Хто впливає якість електричної енергії. Підвищення якості електроенергії: методи, способи, причини

1. Відхилення та коливання частоти відбуваються, в основному, внаслідок перевантажень генераторів на електростанції, що виникають у разі стійких коротких замикань; аварійного відключення паралельно працюючих генераторів у години максимумів навантаження споживачів, особливо у зимовий час.

2. Відхилення напруги відбуваються через неправильний вибір елементів мережі, нераціональне регулювання напруги шляхом перемикання відпайок у трансформатора, обмеженої потужності джерела живлення під дією ударних навантажень.

3. Коливання напруги в мережі обумовлені потужним ударним навантаженням, зварювальними агрегатами, неправильним вибором параметрів елементів системи електропостачання.

4. Несинусоїдальність напруги в мережі обумовлена ​​вентильними перетворювачами, зварювальними випрямлячами, дугоплавильними печами та іншим аналогічним навантаженням. При цьому відбувається спотворення синусоїдальної форми струму та напруги в мережі. Значення рівня гармонік у струмі та напрузі залежать від величини навантаження та досягають максимального значення для напруги при X.X. навантаження, коли Хн →∞, а струму - при к.з., коли Хн →0. У проміжку між цими двома граничними умовами струм Vй гармоніки можна визначити як:

де - кут комутації вентиля.

Отже, значення Кнс впливають режим роботи навантаження, параметри мережі і величина навантаження.

5. Розрізняють тривалу та короткочасну несиметрію напруг. Тривала несиметрія виникає за наявності мережі освітлювального навантаження, однофазних зварювальних установок, плавильних печейі т.п. Короткочасна несиметрія зв'язана з аварійними процесами в електричних мережах, такими як к.з., обриви проводів, замикання на землю.

6. Неврівноваженість напруг виникає зі збільшенням опору ланцюга нульового дроту у системі з глухозаземленной нейтраллю чи системі з ізольованою нейтраллю при несиметричному навантаженні.

Не розглядаючи неминучі перехідні процеси, наведені на рис. 10.7, відзначимо, що тривале підвищення або зниження мережі живлення призводить до скорочення терміну служби двигунів і джерел живлення. Зниження менш бажане через значне зростання струму споживання, порушення та виходу з ладу електроніки та обчислювальної техніки. Негативний вплив надає повне пропадання напруги живлення. Короткочасні сплески та провали викликаються перехідними процесами в електричній системі, супроводжуючись високочастотними перешкодами, що призводять до збою електронної апаратури. Сплеск може призвести до виходу з ладу споживача, якщо комутаційна та особливо захисна апаратура не задовольняє вимоги щодо швидкодії та селективності.

Що впливає на якість електропостачання

Негативний впливна силове електрообладнання та вимірювальні прилади надають тривалі спотворення кривої напруги, особливо спотворення напруги, що мають характер «зазубрин», викликані комутацією силових тиристорів та діодів у потужних джерелах спотворення. Найбільш небезпечними є спотворення кривої ження через нуль. Ці спотворення можуть спричинити додаткові комутації діодів малопотужних джерел живлення, прискорення старіння конденсаторів, збій комп'ютерів та принтерів та іншої апаратури.

Проблема якості у вітчизняних електричних мережах дуже специфічна. У всіх промислово розвинених країнпідключення потужних нелінійних навантажень, що спотворюють форму кривих струму та електричної мережі, допускається лише за дотримання вимог щодо забезпечення якості електроенергії та за наявності відповідних коригувальних пристроїв. При цьому сумарна потужність нововведеного нелінійного навантаження не повинна перевищувати 3...5% від потужності всього навантаження енергокомпанії. Інша картина спостерігається у нашій країні, де такі споживачі підключаються досить хаотично.

Видача технічних умовна приєднання багато в чому формальна через відсутність чітких методик та масових сертифікованих приладів, які фіксують «хто винен». При цьому промисловістю практично не випускалися необхідні фільтрокомпенсуючі, симетруючі, багатофункціональні пристрої, що оптимізують та ін.

В результаті електричні мережі Росії виявилися перенасиченими обладнанням, що спотворює.

В окремих регіонах сформувалися унікальні за своєю потужністю та ступенем спотвореності кривих струму та комплекси електричних мереж енергосистем та розподільчих мереж споживачів, що суттєво загострило проблему електропостачання споживачів якісною електроенергією.

Для визначення відповідності значень вимірюваних показників якості електроенергії норм стандарту, за винятком тривалості провалу напруги, імпульсної напруги, коефіцієнта тимчасового перенапруги, встановлюється мінімальний інтервал часу вимірювань, що дорівнює 24 год, що відповідає розрахунковому періоду. Загальна тривалість вимірювань ПКЕ повинна бути обрана з урахуванням обов'язкового включення характерних для ПКЕ вимірюваних робочих і вихідних днів. Рекомендована загальна тривалість виміру становить 7 діб. Зіставлення ПКЕ з нормами стандарту необхідно проводити за кожну добу загальної тривалості вимірювань окремо для кожного ПКЕ. Крім того, вимірювання ПКЕ слід проводити на вимогу енергопостачальної організації чи споживача, а також до та після підключення нового споживача.

Методів підвищення якості електроенергії

Існують три основні групи методів підвищення якості електроенергії:

1. раціоналізація електропостачання, що полягає, зокрема, у підвищенні потужності мережі, у харчуванні нелінійних споживачів підвищеною напругою;
2. поліпшення структури 1УР, наприклад, забезпечення номінального завантаження двигунів, використання багатофазних схем випрямлення, включення до складу споживача коригувальних пристроїв;
3. використання пристроїв корекції якості - регуляторів одного або кількох показників якості електроенергії або пов'язаних з ними параметрів потужності, що споживається.

Економічно найкращою є третя група, оскільки зміна структури мережі та споживачів веде до значних витрат.

Проектування нових мереж споживачів необхідно вести з урахуванням сучасних вимог до якості, орієнтуючись на розробку регуляторів якості електроенергії різних типів. Цілеспрямоване вплив зміну одного виду спотворень викликає непрямий вплив інші види спотворень. Наприклад, компенсація коливань напруги викликає зниження рівнів гармонік і призводить до зміни відхилень напруги.

