Файл: Актуальность и основные понятия дисциплины.pdf

3. ГОСТ 32144-2013 устанавливает нормы ПКЭ на продолжительные изменения характеристик напряжения. На нормы ПКЭ случайных событий в стандарте дается лишь справочная информация.

2.2. Отклонения частоты и напряжения
Цель лекции
Получить представление о влиянии отклонений частоты и величины сетевого напряжения на работу электрических сетей, электроприемников и технологических процессов.
Задачи лекции
 Понять задачи и усвоить принципы нормирования отклонения частоты сетевого напряжения.
 Понять задачи и усвоить принципы нормирования отклонения напряжения в сети.
Нормируемые показатели качества электроэнергии представляют собой
продолжительные изменения характеристик напряжения электропитания.
Они относятся к частоте, значениям, форме напряжения и симметрии
напряжений в трехфазных системах.
2.2.1. Отклонение частоты напряжения
Частота сетевого напряжения f непосредственно связана со скоростью вращения электромеханических преобразователей энергии (двигателей и генераторов), с режимами работы и характеристиками вращающихся механизмов.
Работоспособность и характеристики отдельных объектов электроэнергетики весьма сильно зависят от значений частоты напряжения питания f. Например, очень жесткие требования к точности поддержания частоты вращения устанавливаются для паровых турбин. Для них нужно, чтобы частота не оставалась длительно ниже 49,5 Гц и выше 50,5 Гц. В противном случае возможно повреждение лопаток турбин. Таким образом, наиболее серьезные требования к точности регулирования частоты предъявляются самими электростанциями.
Частота f является не только показателем качества электроэнергии, но и важнейшим параметром режима работы энергосистемы, характеризующим соответствие между потреблением и производством электроэнергии.

Частота в энергосистеме определяется общим балансом генерируемой и потребляемой активной мощности. При равенстве этих мощностей частота постоянна (f = const). При появлении дисбаланса мощностей возникает переходный процесс изменения частоты. По скорости и направлению изменения частоты можно судить о величине и знаке возникшего в энергосистеме небаланса активной мощности. Если частота в энергосистеме уменьшается, то для восстановления ее нормального значения надо увеличить активную мощность, вырабатываемую на электростанциях.
Частота переменного тока в электрической системе определяется скоростью вращения генераторов электрических станций. Номинальная частота может быть обеспечена при наличии резерва активной мощности на электростанциях. На рисунке 19 показаны статические характеристики активных мощностей генераторов
)
( f
f
Р
Г

и нагрузки системы
)
( f
f
Р
H

по частоте. При некоторой суммарной активной мощности '
P
эти характеристики пересекаются в точке 1, в которой система работает при номинальной мощности
nom
P
и частоте
nom
f
. При увеличении активной мощности нагрузки (характеристика –
'
'
P
) устанавливается новое равенство активной мощности в сети (точка 2) и частота в системе снижается. Для обеспечения прежнего значения частоты с помощью устройств регулирования частоты на турбинах генераторов электростанций осуществляется увеличение мощности генерирующих источников (и наоборот).
2
Р’’
Р’

Р

f
1
Р,
о.е.
Р
m
Р
nom
f
m
f
nom
f
Р
H

Рис. 19. Влияние изменения нагрузки на частоту энергосистемы
Поскольку для объектов энергетической системы очень важно иметь частоту сетевого напряжения, равную f = 50 Гц, то отклонение данного параметра от номинального значения нормируется.
Показателем качества электроэнергии, относящимся к частоте, является отклонение значения основной частоты напряжения
электропитания от номинального значения, обозначаемое
f

и измеряемое в герцах (Гц).На рисунке 20 показано искажение сетевого напряжения при изменении частоты сетевого напряжения. Отклонение частоты определяется по формуле (1):
nom
m
f
f
f



,
(1) где
m
f
– значение основной частоты напряжения электропитания, Гц, измеренное в интервале времени 10 с в соответствии с требованиями ГОСТ
30804.4.30 – 2013, подраздел 5.1;
nom
f
– номинальное значение частоты напряжения электропитания, Гц.
Рис. 20. Изменение частоты сетевого напряжения
Номинальное значение частоты напряжения электропитания в электрической сети равно 50 Гц.
Для указанного показателя КЭ установлены следующие нормы.
Отклонение частоты
f

