Требования к электроснабжению по качеству электроэнергии

Системы электроснабжения общего назначения должны обеспечивать следующее критерии:

• экономичность;
• надежность электроснабжения;
• безопасность и удобство эксплуатации;
• качество электрической энергии;
• гибкость системы (возможность дальнейшего развития);
• максимальное приближение источников питания (центров питания) к электроустановкам потребителей.

Обеспечение перечисленных критериев является основной задачей сетевого предприятия. Технологический процесс передачи электрической энергии устроен так, что данные критерии взаимосвязаны. При этом каждый из перечисленных критериев влияет на значение технических потерь электроэнергии, а как следствие, на экономичность системы электроснабжения общего назначения.

При подробном рассмотрении перечисленных критериев появляется следующая структура взаимозависимости данных критериев:

• надежность электроснабжения в основном характеризуется количеством отключений, связанных с работой основного оборудования электрических сетей. Процесс отключения электрических нагрузок является причиной возникновения переходных процессов, происходящих в электрических сетях до установления в сетях «установившегося режима» работы электрических сетей. В процессе прохождения переходных процессов, связанных с отключениями в электрически ближайших электрических сетях, могут возникать кратковременные колебания напряжения, в том числе возникновение такого эффекта, как доза фликера. В результате отключения электрических нагрузок возникает «недоотпуск» электрической энергии, что соответственно является прямыми экономическими потерями сетевого предприятия. Также восстановление электроснабжения ранее отключенных потребителей может быть сопряжено с дополнительными затратами на обслуживание основного оборудования электрических сетей;
• безопасность и удобство эксплуатации. Безопасность зависит от применяемого оборудования, поддержания его в работоспособном состоянии, организации системы эксплуатационного обслуживания, построения электрической сети, исключающего постороннее вмешательство. Удобство эксплуатации сетей определяет уровень технической эстетики и эргономики эксплуатируемой техники, применение передовых приемов и методов труда, предотвращающих ошибочные и неквалифицированные действия обслуживающего персонала, использование необслуживаемого и малообслуживаемого оборудования;
• гибкость системы (возможность дальнейшего развития) электроснабжения общего назначения определяется:

° необходимо достаточным запасом пропускной способности линий электропередачи;
° необходимо достаточным запасом мощности центров питания электрических сетей;
° возможностью передачи дополнительной мощности из других сетевых районов, источников питания;
° централизованной технической политикой по техническому развитию электрических сетей;
° длительностью сроков проведения реконструкций и нового строительства при присоединении новых потребителей электрической энергии;

• максимальное приближение источников питания (центров питания) к электроустановкам потребителей позволит сетевым компаниям существенно снизить технические потери электроэнергии в электрических сетях и увеличить техническую возможность по регулированию уровней напряжения на зажимах электроприемников потребителей. Изменение топологии электрических сетей в целях максимального приближения центров питания к электроустановкам потребителей необходимо производить на основе техникоэкономического сравнения нескольких вариантов. Решения по изменению топологии электрических сетей должны приниматься с учетом следующих критериев:

° экономическая целесообразность (стоимость проектноизыскательских работ, топографические особенности района, в котором планируется разместить объекты электрических сетей (линии электропередачи и центры питания), стоимость капитального строительства новых или реконструируемых объектов электрических сетей, срок окупаемости капитальных вложений и т. д.;
° безопасность и удобство эксплуатации;

• качество электроэнергии характеризуется параметрами электрической энергии в соответствии с ГОСТ 13109—97. Качество потребляемой электроэнергии влияет также и на работу средств учета.

Современные мощные нагрузки являются нестабильными, нелинейными и несимметричными, что приводит к искажениям в системах электроснабжения при транспорте электроэнергии, вызывает колебания, несинусоидальность (появление высших гармоник) и несимметрию в упомянутых трехфазных системах напряжений и токов, и, как следствие, значительные, до 20 %, погрешности учета электроэнергии.

Анализ стандартов вида общих технических условий (ОТУ) на счетчики электрической энергии (МЭК 1036—90 и МЭК 687—92), другой имеющейся нормативной документации (далее НД) показывает, что для всех внесенных к настоящему времени в Госреестр СИ и допущенных к применению в стране счетчиков электрической энергии промышленной частоты (50 Гц), как электронных, так и индукционных, в том числе эталонных:

а) отсутствует нормирование в НД дополнительных погрешностей, вызванных влиянием установленных ГОСТ 1310997 показателей качества электрической энергии, фактически — характеристик качества напряжения промышленной частоты:

• размаха изменений напряжения 8 Ц;
  • коэффициентов несимметрии напряжений по обратной К2и и нулевой последовательностям;
  • искажения синусоидальности кривой напряжения;
  • nй гармонической составляющей Ки напряжения, а также соответствующих характеристик качества тока промышленной частоты (для которых нормы в настоящее время в НД отсутствуют);

б) не установлены методы испытаний на воздействие большинства указанных влияющих величин, а установленные методы таких испытаний являются недостоверными.

