупности нормированных показателей КЭ
3

4.

4

5.

ПКЭ
1. Поддержание
ПКЭ возможно
общесистемными
средствами
регулирования
Δf , δU(-), δU(+)
2. Источники
искажений –
электроприёмники
KU , KU(n), K2U,, K0U ,
δUt , PSt , PLt
3. Случайные
события
u , ΔtП , ΔtПР
5

6.

Установившееся отклонение частоты
± 0,2 Гц в течение 95 % времени интервала в одну неделю
± 0,4 Гц в течение 100 % времени интервала в одну неделю
Установившееся отклонение частоты
Соотношения частот – f1 > fн > f2,
где fн – номинальное значение частоты;
f1 и f2 – соответственно большее и меньшее значение частоты
относительно номинального значения
6

7.

Влияние установившегося отклонения частоты на работу электроприёмников
Частота вращения ротора
Асинхронного электродвигателя:
Влияние частоты на потребление
активной P и реактивной Q мощностей
7

8.

Регулирование частоты в энергосистеме
Общие требования к регулированию частоты и перетоков активной мощности в
энергосистеме устанавливает СТО 59012820.27.100.003-2012 «Регулирование
частоты и перетоков активной мощности в ЕЭС России. Нормы и требования» (в
редакции от 29.07.2014 г.).
Синхронная зона - совокупность всего синхронно работающего генерирующего
оборудования и энергопринимающих установок потребителей электрической
энергии, имеющих общую частоту электрического тока.
К 1-й синхронной зоне ЕЭС России относится часть ЕЭС России, нормально
работающая параллельно с энергосистемами стран СНГ и Балтии, включающая в
себя все объединенные энергосистемы, кроме объединенной энергосистемы Востока.
В 1-ой синхронной зоне ЕЭС России должно быть обеспечено поддержание
усредненных на 20-секундном интервале значений частоты в пределах (50,00±0,05)
Гц при допустимости нахождения значений частоты в пределах (50,0±0,2) Гц с
восстановлением частоты до уровня (50,00±0,05) Гц за время не более 15 минут.
Ко 2-й синхронной зоне ЕЭС России относится часть ЕЭС России, включающая в
себя объединенную энергосистему Востока, нормально работающая изолированно
от 1-й синхронной зоны ЕЭС России [6].
Во 2-й синхронной зоне ЕЭС России должно быть обеспечено поддержание
усредненных на 20-секундном интервале значений частоты в пределах (50,0±0,2) Гц
не менее 95 % времени суток без выхода за величину (50,0±0,4) Гц
8

9.

Первичное регулирование частоты (первичное регулирование) – это процесс
автоматического изменения мощности генерирующего оборудования под действием
первичных регуляторов, вызванный изменением частоты и направленный на
уменьшение этого изменения. Первичное регулирование должно осуществляться с
целью ограничения отклонений частоты от номинального значения для безопасной
эксплуатации
электростанций
и
минимизации
риска
отключения
энергопринимающих установок потребителей электрической энергии действием
противоаварийной автоматики.
Вторичное регулирование частоты и перетоков активной мощности (вторичное
регулирование) - это процесс автоматического или оперативного изменения активной
мощности генерирующего оборудования для восстановления заданного значения
частоты или заданного значения внешнего перетока (суммы перетоков активной
мощности по связям, соединяющим область регулирования со смежными частями
синхронной зоны) области регулирования.
Третичное регулирование мощности (третичное регулирование) – это процесс
изменения активной мощности генерирующего оборудования в целях восстановления
резервов вторичного регулирования.
9

10.

Регулирование частоты
а) - схема сети; б) - процесс регулирования частоты
10

11.