в синхронизированных системах электроснабжения не должно превышать:
−

0,2 Гц в течение 95 % времени интервала в одну неделю,
−

0,4 Гц в течение 100 % времени интервала в одну неделю.
U
t, мс
f
nom
f
m

Отклонение частоты
f

в изолированных системах электроснабжения с автономными генераторными установками, не подключенными к синхронизированным системам передачи электрической энергии, не должно превышать:
− 1 Гц в течение 95 % времени интервала в одну неделю,
− 5 Гц в течение 100 % времени интервала в одну неделю.
Следует отметить, что интервал времени, в течение которого осуществляют контроль показателей качества электроэнергии, в свою очередь, также регламентируется. Его длительность задается ГОСТ 33073-
2014
«Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Контроль и мониторинг качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». В соответствии с этим документом стандартная продолжительность непрерывного контроля
показателей качества электроэнергии составляет 7 суток. Данные измерений, полученные в рамках этого интервала времени, усредняются и обрабатываются на основе статистических методов. Только после этого делается окончательное заключение о соответствии или несоответствии проверяемого показателя качества электроэнергии требованиям ГОСТ 32144-
2013.
Наиболее вероятным виновником ухудшения качества электроэнергии по
f

является электроснабжающая организация, которая должна контролировать и стабилизировать частоту в сети.
2.2.2. Отклонения напряжения
В общем случае значение напряжения в узлах системы электроснабжения определяется балансом реактивной мощности, зависит от режима работы средств компенсации реактивной мощности, графика нагрузки узла, падения напряжения на участках сети и коэффициента трансформации силовых трансформаторов.
Любое электротехническое устройство рассчитано на оптимальное напряжение, при котором его технико-экономические показатели являются

наилучшими. Отклонение напряжения от требуемого значения приводит к ухудшению характеристик приемников электрической энергии, изменению потерь мощности и показателей работы сети. Другими словами, отклонение напряжения в отдельной точке сети способно оказать влияние на систему электроснабжения в целом. Поэтому поддержание заданных значений напряжения в сети является одним из важнейших требований к системе электропитания. Между тем при изменении нагрузки, подключаемой к электрической сети, напряжение электропитания принимает другое соответствующее ей значение. Эти изменения обычно длятся более 1
минуты и являются медленными изменениями напряжения.
На рисунке 21 показан примерный вид мгновенного напряжения в сети при медленном отклонении напряжения от согласованного значения под действием нагрузки.
Рис. 21. Отклонения напряжения
t, c
1,1

2U
0

2U
0
0,9

2U
0
более 1 мин
более 1 мин

Отклонения напряжения, вызванные его медленными изменениями, регламентируются
ГОСТ
32144-2013.
Стандартом устанавливается соответствующий показатель качества электроэнергии – это отрицательное
)
(

U

и положительное
)
(

U

отклонения напряжения электропитания в точке передачи электрической энергии от номинального или согласованного действующего значения напряжения, выраженное в процентах.
Положительное и отрицательное отклонения напряжения выражаются в процентах (%). Расчет отрицательного отклонения напряжения выполняется в соответствии с формулой (2). Для положительного отклонения напряжения применяется выражение (3).
100 0
)
(
0
)
(











U
U
U
U
m

%;
(2)
100 0
0
)
(
)
(











U
U
U
U
m

%;
(3) где
0
U
– напряжение, равное стандартному номинальному напряжению
nom
U
или согласованному напряжению
c
U
электропитания (В);
)
(

m
U
,
)
(

m
U
– значения напряжения электропитания (В), меньшие
0
U
и большие
0
U
соответственно, усредненные в интервале времени 10 мин в соответствии с требованиями ГОСТ 30804.4.30, подраздел 5.12.
Для рассматриваемых здесь показателей качества электроэнергии задаются следующие нормы:

настоящем стандарте, должны быть проведены измерения по ГОСТ
30804.4.30-2013, подраздел 5.12, класс A, при этом маркированные данные не учитываются.
Отличительной особенностью ГОСТ 32144-2013 по сравнению с ГОСТ
13109-97 является то, что в действующем стандарте не устанавливаются нормы на нормально допустимые отклонения напряжения, как это было раньше. В предыдущем регламентирующем документе нормировались нормально допустимые отклонения напряжения, которые составляли 5 % от
0
U
. Теперь это только предельно допустимые отклонения в 10 % от
0
U
Допустимые значения положительного и отрицательного отклонений напряжения в точках общего присоединения устанавливаются сетевой организацией с учетом необходимости выполнения норм действующего стандарта в точках передачи электрической энергии.
Энергоснабжающая организация в течение суток определяет интервалы наибольшей и наименьшей нагрузок в часах. Это позволяет с учетом токов нагрузок и потерь напряжения рассчитывать возможные отклонения напряжения в характерных точках сети и принимать меры по обеспечению норм отклонений напряжения на зажимах электроприемников или в точках передачи электроэнергии.
Характерной точкой является узел сети, к которому подключен
характерный электроприемник. Характерным является ближайший (б) или наиболее удаленный (у) от узла электроприемник. Характерным считается также электроприемник, изменение нагрузки которого существенно отличается от общего графика нагрузок в сети.
Определить отклонение напряжения на шинах центра питания для каждого характерного потребителя в характерных режимах нагрузки можно в соответствии с рекомендациями ГОСТ 33073-2014. Характерные режимы – это обычно режимы наибольшей и наименьшей нагрузок.

