Мало кто из обычных людей догадывается, что электрическая энергия, за которую мы платим, является товаром. Как и у любого товара, который мы покупаем, у электрической энергии есть свои параметры качества, которым она должна соответствовать.
Самый очевидный параметр для обычных людей - напряжение в розетке - 220 В. Однако это только один из параметров, которых довольно много.
Качество электрической энергии — это совокупность характеристик электрического напряжения, которые обеспечивают нормальное функционирование и безопасную эксплуатацию электрооборудования.
Параметры качества электрической энергии:
- Отклонение частоты:
Определяется как отклонение значения основной частоты от номинального значения (50 Гц). - Отклонение напряжения:
Это колебания напряжения от номинального значения. Значительные отклонения могут привести к неправильной работе или выходу оборудования из строя. - Колебания напряжения и фликер:
Быстрые изменения напряжения, которые могут вызывать сбои в работе чувствительного оборудования, мерцания освещения. - Провалы напряжения:
Кратковременные снижения напряжения, которые могут приводить к перезапуску оборудования или потере данных. - Перенапряжения:
Кратковременные повышения напряжения, которые могут повредить оборудование. - Гармонические искажения:
Наличие высших гармоник в токе и напряжении, которые могут вызвать перегрев оборудования и снижение его эффективности. - Несимметрия напряжений и токов:
Различие напряжений и токов в фазах трехфазной системы, что может привести к неправильной работе оборудования.
Основные причины ухудшения качества электрической энергии:
- перегрузка сетей: Подключение слишком большого количества потребителей к одной сети;
- неисправности оборудования: Повреждения трансформаторов, генераторов и других элементов системы электроснабжения;
- нелинейная нагрузка: Наличие нелинейных нагрузок, таких как частотно-регулируемые электроприводы, компьютеры и другие устройства.
Контроль качества электрической энергии может быть:
- непрерывным (контроль, при котором поступление информации о контролируемых показателях от средств измерений и оценка их происходят непрерывно) (п. 129 ГОСТ Р 54130-2010);
- периодическим (контроль, при котором поступление информации о контролируемых показателях и оценка их происходят в заранее установленные моменты времени или периодически с интервалами, определяемыми организацией контроля) (п. 130 ГОСТ Р 54130-2010);
- эпизодическим (контроль, при котором поступление информации о контролируемых показателях и ее оценка производятся по мере необходимости) (п. 131 ГОСТ Р 54130-2010).
Показатели качества электрической энергии измеряются не менее 24 часов, однако, в некоторых случаях продолжительность составляет 7 суток, например для сертификационных испытаний.
Если еще раз посмотреть на параметры качества электрической энергии, то можно заметить, что все они относятся к напряжению. Другими словами параметры электрического тока не нормируются. Хотя именно несинусоидальный электрический ток является причиной несинусоидальности напряжения.
Что такое синусоидальность?
Синусоидальность - это характеристика кривой тока или напряжения, которая описывает форму сигнала. В идеале, форма напряжения и тока в сети должны быть синусоидальными, то есть иметь форму синусоиды.
Нормальной считается синусоида с периодом Т=0,02 с, частотой 50 Гц.
При частотах больше 50 Гц (как на рисунке выше) и возникают гармонические искажения или несинусоидальность.
На рисунке выше:
U1 - первая или основная гармоника;
U5 - пятая гармоника, с частотой 5 х 50 = 250 Гц;
U - результирующая форма, то есть U1 + U5.
Теперь более научным языком.
Основные аспекты синусоидальности напряжения:
- Форма сигнала:
Синусоидальное напряжение имеет гармоническую форму.
Отклонения от синусоидальной формы могут включать гармоники (высшие частоты 2х, 3х, ...) и интергармоники (смешанные частоты). - Гармоники:
Гармоники — это кратные основной частоты напряжения или токи. - Причины возникновения несинусоидальности:
Нелинейные нагрузки, и влияние гармоник от других источников. - Влияние на оборудование:
- перегрев;
- неправильная работа;
- снижение энергетической эффективности. - Методы улучшения синусоидальности напряжения:
- фильтрация гармоник;
- коррекция коэффициента мощности;
- использование источников бесперебойного питания (ИБП).
Вывод
Качество электрической энергии - набор параметров напряжения, регламентированный ГОСТом. Электрическая энергия соответствующего качества способствует комфортной и безопасной жизни людей, нормальной эксплуатации оборудования.
Как правило, на бытовом уровне, качество электрической энергии соответствует стандарту. Исключением могут быть отдаленные поселки со слабой сетью, тогда можно наблюдать провал напряжения при включении како-нибудь мощного устройства, например чайника или обогревателя.