Файл: Актуальность и основные понятия дисциплины.pdf

Рис. 5. Импульс тока
ЭМП бывают кондуктивные и полевые.
Кондуктивные помехи (частотой до 10 кГц) распространяются по элементам электрической сети (кондакт – «проводить», кондуктивный –
«токопроводящий»). Например, преобразователи тяговой подстанции электрифицированного транспорта создают кондуктивные помехи в сети, к которой они подключены.
Кондуктивная электромагнитная помеха: электромагнитная помеха, распространяющаяся по проводникам электрической сети. В некоторых случаях электромагнитная помеха распространятся через обмотки трансформаторов и может действовать в электрических сетях с разными значениями напряжения. Кондуктивные электромагнитные помехи могут ухудшить качество функционирования устройств, электроустановок или систем или вызвать их повреждение.
Полевые помехи распространяются через окружающее пространство.
Ими могут быть излучаемые помехи, распространяющиеся в пространстве в форме высокочастотного или низкочастотного электромагнитного поля.
Такие помехи создают, например, в линиях связи высоковольтные воздушные линии при передаче электроэнергии.
Источниками помех могут быть электротехнические средства и электротехнологические процессы. В первом примере преобразователи – это средство, во втором передача ЭЭ – это процесс.

В качестве примера рассмотрим влияние отдельных электромагнитных помех на работу следующих наиболее характерных электроприемников.
Отклонение напряжения
1. К отклонению напряжения весьма чувствительны асинхронные электродвигатели. Их электромагнитный момент пропорционален квадрату питающего напряжения. Поэтому при изменении напряжения существенно изменяется скорость вращения ротора. Кроме того, с напряжением связаны значения активной мощности, потребляемой реактивной мощности, нагрев и срок службы изоляции. Таким образом, при отклонении напряжения от номинального значения существенно снижаются основные технико- экономические показатели асинхронных двигателей.
2. Отклонение напряжения негативно влияет и на работу синхронных двигателей. В частности, это приводит к изменению генерируемой реактивной мощности, росту потерь и снижению их запаса устойчивости.
3.
Работа вентильных регулируемых преобразователей будет характеризоваться изменением коэффициента мощности и потребляемой реактивной мощности в случае отклонения напряжения и необходимости поддержания постоянства выпрямленного тока.
4.
Отрицательные отклонения напряжения приводят к снижению производительности и повышенному расходу электроэнергии в электротермических установках.
5. Положительные отклонения напряжения приводят к увеличению производительности осветительных установок (ламп) и снижению их срока службы. Понижение напряжение снижает освещенность, негативно влияет на производительность труда и здоровье людей.

При несимметрии напряжения в сети появляются дополнительные потери в ее элементах, сокращается срок службы изоляции, ламп, оборудования, снижаются генерируемая реактивная мощность синхронных машин и экономические показатели электрооборудования в целом.
Колебания напряжения
Источниками колебаний напряжения в сети являются в основном резкопеременные нагрузки. Это, например, управляемые полупроводниковые преобразователи, характеризующиеся широким диапазоном и скоростью регулирования, сварочное оборудование, дуговые сталеплавильные печи.
Колебания напряжения отрицательно влияют на зрение и снижают производительность труда.
Если размах изменений напряжения составит более 10 %, то это может привести к погасанию электроразрядных ламп. При увеличении же размаха колебаний напряжения до 15 % может происходить отпадание контактов магнитных пускателей, могут выходить из строя батареи конденсаторов или вентили силовых преобразователей.
Колебания напряжения оказывают негативное влияние на работу большого количества различных потребителей. Например, наблюдается неустойчивое горение дуги при сварке, меняется температура индукционных сталеплавильных печей, снижается производительность электролизных установок, скачет активная и реактивная мощность синхронных генераторов, что вызывает неустойчивую работу их систем АРВ и ложную работу форсирования тока возбуждения.
Несинусоидальность напряжения
При подключении к сети нелинейной нагрузки (инверторы, выпрямители, магнитные усилители, дуговые сталеплавильные печи, люминесцентные лампы и т.п.) искажается синусоидальная форма питающего напряжения. Это приводит к появлению высших гармонических составляющих в составе сетевого напряжения и тока.