На рисунке 22 в качестве примера дана схема распределительной сети с возможными пунктами контроля качества электроэнергии (1, 2, 3 и 4).
Измерение отклонения напряжения осуществляется в следующих узлах сети:

1 – ввод внутреннего распределительного устройства (ВРУ), являющийся вводом в дом и представляющий собой точку передачи электрической энергии;

2 – шины 0,4 кВ трансформаторных подстанций (ТП);

3 – шины 6–35 кВ трансформаторных подстанций (ТП);

4 – шины 6–35 кВ понизительной подстанции (ПС).
Рис. 22. Схема распределительной электрической сети
Предположим, что на вводе в дом (1) верхняя допустимая граница отклонения напряжения –
)
(

U

, нижняя граница отклонения –
)
(

U

На шинах ТП (2) верхняя граница отклонения напряжения до данного потребителя будет равна значению, определяемому в соответствии с выражением (4), %:
)
(
)
(
)
(
4
,
0
II
I
НН
II
I
в
ТП
U
U
U






,
(4) где
)
( II
I
НН
U

– потери напряжения в сети низкого напряжения от ТП для режима наибольшей (I) или наименьшей нагрузки (II).
Нижняя граница отклонения напряжения определяется по формуле (5) и соответственно равна, %:
)
(
)
(
)
(
4
,
0
II
I
НН
II
I
н
ТП
U
U
U






,
(5) где
)
( II
I
НН
U

– потери напряжения в сети низкого напряжения от ТП для режима наибольшей (I) или наименьшей нагрузки (II).
На шинах ТП 6–35 кВ (3) верхняя и нижняя граница отклонения напряжения находится по формулам (6) и (7), %:
3
1
2
4
СН
НН

T
II
I
T
в
ТП
II
I
II
I
в
ТП
E
U
U
U





)
(
4
,
0
)
(
)
(
)
35 6
(


,
(6)
T
II
I
T
н
ТП
II
I
II
I
н
ТП
E
U
U
U





)
(
4
,
0
)
(
)
(
)
35 6
(


,
(7) где
Т
E
– значение возможной добавки напряжения за счет выбранного регулировочного ответвления трансформатора, %;
)
( II
I
T
U

– потери напряжения на обмотках трансформатора для режима наибольшей (I) или наименьшей нагрузки (II).
Отклонения напряжения на шинах 6–35 кВ ПС (4) для рассматриваемой схемы определяются на основе выражений (8), (9) и соответственно равны, %:
)
(
)
(
)
35 6
(
)
(
)
35 6
(
II
I
СН
II
I
в
ТП
II
I
в
ПС
U
U
U







,
(8)
)
(
)
(
)
35 6
(
)
(
)
35 6
(
II
I
СН
II
I
н
ТП
II
I
н
ПС
U
U
U







,
(9) где
)
( II
I
СН
U

– потери напряжения в сети среднего напряжения энергоснабжающей организации в режиме наибольших или наименьших нагрузок, %.
Таким образом, значения положительного и отрицательного отклонений напряжения в узлах сети рассчитываются с учетом потерь напряжения на линиях передачи и установленных регулировочных ответвлений трансформаторов (значений добавки напряжения
Т
E
). В общем случае величина этих потерь зависит от протяженностей линий передачи, т.е. от степени удаленности потребителя. Поэтому расчеты выполняются для ближайших и наиболее удаленных потребителей.
Выводы
1. ГОСТ 32144-2013 устанавливает разные нормы на отклонения частоты питающего напряжения для сетей общего назначения единой энергосистемы и изолированных сетей.
2. ГОСТ 32144-2013 устанавливает положительные и отрицательные отклонения напряжения в точках передачи электрической энергии в пределах
10 % от номинального или согласованного значения напряжения.

2.3. Колебания напряжения и фликер
Цель лекции
Получить представление о влиянии колебания напряжения на технико- экономические характеристики системы электроснабжения.
Задачи лекции
 Понять сущность процессов, приводящих к колебаниям и быстрым одиночным изменениям напряжения в сети.
 Усвоить принципы нормирования колебания напряжения в сети.
 Познакомиться со способами контроля колебаний напряжения в сети.
2.3.1. Колебания напряжения
Колебания напряжения в системе электроснабжения представляют собой быстрые изменения действующего значения напряжения со скоростью не менее 1–2 % в секунду. Характер изменения напряжения при наличии такой электромагнитной помехи имеет вид, представленный на рисунке 23.
Рис. 23. Колебания напряжения
Колебания напряжения в сети вызываются в первую очередь работой мощных электроприемников с ударным и резкопеременным характером нагрузки. В порядке воздействия на уровень колебания напряжения в сети это:

дуговые сталеплавильные печи,

руднотермические печи,
t, мc
0
u