Відхилення є повільними і викликаються зміною рівня в центрі живлення, або втратами в елементах мережі (рис. 10.8). вимоги щодо відхилень для останніх електроприймачів не виконуються через значні втрати в кабельній лінії та на шинах живлення. сумарні втрати л/ц.п, %, визначають за виразом:

Аналізуючи епюру (див. рис. 10.8), можна зробити висновок, що забезпечити вимоги щодо відхилень можна за рахунок регулювання в центрі живлення (гпп, рп) та шляхом зниження втрат в елементах мережі.

Регулювання реалізується за допомогою зміни коефіцієнта трансформації трансформатора, що живить. для цього трансформатори оснащуються засобами регулювання під навантаженням (рпн) або мають можливість перемикання відпайок регулювальних відгалужень без збудження (пбв), тобто з відключенням їх від мережі на час перемикання відгалужень. трансформатори з РПН дозволяють регулювати в діапазоні від ±10 до ±15% з дискретністю 1,25 ... 2,50%. трансформатори з пбв мають регулювальний діапазон ±5 %.

Зниження втрат в лініях живлення або кабелях може бути реалізовано за рахунок зниження активного і (або) реактивного опору. Зниження опору досягається шляхом збільшення перерізу проводів або застосуванням пристроїв поздовжньої компенсації (КПК).

Поздовжня ємнісна компенсація параметрів лінії полягає в послідовному включенні конденсаторів у розсічення лінії, завдяки чому її реактивний опір зменшується: Х'л = XL ХC< Хл.

Коливання в системі електропостачання промислового підприємствавикликаються начерками реактивної потужності навантажень. На відміну від відхилень коливання відбуваються значно швидше. Частоти повторення коливань досягають 10...15 Гц при швидкостях накидів реактивної потужності до десятків і навіть сотень мегаварів на секунду. Розмах коливань напруг

З виразу (10.33) випливає, що для зниження bU необхідно зменшити Хкз або начерки реактивної потужності навантаження QH, для зниження яких повинні застосовуватися швидкодіючі джерела реактивної потужності, здатні забезпечити швидкості накидів реактивної потужності, порівняні з характером зміни навантаження. При цьому виконується умова

Підключення ІРМ призводить до зниження амплітуд коливань результуючої реактивної потужності, але збільшує їхню еквівалентну частоту. При недостатній швидкодії застосування ІРМ може призвести навіть до погіршення становища.

Для зниження впливу різко змінного навантаження на чутливі електроприймачі застосовують спосіб поділу навантажень, при якому найбільш часто застосовують здвоєні реактори, триобмотувальні трансформатори, з розщепленою обмоткою або живлять навантаження від різних трансформаторів. Ефект використання здвоєного реактора заснований на тому, що коефіцієнт взаємоіндукції між обмотками здвоєного реактора не дорівнює нулю, а падіння напруги, що зменшується на 50 ... 60% за рахунок магнітного зв'язку обмоток реактора, у кожній секції визначається за формулами:

де Км – коефіцієнт взаємоіндукції між обмотками секцій реактора; XL – індуктивний опір секції обмотки реактора.

Трансформатори з розщепленою обмоткою дозволяють підключати до однієї гілки обмотки нижчого різко змінне навантаження (джерело спотворень), а до іншої - стабільне. Зв'язок між змінами в обмотках визначається за виразом

Зниження несиметрії напрузі досягається зменшенням опору мережі струмів зворотної та нульової послідовностей та зниженням значень самих струмів. Враховуючи, що опори зовнішньої мережі (трансформаторів, кабелів, ліній) однакові для прямої та зворотної послідовностей, знизити ці опори можна лише шляхом підключення несиметричного навантаження до окремого трансформатора.

Основним джерелом несиметрії є однофазні навантаження. При співвідношенні між потужністю короткого замикання у вузлі мережі SK 3 до потужності однофазного навантаження більше 50 коефіцієнт зворотної послідовності зазвичай не перевищує 2%, що відповідає вимогам ГОСТ.

Знизити несиметрію можна, збільшивши SK3 на затискачі навантаження. Це досягається, наприклад, підключенням потужних однофазних навантажень через власний трансформатор на шини 110 – 220 кВ. Зниження систематичної несиметрії в низьких мережах здійснюється раціональним розподілом однофазних навантажень між фазами з таким розрахунком, щоб опори цих навантажень були приблизно рівні між собою. Якщо несиметрію не вдається знизити за допомогою схемних рішень, застосовуються спеціальні пристрої.

Як такі симетруючі пристрої застосовують несиметричне включення конденсаторних батарей (рис. 10.9, а) або спеціальні схеми симетрування (рис. 10.9 б) однофазних навантажень.

Якщо несиметрія змінюється за імовірнісним законом, то для її зниження застосовуються автоматичні симетруючі пристрої, в схемах яких конденсатори і реактори набираються з декількох невеликих паралельних груп і підключаються залежно від зміни струму або зворотної послідовності (недолік - додаткові втрати в реакторах). Ряд пристроїв заснований на базі застосування трансформаторів, наприклад трансформаторів з обертовим магнітним полем, що є несиметричним навантаженням, або трансформаторами, що дозволяють здійснити пофазне регулювання напруги.

Як зменшити несинусоїдність напруги

Зниження несинусоїдального досягається:

• схемними рішеннями: - виділення нелінійних навантажень на окрему систему шин; розподіл навантажень по різних вузлах живлення з підключенням паралельно їм електродвигунів; угруповання перетворювачів за схемою множення фаз; підключення навантаження до системи з більшою потужністю SK3;
• використанням фільтрових пристроїв: включення паралельно до навантаження вузькосмугових резонансних фільтрів; включення фільтрокомпенсуючих пристроїв; застосування фільтросимметруючих пристроїв; застосування ІРМ, що містять фільтрокомпенсуючі пристрої;
• застосуванням спеціального обладнання, що характеризується зниженим рівнем генерації вищих гармонік: використання «трансформаторів, що не насичуються»; застосування багатофазних перетворювачів із покращеними енергетичними показниками.

Розвиток сучасної бази силової електроніки та методів високочастотної модуляції призвело до створення пристроїв, що покращують якість електроенергії – активних фільтрів, що підрозділяються на послідовні та паралельні, на джерела струму та напруги. Це спричинило отримання чотирьох базових схем (рис. 10.10).