Пересечение характеристик генератора Pг и нагрузки Pн соответствует балансу
активных мощностей Pг = Pн при некоторой начальной частоте в энергосистеме,
равной f0 (точка 1, б). Пусть f0 = fном.
Рассмотрим нарушение баланса активных мощностей, вызванное подключением
дополнительной нагрузки, то есть ее увеличением на ΔPн, новая характеристика
нагрузки займет положение Pн + ΔPн. При отсутствии регулирования (мощность
генератора не меняется при снижении частоты) новый баланс мощности наступит
при выравнивании вращающего и тормозного моментов при значении частоты f1
(точка 2, б). При наличии на турбине регулятора скорости новый баланс установится
при частоте f2 большей, чем f1 (точка 3). Стрелками показан апериодический
переходный процесс от начального состояния (точка 1) к новому (точка 3). Таким
образом, за счет наклона (статизма) характеристики регулятора скорости выполняется
регулирование частоты от f1 до f2, называемое первичным регулированием частоты.
Вторичное регулирование частоты обычно выполняется специально выделенными
частотоведущими станциями путем ввода дополнительных резервных мощностей.
Ввод дополнительных мощностей ΔPг соответствует переходу на характеристику
генератора Pг + ΔPг и установлению нового баланса мощностей (Pг + ΔPг = Pн + ΔPн)
при первоначальной частоте f0 (точка 4, б). Регулирование частоты от f2 до f0
называется вторичным регулированием частоты.
11

12.

а
б
Аварийное отключение части генераторов при достаточности
резерва генерирующей мощности (а) и при его недостаточности (б)
12

13.

Автоматическая частотная разгрузка
Автоматическая частотная разгрузка (АЧР) предназначена для сохранения
работоспособности энергетической системы и потребителей первой категории
электроснабжения в случае резкого снижения количества активной мощности в
сети. Защитное действие АЧР заключается в отключении определенной части
потребителей электрической энергии от питающей сети.
Для ликвидации дефицита активной мощности в сети следует отключить некую
часть потребителей активной составляющей электрической энергии. Поэтому важно
применение АЧР на электрических распределительных подстанциях.
Автоматическая частотная разгрузка применяется на распределительных
подстанциях с учетом категории электроснабжения потребителей. Отключение
потребителей от сети выполняется ступенчато. Первая ступень с наименьшей
выдержкой времени отключает потребителей часть потребителей третьей категории,
вторая ступень с большей выдержкой времени отключает следующую группу
потребителей и т.д.
13

14.

14

15.

Медленные изменения напряжения
U ( )
U ( )
U ном U m ( )
U ном
U m ( ) U ном
U ном
100%
100%
Положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи
электрической энергии не должны превышать 10 % номинального значения
напряжения в течение 100 % времени интервала в одну неделю
δUпред = ± 10 %
15

16.

Однолинейная схема электрической сети (а), схема замещения
участка сети 1 – 2 с номинальным напряжением 0,4 кВ (б), векторная
диаграмма (в) одной фазы трёхфазной линии 0,4 кВ с обобщённой
трёхфазной нагрузкой Н и обобщённой трёхфазной
16
электродвигательной нагрузкой М

17.

Эпюра изменения напряжения на участках сети
при протекании по ним тока нагрузки
17

18.

U 2 U 1 U j U
U2
(n)
U 2
k ТР
( n)
(n)
k ТР
(n)
U
1
U2
К 0 0 n
U 1 U1нно 1
0
100
0
100 0 0 U 2 U 2.ном
n
1
0
К 0 U 2.ж U 1ном
(n)
18

19.

Влияние отклонения напряжения на работу электродвигателей
Изменение частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя
в зависимости от напряжения:
Механическая характеристика двигателя при
номинальном Мн и пониженном М1 напряжениях
при постоянном моменте сопротивления
19

20.

Влияние отклонения напряжения на работу электропечей
и электролизных установок
Снижение напряжения на
выводах электрических печей
приводит к ухудшению
температурного режима
электротермического оборудования,
увеличению продолжительности
технологического процесса и
перерасходу электроэнергии
Удельный расход энергии w на
производство 1 т алюминия
w
I U ср. t
U ср.
Wэ
Q k Э I t k Э
отрицательные значения установившегося
отклонения напряжения приводят к снижению производительности электролизных
ванн и повышению удельных расходов
20
электроэнергии.

21.

Влияние отклонения напряжения на работу осветительных приборов
При снижении напряжения лампы
накаливания снижают световой поток, при
повышении напряжения световой поток
увеличивается, растет потребляемая
мощность, но срок службы уменьшается.
При снижении напряжения в сети у люминесцентных ламп
ухудшаются условия зажигания, и срок их службы, который
определяется распылением оксидного покрытия электродов,
сокращается. При повышении напряжения увеличивается
распыление оксидного покрытия электродов люминесцентных ламп, что также снижает их срок службы
21

22.

