Качество электроэнергии – это важные эксплуатационные параметры сети, значения которых полностью или частично соответствуют заявленным показателям. В России качество электроэнергии регулирует ГОСТ 32144-2013. Стандарт опирается на такие параметры, как напряжение, частота, коэффициент мощности, уровень гармоник и другие.
Качество электроэнергии существенно влияет на надежность и безопасность использования электрических приборов. Например, значительные отклонения могут приводить к мерцанию света, остановкам производственного оборудования или повреждению бытовой техники.
Показатели качества поставляемой энергии дают общее понимание о состоянии бытовой или промышленной сети. Давайте рассмотрим наиболее актуальные из них.
Отклонения напряжения
Отклонения напряжения — один из основных факторов, влияющих на стабильность работы электрической сети. В соответствии с регламентами характеризуется следующими значениями:
Нормальные колебания напряжения относительно установленных параметров в бытовой электрической сети не должны превышать 5% в какую-либо сторону. При эксплуатации кабельной сети с номинальным напряжением 220 В, нормальными считаются значения в пределах от 209 до 231 В, что не влияет на эксплуатационные характеристики электроустройств.
Общие критические отклонения в сети, при которых не требуется применение стабилизирующих устройств, составляют 10% или от 198 до 242 В.
При выявлении больших отклонений параметры качества электрической энергии считаются неудовлетворительными.
Колебания напряжения
Колебания напряжения зависят от размера размахов колебаний и дозы фликера.
Нормальными считаются колебания синусоиды в пределах 5% от номинального напряжения. Превышение данного значения говорит о снижении показателей качества электрической энергии. При колебаниях в пределах +/- 10%, допускается нормальная эксплуатация сети и электрооборудования. Изменение амплитуды на величину более 10% от номинальных значений считается критическим, требуя стабилизации сети.
Термин «доза фликера» появился в связи с визуальным восприятием интенсивности потока света от эталонной лампы, включённой в электросеть. Доза фликера даёт нам возможность оценить характер колебаний освещения и проанализировать работоспособность электрической сети.
Эффект фликера отображает нестабильность работы электрической сети, избавиться от которой можно через повышение тока КЗ, а также при снижении показателей пусковых токов электрических силовых установок.
Отклонение частоты
В любой бытовой сети устанавливается частота переменного тока в размере 50 Гц. При значительных отклонениях в сети наблюдается дефицит вырабатываемой мощности, который приводит к снижению эффективности работы установок.
Стабильность частоты переменного тока определяется качеством и эффективностью генерирующих установок, а также корректными настройками эксплуатационных параметров.
Коэффициент временного перенапряжения
Если в сети возникает короткое замыкание, либо импульсный скачок напряжения, превышающий 10% от номинальных значений, то такое явление называется временным перенапряжением. Временное перенапряжение может привести к повреждению оборудования, поэтому контроль его тоже крайне важен.
Коэффициент временного перенапряжения — это отношение максимального значения напряжения в определённый момент времени к его номинальному значению. Он характеризует временное перенапряжение — повышение напряжения в точке электрической сети, которое возникает при коммутациях или коротких замыканиях.
Провал напряжения
Одним из параметров качества электроэнергии является провалы напряжения, которые представляют собой резкое изменение показателей напряжения.
Провалы напряжения, в свою очередь, составляют другие показатели:
Длительность провала напряжения. Интервал времени между начальным моментом провала напряжения и моментом восстановления напряжения до первоначального или близкого к нему уровня.
Глубина провала напряжения. Представляет собой разность между номинальным значением напряжения и минимальным действующим значением напряжения в единицах напряжения или в процентах от его номинального значения.
Частота появления провалов напряжения. Количество провалов напряжения определённой глубины и длительности за заданный промежуток времени.
При частом возникновении провалов в электрической сети требуется использование стабилизирующих устройств. Все приборы, включённые в сеть, при провале напряжения не могут выйти на номинальную мощность, из-за чего ухудшается эффективность их эксплуатации.
Импульсное напряжение
Импульсное напряжение — это резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня за промежуток времени до нескольких миллисекунд. Импульсное напряжение характеризует амплитуда и продолжительность импульсного воздействия на электрическую цепь. Данное явление особенно опасно для высокочувствительного оборудования.
Импульсное напряжение может возникать из-за ряда факторов:
Грозовые разряды. Удары молний в линии электропередач или рядом с ними вызывают сильные импульсы напряжения, которые распространяются по сети.
Коммутационные процессы в сети. Например, включение и отключение мощного оборудования.
Аварийные ситуации. Короткие замыкания и обрывы линий.
Электромагнитные помехи. Индуктивные и ёмкостные наводки, близкое расположение силовых кабелей к другим линиям связи или электрическим устройствам.
Симметрия напряжений в трехфазной системе
Нарушение симметрии напряжений в трёхфазной системе — это нарушение равномерного (симметричного) распределения напряжения между фазами. В эталонной сети напряжение в каждой фазе составляет 220 В, где векторы сдвинуты друг от друга на 120°, а линейные напряжения равны друг другу, составляя 380 В. Когда же одна или несколько фаз начинают испытывать чрезмерную или недостаточную нагрузку, случается нарушение равновесия. Такое состояние ведёт к снижению качества работы электрооборудования.
Синусоидальность формы кривой напряжения
По стандарту напряжение промышленной сети считается практически синусоидальным, если действующее значение всех высших гармоник не превышает 5% действующего значения напряжения основной частоты.
Нарушение синусоидальности рассчитывается коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициентом n-ой гармонической составляющей напряжения.
Отсутствие синусоидальности даёт целый спектр негативных моментов: вибрации, сбой работы автоматики защиты, увеличение погрешностей измерительной аппаратуры.
Перенапряжение
При перенапряжении величина колебаний переменного тока достигает предельных значений, которые вызывают перегрев кабельной жилы и нарушение целостности изоляции.
Причины возникновения перенапряжений:
- Ошибки монтажа кабельной линии, отсутствие заземления или нулевого кабеля.
- Замыкание нулевого провода на фазную токопроводящую жилу, что влечёт за собой возникновение тока КЗ.
- Включение в цепь дополнительных устройств, потребляющих значительную мощность.
- Возникновение резонанса гармонических колебаний, описываемых синусоидальной зависимостью.
- Такие внешние факторы, как грозовые разряды.
Повышение качества электроэнергии
Показатели качества электрической энергии могут отличаться от номинальных значений, но всё равно оставаться в рамках нормативов. Существуют нормальные и предельно допустимые отклонения параметров электрической сети:
· нормальные – отклонения показателей не превышают 5% от номинальных значений.
· предельно допустимые – величина колебаний может составлять до 10%, как в сторону увеличения, так и снижения от эталонных параметров.
В наше время предлагается множество способов улучшения качества электроэнергии, которые заключаются в следующем:
· установка приборов, компенсирующих реактивную мощность на кабельной линии. Устройства позволяют стабилизировать коэффициент мощности в трёхфазной сети.
· замена трансформаторов на современные установки с функцией РПН (регулировки под нагрузкой). А также допускается установка автотрансформаторов с линейными переключателями, которые позволяют изменять величину напряжений на вторичных обмотках без снятия нагрузки.
· монтаж в кабельную силовую сеть компенсаторов, синхронизирующих количество вырабатываемой мощности в автоматическом режиме.
· монтаж в сеть конденсаторных батарей.
Подпишитесь, пожалуйста, на наш канал, если вам интересны публикации про электрооборудование, промышленность, внедрение новых технологий.