Як накопичувач енергії в перетворювачі, що служить джерелом струму, використовується індуктивність, а в перетворювачі, що служить джерелом напруги, використовується ємність. Схема заміщення силового резонансного фільтра наведено на рис. 10.11.

Опір фільтра Z на частоті з дорівнює При XL = Хс на частоті з настає резонанс напруг, що означає, що опір фільтра для гармонійної компоненти з частотою дорівнює 0.

При цьому гармонійні компоненти з частотою будуть поглинатися фільтром і не будуть проникати в мережу. На цьому явищі засновано принцип побудови резонансних фільтрів.

У мережах з нелінійними навантаженнями виникають, як правило, гармоніки канонічного ряду, порядковий номер яких v = 3, 5, 7,... Рівні гармонік з таким порядковим номером зазвичай зменшуються зі збільшенням частоти. Тому на практиці застосовують ланцюжки з паралельно включених фільтрів, налаштованих на 3, 5, 7 і 11 гармоніки. Такі пристрої називаються вузькосмуговими резонансними фільтрами. Якщо XL і Хс - опір реактора та конденсаторної батареї на основній частоті, то, використовуючи вираз (10.38), отримуємо

Фільтр, який крім фільтрації гармоніки генеруватиме реактивну потужність і компенсуватиме втрати потужності в мережі та напруги, називається фільтрокомпенсуючим (ФКУ).

Якщо пристрій крім фільтрації вищих гармонік виконує функції симетрування напруги, такий пристрій називається филыросиметрирующим (ФСУ). Конструктивно ФСУ є несиметричний фільтр, включений на лінійне мережі. Вибір лінійних напруг, на які підключаються фільтруючі ланцюги ФСУ, а також співвідношення потужностей конденсаторів, включених у фази фільтра, визначаються умовами симетрування напруги.

Таким чином, пристрої типу ФКУ та ФСУ впливають одночасно на кілька показників (несинусоїдність, несиметрія, відхилення напруги). Такі пристрої для підвищення якості електричної енергії отримали назву багатофункціональних пристроїв, що оптимізують (рис. 10.12). Доцільність їх розробки полягає в тому, що різко перемінні навантаження типу ДСП викликають одночасне спотворення за рядом показників, що і зажадало комплексного вирішення проблеми.

До категорії таких пристроїв відносяться швидкодіючі статичні джерела реактивної потужності. За принципом регулювання реактивної потужності їх можна поділити на ІРМ прямої та непрямої компенсації. Такі пристрої, маючи високу швидкодію, дозволяють знижувати коливання напруги. Пофазне регулювання та наявність фільтрів забезпечують симетрування та зниження рівнів вищих гармонік.

При розробці стратегії підвищення якості електроенергії в електричних мережах та забезпечення умов електромагнітної сумісності слід враховувати, що для виправлення становища необхідні значні матеріальні ресурси та досить тривалий період. Розробка всього комплексу заходів потребує технічної та економічної оцінки наслідків зниженої якості, що утруднено через такі обставини:

• вплив якості електроенергії на якість і кількість продукції, що випускається, а також на терміни служби електроприймачів носить інтегральний характер; зміни більшості показників якості в часі є стохастичними через їх залежність від режимів роботи великої кількості електроприймачів;
• наслідки зниженої якості електроенергії часто виявляються в кінцевому продукті, на якісні та кількісні характеристики якого впливають інші фактори;
• відсутність даних звітного характеру, що дозволяють встановити причинно-наслідкові зв'язки між реальними показниками якості, з одного боку, та роботою електрообладнання та якістю продукції, що випускається - з іншого;
• слабка оснащеність вітчизняних електричних мереж засобами виміру показників якості електроенергії.

Проте задля забезпечення необхідних ГОСТ 13109 – 97показників необхідне виконання комплексу організаційних та технічних заходів, спрямованих на встановлення причин та джерел порушень та полягають в індивідуальному та централізованому придушенні перешкод із забезпеченням підвищеної перешкодозахищеності чутливих до спотворень електроприймачів.

Розвиток напівпровідникової технології забезпечив нам неймовірні переваги, проте слід враховувати той факт, що мікроелектроніка, яка лежить в основі цієї технології, потребує якісного електроживлення. Збільшення швидкодії та використання все нижчої напруги призводить до постійного підвищення вимог до якості електроенергії.

До питань якості електроенергії належать різні аспекти: обурення напруги (провали, сплески, витоки та перехідні процеси), гармонійні струми, наявність проводки та заземлення високого класу. Симптомами низької якостіелектроенергії є періодичні блокування та перезавантаження обладнання, пошкодження даних, передчасний вихід обладнання з ладу, перегрів компонентів без видимих ​​причин тощо. Все це веде до простоїв обладнання, зниження продуктивності та дратує ваших працівників.

Початковий огляд у точці, де є несправності

Одним із підходів до діагностики несправностей, пов'язаних з якістю електроенергії, є перевірка в точці, яка розташована максимально близько до споживача, який має проблеми. Даний споживач зазвичай є електронним пристроєм, чутливим до якості електроенергії та зазнає деяких неполадок. Можлива причина полягає в низькій якості електроенергії, проте частиною вашої роботи є відокремити цю причину від інших. можливих причин(Несправність обладнання, збій програмного забезпечення і т.д.) Подібно до детективу, вам необхідно почати роботу з огляду "місця злочину". Такий підхід, як перевірка у висхідному напрямку може забрати багато часу. Він заснований на уважності та виконанні вимірювань основних параметрів.

Альтернативним методом є рух від введення в електросистему будівлі до точки виникнення несправностей, використовуючи трифазний контрольний прилад. Такий підхід має максимальну ефективність, якщо причина несправності перебуває у мережі електропостачання.

Тим не менш, на основі численних перевірок було зроблено висновок, що причини переважної більшості проблем з якістю електроенергії знаходяться на підприємствах (будівлях). Як правило, найкраща якість електроенергії спостерігається на вході до електричної системи будівлі (у точці підключення до комунальних мереж електроживлення). У міру руху розподільчою системою якість електроенергії поступово знижується. Це з проблемами, джерелом яких є споживачі, які у будівлі. Іншим характерним фактом є те, що 75% усіх проблем з якістю електроенергії пов'язане із проводкою та заземленням!

