Причины ухудшения качества электроэнергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Филиал государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Самарский государственный технический университет»

в г. Сызрани

Кафедра ЭПП

РЕФЕРАТ

на тему

«Причины ухудшения качества электроэнергии»

Выполнил:

студент гр. ЭВБ-481

Кашаева Д.В.

Проверил:

ст.преподаватель

Алексеева И.Ю.

2016 г.

Содержание

Введение

1. Нормирование качества электроэнергии

2. Причины ухудшения качества электроэнергии

Вывод

Список используемой литературы

Введение

Одним из подходов к диагностике неисправностей, связанных с качеством электроэнергии, является проверка в точке, которая расположена максимально близко к потребителю, испытывающему проблемы. Данный потребитель обычно является электронным устройством, чувствительным к качеству электроэнергии и испытывающим некоторые неполадки. Возможная причина заключается в низком качестве электроэнергии, однако частью вашей работы является отделить данную причину от других возможных причин (неисправность оборудования, сбой программного обеспечения и т.д.) Подобно детективу, вам необходимо начать работу с осмотра "места преступления". Такой подход, как проверка в восходящем направлении может отнять много времени. Он основан на внимательности и выполнении измерений основных параметров.

Альтернативным методом является движение от ввода в электросистему здания к точке возникновения неисправностей, используя трехфазный контрольный прибор. Подобный подход имеет максимальную эффективность, если причина неисправности находится в сети электроснабжения.

Тем не менее, на основе многочисленных проверок был сделан вывод, что причины подавляющего большинства проблем с качеством электроэнергии находятся на предприятиях (в зданиях). Как правило, наилучшее качество электроэнергии наблюдается на входе в электрическую систему здания (в точке подключения к коммунальным сетям электропитания). По мере движения по распределительной системе качество электроэнергии постепенно снижается. Это связано с проблемами, источником которых являются потребители, расположенные в здании. Другим характерным фактом является то, что 75 % всех проблем с качеством электроэнергии связано с проводкой и заземлением!

По этой причине многие службы, контролирующие качество электроэнергии, считают, что процесс диагностики неисправностей необходимо начинать с электрической системы здания, а затем, при необходимости, использовать контрольные приборы в точке подключения к коммунальным сетям. Ниже приведена процедура диагностики неисправности, основанная на восходящем подходе и призванная помочь вам выполнить данную работу.

1. Нормирование качества электроэнергии

Нормы на показатели качества электроэнергии устанавливаются действующим ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» [14]. Он устанавливает показатели и нормы КЭЭ в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей электрической энергии, или приемники электрической энергии (точки общего присоединения).

Нормы КЭЭ, установленные стандартом, являются уровнями электромагнитной совместимости для электромагнитных помех в системах электроснабжения общего назначения. При соблюдении установленных норм КЭЭ обеспечивается электромагнитная совместимость электрических сетей энергоснабжающих организаций и электрических сетей потребителей электрической энергии. По показателям, регламентируемым данным стандартом, электрическая энергия подлежит обязательной сертификации.

Стандартом устанавливаются следующие показатели качества электроэнергии (ПКЭЭ):

- установившееся отклонение напряжения;

- размах изменения напряжения;

- доза фликера;

- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения;

- коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения;

- коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;

- коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности;

- отклонение частоты;

- длительность провала напряжения;

- импульсное напряжение;

- коэффициент временного перенапряжения.

В настоящей работе целью ставилось улучшение синусоидальности напряжения, поэтому в дальнейшем качество электроэнергии оценивается по двум показателям КЭЭ, характеризующим степень отклонения формы напряжения от синусоиды:

- коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения ;

- коэффициенту n-й гармонической составляющей напряжения .

Данные показатели определяются как значения, усредненные за 3 с.

Определение показателей, характеризующих синусоидальность напряжения, производится следующим образом. Коэффициент искажения синусоидальности напряжения определяют по формуле

, (1.1)

где - значение n-й гармонической составляющей напряжения; - значение первой (основной) гармоники напряжения.