Высшие гармоники создают дополнительные потери в электрических машинах, силовых трансформаторах и элементах сетей. Повышенный нагрев вызывает износ изоляции электротехнических устройств и кабелей и приводит к сокращению их срока службы. Из-за перегрева токами высших гармоник затрудняется компенсация реактивной мощности батареями конденсаторов, поскольку они могут вспучиться и взорваться. В целом уровень дополнительных потерь в сетях энергосистем, предприятий и ж/д транспорта может достигать 30–40 % от потерь энергии при синусоидальном токе.
Высшие гармоники напряжения и тока могут вызвать сбой в работе релейной защиты и автоматики. Они также влияют на величину вращающего момента и коэффициента мощности электродвигателей.
Совокупность электромагнитных явлений, процессов в заданной области пространства, частотном и временном диапазонах называется электромагнитной обстановкой, т.е. электромагнитная обстановка – это совокупность электромагнитных явлений, существующих в рассматриваемой среде.
Основной характеристикой электромагнитной обстановки является уровень ЭМС.
Уровень электромагнитной совместимости в системе электроснабжения: регламентированный уровень кондуктивной электромагнитной помехи, используемый в качестве опорного для координации между допустимым уровнем помех, вносимым техническими средствами пользователей электрических сетей, и уровнем помех, воспринимаемым техническими средствами, подключенными к электрической сети, без нарушения их нормального функционирования.
Уровень ЭМС в сети зависит от установленного значения ЭМП, при которой обеспечивается нормальное взаимодействие всех технических средств, являющихся как источником ЭМП, так и средств, восприимчивых к этим помехам, т.е. зависит от ПКЭ. Таким образом, значения ПКЭ и уровни

электромагнитной совместимости адекватны по физическому смыслу. В частности, допустимые уровни ЭМП, т.е. значения ПКЭ характеризуют такую электромагнитную среду (электрическую сеть), в которой электрооборудование должно функционировать нормально. При этом электротехнические средства характеризуются своими уровнями ЭМС. Эти уровни ЭМС технических средств определяют помехоустойчивость технического средства.
Помехоустойчивость технических средств соответствует допустимому уровню ЭМС, при котором гарантируется нормальное функционирование этих средств.
Уровень помехоустойчивости должен быть выше ПКЭ в электрической сети (рис. 6).
Если в процессе работы технического средства уровень ЭМП в сети достигнет значения, превышающего значение помехоустойчивости, то нарушится нормальное функционирование устройства (отказ). Это пороговое значение ПКЭ называется помеховосприимчивостью.
Рис. 6. Соотношение между уровнями помех в сети, установленными нормами качества электроэнергии и помехоустойчивостью технического средства
Уровень помех
Помехо- устойчивость
Нормы качества электрической энергии

Нарушение функционирования может быть обратимым (устройство после снижения уровня ЭМП восстанавливает свою работоспособность) и необратимым (устройство теряет свои функциональные возможности).
Воздействие отдельных помех может сказаться на работоспособности изделия со временем. Например, многие виды кондуктивных помех приводят к повышенному нагреву электрооборудования. Дополнительный нагрев вызывает старение изоляции устройства. Нарушение функционирования этого средства будет наблюдаться с течением времени. Поэтому нормально
допустимые уровни ЭМС и ПКЭ могут быть кратковременно
превышены, но не более чем в течение 72 мин за сутки.
Провалы напряжения
В настоящее время в сетях электроснабжения находят применение микроэлектронные и микропроцессорные системы управления. Эти устройства резко снижают помехоустойчивость систем управления электроприемников, что увеличивает количество отказов электрооборудования из-за воздействия электромагнитных помех, сопровождающих в сетях электромагнитные переходные процессы.
Электромагнитные переходные процессы, несмотря на то что их длительность составляет всего несколько периодов промышленной частоты, как правило, приводят к провалу напряжения в момент появления.
Причинами этих явлений могут быть однофазные короткие замыкания на линиях электрической передачи (ЛЭП) электроэнергии, которые либо самоликвидируются, либо устраняются при срабатывании устройств автоматического повторного включения (АПВ); междуфазные замыкания, возникающие из-за атмосферных явлений; перенапряжения при аварийных или оперативных переключениях; отключение компенсирующих устройств.
Свыше 2/3 остановок механизмов приходится на провалы напряжения глубиной более 20 %. Количество таких просадок (глубиной более 20 %) в распределительных сетях достигает 60 %.
Заключение

Увеличение мощности энергосистем и количества воздушных линий, повышающих надежность систем электроснабжения, увеличивает количество отказов помехочувствительных приемников. Наличие электромагнитных помех, таких как несинусоидальность, колебания и отклонения напряжения, снижают ЭМС электронных систем. Наблюдаются сбои в каналах передачи информации, что в целом снижает надежность электроснабжения.
Таким образом, качество электроэнергии действительно существенно влияет на надежность системы электроснабжения.
Обеспечение электромагнитной совместимости сетей и электрооборудования показывает важность нормирования качества электроэнергии и поддержания его в регламентируемых пределах.
Низкое качество электроэнергии (КЭ) оценивается материальным ущербом. По опубликованным данным, в 1985 г. ущерб от низкого КЭ составил 15 % от стоимости всей электроэнергии, произведенной в стране.
Различают две составляющие ущерба от низкого качества электроэнергии. В зависимости от результата воздействий ЭМП различают электротехнический
(нагрев, износ изоляции, сокращение срока службы прибора и т.п.) и технологический (нарушение технологического процесса, брак продукции и т.п.) ущерб.
Выводы
1. Проблема качества электроэнергии является весьма актуальной, т.к. приводит к огромному ущербу при снижении харатеристик сетевого напряжения.
2. В настоящее время наблюдается обострение проблемы качества электроэнергии при управлении энергетическими объектами в связи с ростом мощностей систем электроснабжения.
3. Решение проблемы качества электроэнергии обеспечивается путем нормирования значений показателей качества электроэнергии.

2. НОРМИРУЕМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
2.1. Нормирование качества электроэнергии
Цель лекции
Понять сущность нормирования качества электроэнергии.
Задачи лекции
 Получить представление о принципах нормирования качества электроэнергии.
 Познакомиться с терминологией действующего стандарта в области качества электроэнергии (ГОСТ 32144-2013).
 Понять, какие виды изменений сетевого напряжения нормируются.
2.1.1. Принципы нормирования качества электроэнергии
Приемники системы электроснабжения (СЭС) предназначены для работы при номинальных значениях напряжения и тока, которые должны изменяться во времени по синусоидальному закону с номинальной частотой
(рис. 7). В конкретных условиях работы СЭС возникают отклонения сетевого напряжения. Допустимая величина этих отклонений определяется показателями качества электроэнергии (ПКЭ). Нормы качества ЭЭ представляют собой установленные предельные значения показателей качества ЭЭ.
Фаза 1
Фаза 2
Фаза 3 120

120

Т = 0,02 с
f = 1/T = 50
Гц
U
0
U
max
– U
max
90

180

270

360


Рис. 7. Трехфазная система напряжения или тока
Нормирование ПКЭ имеет под собой техническое и экономическое обоснование. Использовать систему ПКЭ в проектной практике, осуществлять контроль и управление качеством электроэнергии позволяют следующие технико-экономические предпосылки:

ПКЭ по напряжению характеризуют степень искажения кривой напряжения и его отрицательного воздействия на электрооборудование и технологические процессы, соизмеримые со значениями ПКЭ;

допустимые значения
ПКЭ выбираются из технико- экономических соображений;

ПКЭ нормируются в течение определенного интервала времени с заданной вероятностью для получения достоверных и сопоставимых значений;

допустимые значения
ПКЭ указываются на зажимах электроприемников и в узлах электрических сетей.
2.1.2. Терминология ГОСТ 32144-2013
Действующим нормативным документом в области качества электроэнергии в России является ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего

ГОСТ 32144-2013
3.1.6.
Точка передачи электрической энергии: точка электрической сети, находящаяся на линии раздела объектов электроэнергетики между владельцами по признаку собственности или владения на ином предусмотренном законами основании, определенная в процессе технологического присоединения.
3.1.7.
Точка общего присоединения: электрически ближайшая к конкретной нагрузке пользователя сети точка, к которой присоединены нагрузки других пользователей сети.
ГОСТ 32144-2013
3.1.11.
Низкое напряжение: напряжение, номинальное среднеквадратическое значение которого не превышает 1 кВ.
3.1.12.
Среднее напряжение: напряжение, номинальное среднеквадратическое значение которого превышает 1 кВ, но не превышает 35 кВ.
3.1.13.
Высокое напряжение: напряжение, номинальное среднеквадратическое значение которого превышает 35 кВ, но не превышает 220 кВ. назначения», введенный в действие с 01.07.2014. Этот стандарт устанавливает показатели и нормы качества электрической энергии в точках
передачи электрической энергии пользователям электрических сетей
низкого, среднего и высокого напряжения систем электроснабжения
общего назначения переменного тока частотой 50 Гц.
Какое напряжение является низким, какое средним, а какое высоким? В
ГОСТ 32144-2013 приводятся следующие формулировки классов напряжения:
Рис. 8. Определения низкого, среднего и высокого напряжения
В более раннем стандарте (ГОСТ 13109-97) нормы качества электроэнергии относились к точкам общего присоединения. Теперь – к
точкам передачи. Как видно из определений, приведенных в ГОСТ (рис. 9), точка передачи, в отличие от точки общего присоединения, является не только местом подключения нагрузки других пользователей сети, но и границей раздела собственности электроэнергетических объектов.
Необходимость осуществления контроля качества электрической энергии на этих присоединениях вызывается условиями рыночной экономики. Здесь происходит обращение электроэнергии в соответствии с договором на поставку или на услуги по передаче электроэнергии установленного качества, ответственность за которое несет сетевая организация.