З цієї причини багато служб, які контролюють якість електроенергії, вважають, що процес діагностики несправностей необхідно починати з електричної системи будівлі, а потім, за необхідності, використовувати контрольні приладиу точці підключення до комунальних мереж. Нижче наведена процедура діагностики несправності, заснована на висхідному підході і покликана допомогти вам виконати цю роботу.

Перший етап

Якщо ви працюєте на даному підприємстві або в цьому будинку, то, можливо, ви чітко уявляєте схему електричної системи, проте для полегшення вашої роботи та роботи інших людей рекомендується нанести схему на папір. Якщо ви вперше прийшли на цей робочий майданчик, необхідно отримати найсвіжішу схему електричної системи, на якій вказані нові споживачі та нещодавні зміни, внесені до системи. Для чого це потрібно? Електричні системи є статичними, згодом у яких вносяться зміни, найчастіше незаплановані і досить небезпечні. Крім того, незважаючи на те, що деякі несправності мають локальний характер, існує безліч проблем, викликаних взаємодією між різними частинами системи. Ваша робота полягає в тому, щоб знайти дані взаємодії в системі.

Однак вірним є й те, що підприємства, які випробовують найбільша кількістьпроблем, зазвичай, не схильні вести точні записи про зміни системи. Багато консультантів заробляють свій гонорар тим, що оновлюють отриману документацію відповідно до реального стану електричної системи. Таким чином, перше правило звучить досить просто: намагайтеся отримати найбільш повну документацію, але не розраховуйте, що вона є.

2. Проведіть обхід об'єкту

Іноді візуальний огляд дозволяє знайти ознаки несправностей:

· Перегрівається трансформатор

· Колір проводки або з'єднань, що змінився внаслідок перегріву

· Численні подовжувачі, підключені до однієї електричної розетки

· Сигнальні дроти, покладені в один кабелепровід із силовими кабелями

· Небажані сполуки нейтралі із землею у проміжних розподільчих щитах.

· Проводи заземлення, підключені до труб, що закінчуються у повітрі.

Як мінімум, ви отримаєте уявлення про схему, стан проводки та типи споживачів, що використовуються на об'єкті.

3. Поговоріть з персоналом, який має проблеми з обладнанням, і запишіть час виникнення несправностей

Поговоріть із людьми, які працюють на проблемному обладнанні. Ви отримаєте опис проблеми та, можливо, несподівані підказки до її вирішення. Також рекомендується записати час виникнення несправностей та їх ознаки. Це особливо важливо для проблем, що мають періодичний характер. Потрібно постаратися знайти якусь систему, яка допоможе встановити зв'язок між виникненням несправності та одночасною подією в іншій частині системи. Зазвичай ведення журналу несправностей повинно бути обов'язком оператора, що працює поруч із обладнанням, на якому виникають несправності.

Перелік причин погіршення якості електроенергії

Від комунальних мереж електроживлення до електричної розетки

Блискавки

Блискавки можуть мати надзвичайно руйнівний характер за відсутності відповідної системи захисту від перенапруг. При дальньому ударі блискавки можуть виникати провали напруги та спостерігатися знижена напруга в мережі живлення. При близьких ударах блискавки виникають сплески напруги та підвищена напруга. Але, за здоровим глуздом, блискавки є лише природним явищем, і не належать до категорії проблем, які люди створюють собі самі.

Повторне спрацювання автоматичних вимикачів у комунальній мережі

Викликає короткочасні провали та пропадання напруги, однак, це краще, ніж довготривалі перебої електроживлення.

Перемикання конденсаторів у комунальній мережі

Викликає різкі відхилення напруги (проявляються як коливальних перехідних процесів лінії кривої напруги). Якщо блок конденсаторів розташований поруч з об'єктом, перехідні процеси можуть поширитися на всю електричну систему будівлі.

Комерційні висотні будинки, не оснащені розподільчими трансформаторами достатньої потужності

Спроби заощадити кошти в невідповідних випадках за рахунок встановлення розподільчих трансформаторів з напругою 208 В у будинках вище 20 поверхів аж ніяк не ведуть до покращення якості електроенергії.

Генераторні установки, що не відповідають гармонійним навантаженням

Надмірні спотворення напруги впливають на електронні ланцюги керування. За наявності в системі споживачів, оснащених перетворювачами з напівпровідниковими випрямлячами, спотворення напруги може вплинути на ланцюг корекції частоти.

Застосування конденсаторів корекції коефіцієнта потужності без забезпечення компенсації гармонік

Гармоніки та конденсатори несумісні один з одним. Наявність подібних конденсаторів потребує негайного втручання.

Пускові струми від високомоментних електродвигунів, що використовують прямий пуск

Викликають провали напруги при занадто великому навантаженні або надто великому опорі джерела живлення. Застосування ступінчастого запуску двигунів допоможе усунути проблеми.

Нейтральні дроти з недостатнім перетином у розподільчому щиті

За наявності 3-ї гармоніки на нейтральних проводах може бути струм, значення якого дорівнює або перевищує значення струму у фазному проводі. Недостатній переріз нейтральних проводів призводить до їх перегріву, підвищує небезпеку займання та збільшує напругу "нейтраль-земля".

Ізольований стрижень заземлення може викликати замикання через заземлення.

Стандартна проблема для верстатів із ЧПУ.

Лазерні принтери та копіювальні апарати, встановлені в одному ланцюгу із споживачами, чутливими до якості електроенергії

Неминучі періодичні провали напруги та перехідні процеси при перемиканні.

Неправильне підключення електричних розеток(переплутані підключення до нейтралі та землі)

Важко повірити, але подібних випадків не так уже й мало. При цьому неминуче виникнення зворотних струмів у дроті заземлення та перешкод на "землі".

Кабелі даних, кожен кінець яких підключено до різних з'єднань із "землею"

При цьому виникає напруга між корпусом обладнання та роз'ємом кабелю даних.

Високочастотні перешкоди

Найбільш ефективною технологією заземлення високочастотних перешкод є використання опорної сітки сигналів ( SRG).