Колебания напряжения и фликер
Колебания напряжения – серия единичных изменений напряжения во времени. Они
характеризуются размахом изменения напряжения δUt, частотой повторения
изменений напряжения FδUt, интервалом между изменениями напряжения Δti,i+1,
дозой фликера Рt
Допустимые значения размаха изменений напряжения
кривая 1 соответствует колебаниям, огибающая которых имеет форму меандра; по
кривой 2 находятся предельно допустимые значения размаха изменений напряжения
для помещений, в которых требуется значительное зрительное напряжение
22

23.

23

24.

Фликер - ощущение неустойчивости зрительного восприятия, вызванное световым
источником, яркость или спектральный состав которого изменяются во времени.
Показателями КЭ, 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 КЭ 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.
24

25.

Несинусоидальность напряжения
Пример разложения Uфакт на гармонические составляющие: 1, 3, 5, 7 гармоники
X ( t ) A0 [ An Cos(n t n ) Bn Sin (n t n )]
n 1
25

26.

или
26

27.

Нормально допустимые значения KU
Предельно допустимые значения KU
27

28.

28

29.

29

30.

Схема подключения фильтрокомпенсирующего устройства
30

31.

Несимметрия напряжений в трехфазных системах
Несимметрия напряжений характеризуется коэффициентом несимметрии
напряжений по обратной последовательности K2U, % и коэффициентом
несимметрии напряжений по нулевой последовательности K0U, %.
Нормально и предельно допустимые значения этих коэффициентов
составляют соответственно 2 % и 4 %.
31

32.

Векторные диаграммы фазных и линейных напряжений и временные диаграммы фазных
напряжений в симметричном режиме (а и б) и несимметричном режиме (в и г)32

33.

33

34.

K 2U
U 2 (1)
U 1(1)
100%
K 0U
U 0 (1)
U 1(1)
100%
34

35.

[3]
35

36.

[3]
36

37.

37

38.

38

39.

39

40.

40

41.

41

42.

42

43.

43

44.

Случайные события
Прерывание напряжения
В трехфазных системах электроснабжения к прерываниям напряжения
относят ситуацию, при которой напряжение меньше 5 % опорного напряжения
во всех фазах.
Провал напряжения
Провал напряжения - это внезапное понижение напряжения в точке
электрической сети ниже 0,9Uном, за которым следует восстановление
напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через
промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд
44

45.

Провал напряжения
45

46.

Перенапряжение
Временное перенапряжение - повышение напряжения в точке электрической
сети выше 1,1Uном продолжительностью более 10 мс
46

47.

47

48.

Импульсные напряжения
Импульс напряжения - резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за
которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к
нему уровня за промежуток времени до нескольких миллисекунд
Значения коммутационных импульсных напряжений
48

49.

Импульсные напряжения
Длительность импульса – интервал времени между начальным моментом импульса
и моментом восстановления мгновенного значения до первоначального уровня.
49

50.

Результаты исследований в Schneider Electric
50

51.

51

52.

52

53.

Инспекционный контроль качества электроэнергии осуществляется
испытательными лабораториями в случае выполнения сертификационных
испытаний или подтверждения соблюдения условий сертификации.
При проведении инспекционного контроля контролируется соответствие
двух показателей качества электроэнергии:
53

54.

54

55.

55

56.

56

57.

57

58.

Библиографический список
1. ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических
средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в
системах электроснабжения общего назначения.
2. Карташев И.И. Управление качеством электроэнергии/ И.И. Карташев, В.Н.
Тульский, Р.Г. Шамонов и др.; под ред Ю.В. Шарова. - М.: Издательский дом
МЭИ, 2017. – 347 с.: ил.
3. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество
электроэнергии: Руководство для практических расчетов/ Ю.С. Железко. - М.:
ЭНАС, 2009 - 456с.: ил.
4. Александров Д.С. Надежность и качество электроснабжения предприятий:
учебное пособие / Д.С. Александров, Е.Ф. Щербаков. - Ульяновск: УлГТУ,
2010. - 155 с
5. Климова Г.Н. Энергосбережение на промышленных предприятиях: учебное
пособие/ Г.Н. Климова. - Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2008. - 186 с.
6. Кудрин Б.И. Электроснабжение потребителей и режимы: учебное пособие /
Б.И. Кудрин, В.Б. Жилин, Ю.В. Матюнина. - М.: Издательский дом МЭИ,
2013. - 412с.: ил.
58