В 1996 г. в стандарт МЭК 1036 были внесены существенные изменения, связанные с установлением некоторых дополнительных погрешностей электронных счетчиков, вызванных влиянием упомянутых характеристик качества напряжения и тока промышленной частоты, а также соответствующих методов испытаний на воздействие указанных влияющих величин.

Стандарт МЭК 1036—96 устанавливает для электронных счетчиков активной энергии целый ряд вызванных влиянием характеристик качества напряжения и тока промышленной частоты дополнительных погрешностей, которые приводят к значительному (по оценкам — в 10 раз и более) увеличению суммарной (результирующей) погрешности некоторых электронных счетчиков электрической энергии промышленной частоты при учете электроэнергии в энергосистемах в условиях реальной электромагнитной обстановки и качества электрической энергии.

В результате изменения некоторых показателей качества электроэнергии в указанных пределах могут возникнуть погрешности измерений счетчиков активной мощности, представленные в табл. 3.

В табл. 4 приведены свойства электроэнергии, показатели и наиболее вероятные виновники ухудшения ее качества.

Показатели качества электроэнергии в случае, когда наиболее вероятным виновником ухудшения качества электрической энергии является электросетевая организация:

• установившееся отклонение напряжения б Uy;
• отклонение частоты Д/;

• длительность провала напряжения Д/п;
• импульсное напряжение (7ИМП;
• коэффициент временного перенапряжения

Установившееся отклонение напряжения 8Uy отражает значение технических потерь электроэнергии в электрических сетях. Получим данную зависимость расчетным путем. Рассмотрим простейшую электрическую сеть с источником питания (центром питания), линией электропередачи и электроустановкой потребителя, представленную на рис. 7.

В соответствии с законом Ома ток нагрузки

Для упрощения выводов примем, что коэффициент мощности равен 1.

В рассматриваемом случае постоянными являются длина линии электропередачи L и удельное активное сопротивление проводника линии RQ.

На основании этого можно сделать вывод, что потери электроэнергии квадратично зависят от потерь напряжения. Именно поэтому для сетевых организаций важно поддерживать соответствующий уровень напряжения в центрах питания, в целях снижения технических потерь электрической энергии. В свою очередь, технические потери напрямую влияют на экономичность систем электроснабжения.

Рассмотрим вариант трехфазной сети напряжением 0,38 кВ с несимметричной нагрузкой (рис. 8). Из представленной векторной диаграммы видно, как изменяется уравнительный ток при несимметричной нагрузке в трехфазной сети напряжением 0,38 кВ. Значение уравнительного тока является прямым показателем потерь электроэнергии в электрических сетях при подключении к ним несимметричной нагрузки. На основании этого следует вы

вод, что сетевым организациям по мере возможности необходимо контролировать и своевременно симметрировать нагрузки в линиях электропередачи 0,38 кВ, это значительно снижает технические потери электроэнергии в данных сетях.

Импульс напряжения характеризуется показателем импульсного напряжения.

На рис. 9 представлен пример электрической сети общего назначения. Формы грозовых импульсов, характерные для данных точек, показаны на рис. 10—12.

Значения грозовых импульсных напряжений в точках электрической сети приведены в табл. 5.

Значения коммутационных импульсных напряжений при их длительности на уровне 0,5 амплитуды импульса, равной 1000 — 5000 мкс, приведены ниже:

Вероятность превышения указанных в табл. 5 значений коммутационных импульсных напряжений составляет не более 5 %, а значений грозовых импульсных напряжений — не более 10 % для

воздушных линий с металлическими и железобетонными опорами и 20 % — для воздушных линий с деревянными опорами.

Грозовые импульсные напряжения в электрической сети потребителя могут превышать указанные выше значения за счет грозовых поражений в самой сети потребителя, за счет отражений и преломлений грозовых импульсов в сети потребителя и частично — за счет разброса параметров грозовых импульсов.

Коэффициент временного перенапряжения KnepU в точках присоединения электрической сети общего назначения в зависимости от длительности временных перенапряжений не превышает значений, указанных ниже:
Длительность временного перенапряжения Л/перу, с, не более. . . 1 20 60
Коэффициент временного перенапряжения Хперу, отн. ед. . . 1,47 1,31 1,15

В среднем за год в точке присоединения возможны около 30 временных перенапряжений.

При обрыве нулевого проводника в трехфазных электрических сетях напряжением до 1 кВ, работающих с глухозаземленной нейтралью, возникают временные перенапряжения между фазой и землей. Уровень таких перенапряжений при значительной несим метрии фазных нагрузок может достигать значений междуфазно го напряжения, а длительность — нескольких часов.