Класи

Ізольовані заземлюючі стрижні (див. нижче)

Є високою небезпекою, так як земля є провідником з високим повним опором, що не дозволить струму з достатнім для відключення значенням дійти до автоматичного вимикача. При цьому також виникають замикання через заземлення (зрештою, кожен електрон має повернутися туди, звідки він почав свій шлях). Однією з найбільших таємниць для консультантів з якості електроенергії є той факт, що деякі виробники обладнання можуть наполягати на припиненні гарантії на обладнання, якщо не встановлено ізольований заземлюючий стрижень.

Неприпустимі сполуки між нейтраллю та землею

Забезпечують неминуча поява у контурі заземлення зворотних струмів. Це проблема як якості електроживлення, а й водопостачання. Циркулюючі струми на землю викликають корозію водопровідних труб.

Міжнародні стандарти безпеки для вимірювального обладнання

*Характеристики пристроїв категорії CAT IV ще не визначено у стандарті.

Стандарт IEC 61010 потребує підвищеного захисту від перехідних перенапруг. Перехідні процеси можуть викликати дуговий пробій усередині приладу, що не має відповідного захисту. При виникненні дугового пробою в зоні з високою напругою, наприклад трифазної живильної лінії, може статися небезпечний дуговий розряд. У зв'язку з цим існує небезпека серйозних травм персоналу та пошкодження приладу.

Незалежні випробування та сертифікація

Виробники можуть самостійно виконати сертифікацію на відповідність стандарту IEC 61010, однак для кінцевих користувачів процес сертифікації становить очевидні труднощі. Сертифікація, виконана незалежними лабораторіями, дасть гарантію, що прилади відповідають вимогам IEC.

Подивіться на символ та порядковий номер маркування незалежної випробувальної лабораторії: UL, CSA, T? V , VDE , і т.д. Так наприклад, UL 3111, означає відповідність стандарту IEC 61010.

Якість електроенергії потрібно виражати кількісними показниками для оцінки мережі живлення. Провайдери повинні підтримувати відповідність ГОСТам таких показників, як коливання напруги і частоти. Залежно від підключених споживачів значення основних показників змінюються, що може при значних їх відхиленнях призводити до виходу з ладу побутових приладів.

Що впливає на характеристики мережі живлення?

Якість електроенергії залежить від великої кількості чинників, що змінюють показники понад встановлені нормативами меж. Так, напруга може виявитися завищеною через аварію на підстанції. Занижені значення з'являються у вечірній час доби або в літній сезон, коли люди повертаються додому та включають телевізори, електричні плити, спліт-системи.

Якість електроенергії згідно з ГОСТами може незначно коливатися. У дуже поганих мережах живлення споживачам доводиться користуватися стабілізаторами напруги. Контроль над характеристиками покладено на Росспоживнагляд, куди можна звертатися при невідповідності, що виникають.

Якість електроенергії може залежати від таких факторів:

• Добових коливань, що з нерівномірним підключенням споживачами чи з впливом припливів і відливів на морських станціях.
• Змінами повітряного середовища: вологості, утворення льоду на проводах живлення.
• Зміною вітру, коли харчування виробляють вітровики.
• Якістю проводки, згодом вона зношується.

Навіщо потрібні основні характеристики мережі живлення?

Кількісна величина та похибки відхилення параметрів встановлюються згідно з ГОСТ. Якість електроенергії прописана у документі 32144-2013. Потрібно було узаконити ці показники через ризик загоряння приладів споживача, а також порушення функціонування електроприладів чутливих до перепадів напруги установок. Останні пристрої поширені у медичних установах, наукових центрах, на військових об'єктах.

Електроенергії оновлено у 2013 році у зв'язку з розвитком ринку збуту енергії та появою нових електронних пристроїв. Розглядати електрику у межах його постачання слід як продукцію, відповідну певним критеріям. При відхиленні встановлених характеристикдо провайдерів може застосовуватись адміністративна відповідальність. Якщо ж з вини коливань вхідної напруги постраждали або могли постраждати люди, то може виникнути вже кримінальна відповідальність.

Що відбувається із споживачами при відхиленні нормальних режимів харчування?

Параметри якості електроенергії впливають на тривалість роботи пристроїв, що підключаються, часто це стає критично на виробництвах. Падає продуктивність ліній, збільшується Так на валу двигунів знижується крутний момент при падінні значень показників мережі живлення. Коротшає термін служби ламп освітлення, світловий потік ламп стає менше або мерехтить, що позначається на продукції, що випускається в теплицях. Істотно впливає на процеси інших біохімічних реакцій.

Відповідно до законів фізики зниження напруги при постійному навантаженні на валу двигуна призводить до стрімкого зростання струму. Це, своєю чергою, призводить до збоїв у роботі захисних вимикачів. В результаті плавиться ізоляція, у кращому випадку горять у гіршому безповоротно псуються обмотки двигунів, елементи електроніки. За аналогічних обставин електролічильник починає обертатися з більшою швидкістю. Господар приміщення зазнає збитків.

Критерії оцінки мережі живлення

Що ж містить ГОСТ? Якість електроенергії визначається характеристиками трифазних мереж та поширених у побуті ланцюгів частотою 50 Гц:

• Значення відхилення напруги, що встановилося, визначає величину характеристики, при якій споживачі можуть функціонувати без збою. Встановлюється нижня нормальна межа від 220 В це 209 В і верхній дорівнює 231 В.
• Розмах зміни вхідної напруги є різницею величин діючої та амплітудної. Виміри здійснюють за цикл перепаду параметра.
• Доза флікера поділяється на короткочасну в межах 10 хвилин і тривалу, що визначається 2 годинами. Позначає ступінь сприйнятливості людського ока до мерехтіння світла, причиною якого стало коливання мережі живлення.
• Імпульсна напруга описується часом відновлення, що має різну величину залежно від причини стрибка.
• Коефіцієнти для оцінки якості мережі живлення: по спотворенню синусоїдальності, значення тимчасового перенапруги, гармонійних складових, несиметричності по зворотній та нульовій послідовностях.
• Інтервал провалу напруги визначається періодом відновлення параметра, встановленого згідно з ГОСТом.
• Відхилення частоти живлення призводить до пошкоджень електричних частин і провідників.