Значения гармоник нормируется до . В ГОСТ 13109-97 определено, что качество электроэнергии по показателю коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициенту n-й гармонической составляющей напряжения в точке общего присоединения считают соответствующим требованиям стандарта, если наибольшее из всех измеренных в течение 24 ч значений коэффициентов искажения не превышает предельно допустимого значения. Также значение коэффициента искажения, соответствующее вероятности 95 % за установленный период времени, не должно превышать нормально допустимого значения.

В табл. 1.1 даны нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента искажения синусоидальности напряжения для сетей различного класса напряжения.

Таблица 1.1 Нормы качества электроэнергии по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения

Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения находят по выражению

. (1.2)

Нормально допустимые значения коэффициентов n-й гармонической составляющей напряжения приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2 Нормально допустимые значения коэффициентов n-й гармонической составляющей напряжения

Предельно допустимые значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения принимают в 1,5 раза выше нормально допустимых значений, указанных в табл. 1.2.

В настоящее время не существует легитимного документа, устанавливающего методику расчета допустимого влияния потребителя на КЭЭ и процедуру оценки соблюдения им установленных требований [19, 67]. До 2001 г. в России действовали «Правила присоединения потребителя к сети общего назначения по условиям влияния на качество электроэнергии», а также «Правила применения скидок и надбавок к тарифам за качество электроэнергии» (утверждены Главгосэнергонадзором 14 мая 1991 г.), согласно которым при отступлении от нормативных значений ПКЭЭ по вине потребителя, со стороны электроснабжающей организации могут быть начислены штрафные санкции в размере до 10 % от тарифа за потребленную электрическую энергию на каждый нарушенный показатель.

Применительно к средней тяговой подстанции с переработкой до 30 млн. кВт·ч в год надбавка за нарушение норм только по одному ПКЭ могла составлять в ценах 2001 г. около 1,8 млн. руб. в год. Такие санкции существенно влияют на экономическое состояние систем тягового электроснабжения и оправдывают значительные затраты на улучшение качества электроэнергии в их сетях.

Однако в 2001 г. указанные выше правила были отменены как нормативные акты, противоречащие Гражданскому кодексу РФ. В настоящее время требования к КЭЭ по показателям, характеризующим форму напряжения, устанавливают в виде обязательства энергоснабжающей организации поддерживать значения ПКЭЭ в точке контроля качества электроэнергии в соответствии с нормами ГОСТ 13109-97 при условии непревышения потребителем установленного в технических условиях или в договоре электроснабжения допустимого влияния его электроустановок на значения ПКЭЭ в этой точке. Другими словами, санкции за нарушение КЭЭ по вине потребителя должны быть специально оговорены в договоре электроснабжения. Однако если система надбавок обозначена в договоре, то по данным ОАО «РЖД», ущерб от невыполнения требований ГОСТ 13109-97 только по двум показателям качества электроэнергии может ежегодно составлять порядка 1,2-1,4 млрд. руб. по сети железных дорог России [20].

Рассмотрим более подробно причины ухудшения синусоидальной формы напряжения в тяговой сети железных дорог переменного тока.

2. Причины ухудшения качества электроэнергии

С точки зрения качества напряжения для нормальной работы электрического оборудования, подключенного к сети переменного тока, оптимальной является идеально синусоидальная форма питающего напряжения. Однако на современных предприятиях значительное распространение получили нагрузки, вольт- и веберамперные характеристики, которые имеют нелинейный характер (нелинейные нагрузки). Подключение таких потребителей, имеющих в своем составе нелинейные элементы, зачастую приводит к отклонению формы напряжения от синусоиды.

К числу таких потребителей относятся различного рода вентильные преобразователи (главным образом тиристорные), установки дуговой и контактной электросварки, газоразрядные лампы, электродуговые сталеплавильные и руднотермические печи, силовые магнитные усилители и трансформаторы. Эти нагрузки потребляют из сети ток, кривая которого оказывается несинусоидальной, а во многих случаях и непериодической, в результате возникают нелинейные искажения кривой напряжения, т. е. несинусоидальные режимы.