Фіксоване відхилення вхідної величини

Показники якості електроенергії намагаються зробити такими, що відповідають встановленим номіналам, прописаним у законодавчих актах. Увага приділяється похибкам, що виникають при вимірюваннях U і f. Якщо є похибки, можна звертатися до наглядових органів, щоб притягнути до відповідальності постачальника електрики.

Загальні вимоги до якості електроенергії включають параметр відхилення напруги живлення, який поділяють на дві групи:

• Нормальний режим коли відхилення становить ±5 %.
• Межа допустимого режиму встановлена ​​для коливань ±10%. Це становитиме для мережі 220 В мінімальний поріг 198 В та максимальний 242 В.

Відновлення напруги має відбуватися у часовий інтервал трохи більше двох хвилин.

Розмах зміни мережі живлення

Норми якості електроенергії містять нагляд за таким параметром, як коливання напруги. Він встановлює різницю між верхнім порогом амплітуди та нижнім. Враховуючи, що допуски відхилення параметра від встановленого укладаються в межу ±5 %, то граничний режим не може перевищувати ±10 %. Мережа живлення 220 В не може коливатися більш-менш 22 В, а 380 В працює нормально в межах ±38 В.

Результуючий розмах коливань напруги розраховується за таким виразом ΔU = U max −U min , у нормативах результати вказуються в % згідно з розрахунками ΔU = ((U max −U min)/U nominal)*100%.

Нестійкість вхідного значення

Система якості електроенергії включає виміри дози флікера. Цей показник фіксує спеціальний прилад флікерметр, який знімає амплітудно-частотну характеристику. Отримані результати порівнюють із кривою чутливості зорового органу.

ГОСТом встановлені допустимі межі зміни дози флікера:

• Короткочасні коливання показник не повинен бути вищим за 1,38.
• Тривалі зміни повинні вкладатися значення параметра 1,0.

Якщо мова йдепро верхню межу показника ланцюга ламп розжарювання, то потрібно, щоб результат потрапив у такі межі:

• Короткочасні коливання – показник встановлений рівним 1,0.
• Тривалі зміни параметра – 0,74.

Відчутні перепади

Вимірювання якості електроенергії передбачають виміри такої складової, як імпульси напруги живлення. Він пояснюється різкими спадами та підйомами електрики в межах обраного інтервалу. Причинами такого явища може бути одночасна комутація великої кількості споживачів, вплив електромагнітних перешкод через грозу.

Встановлено періоди відновлення напруги, що не впливають на роботу споживачів:

• Причини перепадів – це гроза та інші природні електромагнітні перешкоди. Період відновлення дорівнює трохи більше 15 мкс.
• Якщо імпульси з'явилися через нерівномірну комутацію споживачів, то період набагато більший і дорівнює 15 мс.

Найбільше аварій на підстанціях відбувається через удар блискавки в установку. Відразу страждає ізоляція провідників. Розмір перенапруги може досягати сотень кіловольт. Для цього передбачені захисні пристрої, але іноді вони не витримують, і спостерігається залишковий потенціал. У ці моменти несправність не виникає завдяки міцності ізоляції.

Тривалість спаду вхідної величини

Виміряний параметр описують як провал напруги, що укладається в межі ±0,1U nominal за інтервал у кілька десятків мілісекунд. Для мережі 220 В зміна показника допускається до 22 В, якщо 380 В, то не більше 38 В. Глибина спаду розраховується згідно з виразом: ΔU n =(U nominal −U min)/U nominal .

Тривалість спаду розраховується згідно з виразом: Δt n = t k − t n , тут t k — це період, коли напруга вже відновилася, а t n — точка початку відліку, коли відбулося падіння напруги.

Контроль якості електроенергії зобов'язує враховувати частоту появи провалів, яка визначається за формулою: Fn=(m(ΔU n ,Δt n)/M)*100%. Тут:

• m(ΔU n ,Δt n) визначається як кількість спадів у встановлений часпри глибині U n і тривалості t n .
• М – загальний рахунок спадів протягом обраного періоду.

Навіщо потрібна величина спаду

Параметр тривалість спаду вхідної величини потрібен для оцінки надійності енергії, що підводить, в кількісному вираженні. На цей показник може впливати періодичність аварій на підстанції через недбалість персоналу, блискавок. Результатом дослідження провалів стають прогнози щодо ступеня відмови в мережі.

Статистика дозволяє робити наближені висновки щодо стабільності подачі Провайдеру електрики надаються рекомендовані дані для проведення профілактичних заходів на установках.

Відхилення частоти

Дотримання частоти у певних межах відноситься до необхідної вимоги споживача. При зниженні показника на 1% втрати становлять більше 2%. Це виявляється у економічних витратах, зниження продуктивності підприємств. Для звичайної людинице призводить до підвищених сум у квитанціях з оплати електрики.

Швидкість обертання асинхронного двигунабезпосередньо залежить від частоти мережі живлення. ТЕНи, що нагрівають, мають меншу продуктивність при зниженні параметра менше 50 ГЦ. При підвищених значеннях може бути пошкодження споживачів чи інших механізмів, не розрахованих високий момент обертання.

Відхилення частоти може вплинути на роботу електроніки. Так, на екрані телевізора виникають перешкоди при зміні показника на ±0,1Гц. Крім візуальних дефектів, зростає ризик виведення з ладу мікроелементів. Методом боротьби з відхиленнями якості електроенергії виступає введення резервних вузлів живлення, що дозволяють в автоматичному режимі відновлювати напругу у встановлені проміжки часу.

Коефіцієнти

Для нормальної роботи мережі живлення введено контроль наступних коефіцієнтів:

• Несинусоїдальність кривої напруги. Спотворення синусоїди відбувається за рахунок потужних споживачів: ТЕНів, конвекційних печей, зварювальних апаратів. При відхиленнях цього параметра знижується термін служби обмоток двигунів, порушується робота релейної автоматики, виходять із ладу приводні системи на тиристорному управлінні.
• Тимчасового перенапруги є кількісною оцінкою імпульсної зміни вхідної величини.
• N-ой гармоніки є характеристикою синусоїдальності одержуваної на вході характеристики напруги. Розрахункові значення одержують з табличних даних для кожної гармоніки.
• Несиметрію вхідної величини по зворотній або нульовій послідовності важливо враховувати для виключення випадків нерівномірного розподілу фаз. Такі умови виникають частіше при обриві мережі живлення, підключеної за схемою зірки або трикутника.

Види захисту від непередбачуваних змін в мережі живлення

Підвищення якості електроенергії слід проводити у визначені законом терміни. Але захист свого обладнання споживач має право вибудовувати застосуванням таких засобів:

• Стабілізатори живлення гарантують підтримку вхідної величини у зазначених межах. Досягається якісна енергія навіть за відхиленнях вхідний величини більш як 35 %.
• Джерела призначені підтримки працездатності споживача протягом встановленого проміжку часу. Живлення приладів відбувається за рахунок накопиченої енергії у власній батареї. При відключенні електрики безперебійники здатні підтримувати працездатність апаратури цілого офісу протягом декількох годин.
• Прилади захисту від стрибків напруги працюють за принципом реле. Після перевищення вхідної величини встановленої межі відбувається розмикання ланцюга.

Всі види захисту доводиться комбінувати для забезпечення повної впевненості в тому, що дорога техніка залишиться цілою під час аварії на підстанції.

ВЛАСТИВОСТІ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ, ПОКАЗНИКИ І НАЙБІЛЬШ МОЖЛИВІ ВИННИКИ ПОГІРШЕННЯ якості електричної енергії

1 (Додаток А ГОСТ).

ПОКАЗНИКИ ЯКОСТІ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

ТА ЇХ ВПЛИВ НА ЕКСПЛУАТАЦІЮ ЕЛЕКТРОУСТАНОВОК.

1. Відхилення напруги, що сталося

Відхилення напруги, що встановилося: нормально допустимі δUy (%) ±5 гранично допустимі δUy (%) ±10

Відхилення напруги від номінальних значень відбувається через добові, сезонні та технологічні зміни електричного навантаження споживача, а саме: зміни потужності компенсуючих пристроїв; регулювання напруги генераторами електростанцій та на підстанціях енергосистем; зміни схеми та параметрів електричних мереж.

недонапруга- погіршення пуску, збільшення струмів електродвигунів, що спричиняє нагрівання обмоток, порушення ізоляції та зниження терміну служби двигуна;

Перевантаження регульованих випрямлячів, перетворювачів та стабілізаторів;

перенапруга- перевитрата електроенергії, підвищення реактивної потужності двигунів, випрямлячів з фазовим регулюванням, пробою регульованих випрямлячів, перетворювачів та стабілізаторів.

Причинами невідповідностей щодо відхилення напруги, що встановилося, можуть бути:

- неправильно вибраний коефіцієнт трансформації трансформатора 6-10/0,4 кВ або не

проведене своєчасно сезонне перемикання відпайок цих трансформаторів;

- Значна несиметрія фазних навантажень у мережах 0,4 кВ;

- Значні втрати напруги в розподільній мережі, що перевищують граничні значення;

- Відсутність трансформаторів з регулюванням напруги під навантаженням (РПН) в центрі живлення (ЦП);

– відсутність автоматичного регулятора напруги (АРН) у ЦП або його невикористання;

- Некоректна робота АРН або неправильно обраний закон регулювання напруги в ЦП;

– різнорідність навантажень розподільчих ліній 6–10 кВ та несумісність вимог

споживачів усієї розподільної мережі на шинах ЦП;

– неправильно задані уставки регулюючих пристроїв на генераторах, що підвищують

трансформатори та автотрансформатори зв'язку, відсутність або недостатнє використання

спеціальних пристроїв у міжсистемних лініях і мережах живлення енергосистем, що регулюють

реактивну потужність (синхронних компенсаторів, батарей статичних компенсаторів та

шунтуючих реакторів);

– перевищення споживачем дозволеної йому потужності чи порушення договірних

умов з ЕСО щодо використання спеціальних засобів, що регулюють реактивну потужність

(батарей статичних конденсаторів, синхронних двигунів);

– знижена пропускна спроможність мереж живлення та ін.

2. Коливання напруги.

Коливання напруги характеризуються такими показниками:

- Розмахом зміни напруги;

- Дозою флікера.

Гранично допустиме значення суми відхилення напруги та розмаху напруги в електричних мережах 0,38 кВ дорівнює ± 10% від номінальної напруги.

Доза флікера - це міра сприйнятливості людини впливу коливань світлового потоку, викликаних коливаннями напруги у мережі за певний проміжок часу.

ГОСТом встановлюються дві характеристики дози флікера: короткочасна (час спостереження 10 хв.) та тривала (2 год.).

Коливання напруги викликаються різкою зміною навантаження на ділянці електричної мережі, що розглядається, наприклад, включенням асинхронного двигуна з великою кратністю пускового струму, технологічними установками з швидкозмінним режимом роботи, що супроводжуються поштовхами активної і реактивної потужності (приводи реверсивних прокатних станів, дугові сталеплав д.). Розповсюдження коливань напруги у бік системи електропостачання відбувається із загасанням коливань по амплітуді. Причому коефіцієнт загасання тим більше, чим потужніша система електропостачання.

Компенсація здійснюється шляхом застосування швидкодіючих джерел реактивної потужності, здатних компенсувати зміни реактивної потужності. Для зниження впливу різко змінної навантаження на чутливі електроприймачі застосовують спосіб поділу, при якому різко змінну і чутливу до коливань напруги навантаження приєднують до різних трансформаторів.

До електроприймачів, надзвичайно чутливих до коливань напруги, відносяться освітлювальні прилади, особливо лампи розжарювання та електронна техніка. Коливання напруги викликають миготіння ламп розжарювання (флікер-ефект), що породжує неприємний психологічний ефект у людини, стомлення зору, зниження продуктивності, травматизм. При значних коливаннях напруги можуть бути порушені умови нормальної роботи електродвигунів, можливе відпадання контактів магнітних пускачів з відповідним відключенням працюючих двигунів, коливання фази напруги викликають вібрацію електродвигунів.

3. Несинусоїдність напруги

Несинусоїдальність напруги характеризується такими показниками:

- Коефіцієнтом спотворення синусоїдальності кривої напруги;

- Коефіцієнтомn-ой гармонійної складової напруги.