Стоит отметить, что генераторами высших гармоник тока и напряжения являются только нелинейные безинерционные сопротивления. Инерционные же элементы, т. е. элементы, нелинейность вольтамперных характеристик которых обусловлена медленно протекающими процессами (в основном тепловыми), не вносят искажений в синусоидальность формы напряжения.

Основной причиной искажения синусоидальной формы напряжения в системах электроснабжения переменного тока промышленной частоты 50 Гц является наличие в системе различных типов нелинейных безынерционных сопротивлений, таких как полупроводниковые приборы, катушки с ферромагнитными сердечниками и другие элементы.

На железных дорогах, электрифицированных на переменном токе, особую часть нелинейных элементов составляют полупроводниковые приборы: диоды и тиристоры. Эти элементы активно применяются в выпрямительно-инверторных преобразователях электровозов, в которых происходит преобразование в режиме тяги переменного тока контактной сети в выпрямленный ток для питания тяговых двигателей (выпрямление), а также обратное преобразование в режиме рекуперации (инвертирование) электрической энергии тяговых двигателей, работающих в этом случае в режиме генератора.

Основное искажение формы переменного напряжения при питании потребителя пульсирующим током, полученным в процессе выпрямления, существует по причине возникновения естественной коммутации тока тиристоров выпрямителя, которая происходит в начале каждого полупериода переменного напряжения. Причем, чем больше величина нагрузки, мощнее потребитель, тем большая степень этого искажения может быть получена в точке присоединения к сети системы электроснабжения.

Физическая сущность искажения синусоидальности переменного напряжения заключается в возникновении режима короткого замыкания цепи переменного тока (обмоток силового трансформатора электровоза) в интервалы коммутации тока тиристорных плеч выпрямителя, в результате которого на этих интервалах происходит провал в кривой синусоидального напряжения. Эти провалы искажают форму кривой напряжения и приводят к возникновению высших гармонических составляющих в частотном спектре напряжения. Наибольшую амплитуду при работе электровоза имеют нечетные (3-, 5-, 7- и 9-я) гармоники.

Отклонение формы переменного напряжения от синусоиды является одним из основных параметров, характеризующих качество электрической энергии в системе тягового электроснабжения. Важность этого параметра определяется тем, что искажения напряжения в контактной сети оказывают влияние, как на эксплуатационные характеристики электровозов, так и на систему тягового электроснабжения. Так, высшие гармоники напряжения, генерируемые электровозом, приводят к появлению добавочных потерь в обмотках вспомогательных машин электровоза. В силовом трансформаторе гармоники напряжения вызывают увеличение потерь в стали, связанные с гистерезисом, а также увеличение потерь в меди обмоток [15]. Это сокращает срок службы изоляции, а также повышает затраты электроэнергии на тягу поездов.

Влияние несинусоидальности напряжения на индукционные и электронные приборы учета электроэнергии, потребляемой электровозом, приводит к значительному увеличению погрешности результатов измерений этих приборов [11, 29, 70]. Гармоники также могут нарушать работу устройств релейной защиты или ухудшать их характеристики.

Повышенные значения коэффициента в тяговой сети определяется не только применением в силовых цепях электровоза полупроводниковых приборов, которые генерируют гармоники в частотном диапазоне от 150 до 1000 Гц, но и переходными процессами в системе «электровоз - контактная сеть», в результате которых возникают высокочастотные колебания напряжения на токоприемнике электровоза с частотами 750-1950 Гц.

Колебания напряжения на токоприемнике вызваны процессами перехода выпрямителя электровоза из режима проводимости в режим коммутации в момент подачи управляющих импульсов на тиристоры (коммутационные колебания) и обратным переходом после окончания коммутационного процесса (послекоммутационные колебания). При этом их амплитуда при положении электровоза ближе к середине фидерной зоны может быть значительной. Частота этих колебаний напряжения определяется соотношением индуктивности цепи переменного тока электровоза и емкости контактной сети относительно земли.