Головною причиною спотворень є використання нелінійних електроприймачів, таких як: вентильні перетворювачі, електродугові та сталеплавильні печі, установки дугової та контактного зварювання, перетворювачі частоти, індукційні печі, ряд електронних технічних засобів(Телевізори, комп'ютери), газорозрядні лампи та інші. Електронні приймачі та газорозрядні лампи при роботі створюють невисокий рівень спотворень, але так як таких електроприймачів багато, їх загальний вплив великий. У процесі роботи ці пристрої споживають енергію основної частоти, яка витрачається не тільки на здійснення корисної роботиі покриття втрат, але ще й на утворення потоку найвищих гармонійних, що «викидається» у зовнішню мережу.
Вплив:

зростання втрат у електричних машинах, вібрації, порушення роботи автоматики захисту, збільшення похибок вимірювальної апаратури;

фронти несинусоїдальної напруги впливають на ізоляцію кабельних ліній електропередач - частішають однофазні короткі замикання на землю. Аналогічно кабелю пробиваються конденсатори.

Способи зниження несинусоїдності напруги можна розділити на три групи:

Схемні рішення: виділення нелінійних навантажень на окрему систему шин, групування вентильних перетворювачів за схемою множення фаз, підключення нелінійного навантаження до системи з більшою потужністю короткого замикання (Sкз);

Застосування обладнання, що характеризується зниженим рівнем генерації вищих гармонік, наприклад трансформаторів, що «ненасичуться», і багатофазних вентильних перетворювачів;

Використання фільтрових пристроїв: паралельних вузькосмугових резонансних фільтрів, фільтрокомпенсуючих та фільтросимметруючих пристроїв (ФКУ та ФСУ).

4. Несиметрія напруг

Несиметрія напруги характеризується такими показниками:

- Коефіцієнтом несиметрії напруг по зворотній послідовності;

- Коефіцієнтом несиметрії напруг по нульовій послідовності.

До джерел несиметрії напруг і струмів відносять такі:

Нетранспоновані лінії електропередачі та нерівномірно приєднані однофазні побутові навантаження, що створюють систематичну несиметрію напруги;

Побутові навантаження, що одночасно включаються по фазах та ін., створюють випадкову несиметрію напруг.

Споживачі електричної енергії, симетричне багатофазне виконання яких або неможливе, або недоцільне з техніко-економічних міркувань. До таких установок належать індукційні та дугові електричні печі, електрозварювальні агрегати, спеціальні однофазні навантаження, освітлювальні установки тощо.

Вплив: додаткове нагрівання електродвигунів, збільшення сумарних втрат, перегрів нульових провідників, можливість пожежі, збільшення опорів заземлювальних пристроїв, збільшення пульсацій випрямлених напруг, порушення управління тиристорних перетворювачів, неякісна компенсація реактів. потужності конденсаторними установками

Несиметричні режими напруг в електричних мережах мають місце також аварійних ситуаціяхпри обриві фази, робочого нуля чи несиметричних коротких замикання.

На відміну від прямої послідовності, у зворотній - зворотне чергування (АСВ) фаз; відповідно, при перевищенні допустимого значення ця складова перешкоджатиме обертанню двигунів у задану сторону, знижуючи його ККД. До зворотної послідовності відносяться гармоніки з номерами 3n+2 де n змінюється від 0 до 12 (для приладу). При тривалій роботіз коефіцієнтом несиметрії по зворотній послідовності K2U=2-4%, термін служби електричної машини знижується на 10-15%, і якщо вона працює при номінальному навантаженні, термін служби знижується вдвічі.

У нульовій послідовності чергування фаз відсутнє, всі фази мають однакову початкову фазу. При перевищенні допустимого значення ця складова створить підвищений струм у нульовому дроті. До нульової послідовності відносяться гармоніки з номерами, кратними 3.

5. Відхилення частоти.

нормально допустиме відхилення частоти Δf (Гц) ±0,2 гранично допустиме відхилення частоти Δf (Гц) ±0,4

Відхилення частоти різниця між дійсним та номінальним значеннями частоти:

зниження продуктивності електроприводів, зниження термінів служби електричних машин, спотворення телевізійного зображення.

6. Провал напруги.

Характеристикою провалу напруги є його тривалість та глибина провалу.

Гранично допустиме значення тривалості провалу напруги електричних мережах до 20 кВ включно дорівнює 30 сек.

Провал напруги - раптове зниження напруги в точці електричної мережі нижче 0,9 Uном , за яким слідує відновлення напруги до початкового або близького до нього рівня через проміжок часу від десяти мілісекунд до кількох десятків секунд.

Тривалість провалу напруги - інтервал часу між початковим моментом провалу напруги та моментом відновлення напруги до початкового або близького рівня.

Причина – електромагнітні перехідні процеси при коротких замиканнях, комутації електроустаткування, обрив нульового дроту.

відключення обладнання при провалах, вихід з ладу за умов роботи, що погіршуються.

7. Імпульсна напруга.

Імпульс напруги - різка зміна напруги в точці електричної мережі, за яким слідує відновлення напруги до початкового або близького до нього рівня за проміжок часу до кількох мілісекунд;

Амплітуда імпульсу – максимальне миттєве значення імпульсу напруги;

Тривалість імпульсу - інтервал часу між початковим моментом імпульсу напруги та моментом відновлення миттєвого значення напруги до початкового або близького рівня.

Розмір спотворення напруги у своїй характеризується показником імпульсного напруги у вольтах, кіловольтах і тривалістю фронту імпульсу трохи більше 5 мс. Величина імпульсної напруги стандартом не нормується, але за статистикою для грозових та комутаційних імпульсів величина напруги при їх тривалості 0,5 амплітуди (мкс) може досягати: у мережі 0,38 кВ – 4,5 кВ; у мережі 6 кВ – 27 кВ; у мережі 35 кВ – 148 кВ.

8. Тимчасова перенапруга.

Тимчасова перенапруга - підвищення напруги в точці електричної мережі вище 1,1 Uном тривалістю більше 10 мс, що виникає в системах електропостачання при комутаціях або коротких замиканнях.

Коефіцієнт тимчасового перенапруги - величина, що дорівнює відношенню максимального значення амплітудних, що обгинає: значень напруги за час існування тимчасового перенапруги до амплітуди номінальної напруги мережі.