Свободные коммутационные и послекоммутационные колебания напряжения, формирующиеся на токоприемнике, трансформируются на сторону вторичного напряжения электровоза, где создают перенапряжения на тиристорных плечах преобразователя. Так как колебания напряжения повторяются каждый полупериод питающего напряжения, то эта периодичность ограничивает вентильную прочность тиристоров выпрямителя и вследствие этого способствует быстрому выходу их из строя. Кроме того, эти колебания появляются в кривой выпрямленного напряжения, воздействуя на электромагнитные процессы, протекающие в цепи выпрямленного тока. электрический токоприемник напряжение

Коммутационные и послекоммутационные колебания способствуют появлению в частотном спектре напряжения контактной сети гармоник, соответствующих частотам этих колебаний. Иными словами, колебания напряжения, обусловленные началом и окончанием процесса коммутации тока тиристоров электровоза, снижают качество электроэнергии в контактной сети.

Круг вопросов, посвященных проблеме высших гармоник в электрических сетях, состоит в следующем:

- оценке электромагнитной совместимости источников высших гармоник и других нагрузок, т. е. влиянии гармоник на электроустановки;

- оценке возникающего при этом экономического ущерба;

- количественной оценке высших гармоник тока, генерируемых различными нелинейными нагрузками;

- прогнозировании значений высших гармоник тока и напряжения, а также снижении уровня гармонических составляющих.

Вывод

Электрическая энергия как товар используется практически во всех процессах, связанных с деятельностью человека. Обладая специфическими свойствами, электроэнергия непосредственно участвует при создании других видов продукции, влияя на их качество. Понятие качества электрической энергии (КЭЭ) отличается от понятия качества других видов продукции. Каждый электроприемник предназначен для работы при определенных параметрах электрической энергии: номинальных частоте, напряжении, токе и т. п., поэтому для нормальной его работы должно быть обеспечено требуемое КЭЭ.

Таким образом, качество электрической энергии определяется совокупностью ее характеристик, при которых электроприемники могут нормально работать и выполнять заложенные в них функции.

Качество электроэнергии часто характеризуют также термином «электромагнитная совместимость». Под электромагнитной совместимостью понимают способность электроприемников нормально функционировать в его электромагнитной среде, т. е. в электрической сети, к которой он присоединен, не создавая недопустимых электромагнитных помех для других приемников, работающих в той же среде.

Проблема электромагнитной совместимости промышленных потребителей с питающей сетью возникла в связи с широким использованием устройств, которые при всей своей экономичности и технологической эффективности оказывают отрицательное влияние на КЭЭ. Бытовые потребители, как и промышленные, также должны иметь электромагнитную совместимость с другими потребителями, включенными в общую электросеть, не снижать эффективность их работы и не ухудшать показатели КЭЭ.

КЭЭ в промышленности оценивается по технико-экономическим показателям, которые учитывают ущерб, возникающий вследствие порчи материалов и оборудования, расстройства технологического процесса, ухудшения качества выпускаемой продукции, снижения производительности труда - так называемый технологический ущерб. Кроме того, существует и электромагнитный ущерб от некачественной электроэнергии, который характеризуется увеличением потерь электроэнергии, выходом из строя электротехнического оборудования, нарушением работы автоматики, телемеханики, связи, электронной техники и т. д.

Качество электроэнергии связано с надежностью электроснабжения, поскольку нормальным режимом электроснабжения потребителей является такой режим, при котором потребители получают электроэнергию бесперебойно, в количестве, заранее согласованном с энергоснабжающей организацией, и нормированного качества.

Список используемой литературы

1. ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК (ПУЭ) (Седьмое издание, переработанное и дополненное, с изменениями) 2015г.

2. Ресурсы специализированного электроэнергетического Интернет сайта forca.ru

Размещено на Allbest.ru