49-96 / 83.Качество электрической энергии в СЭЭУ (Регистр)
.doc83. Качество электрической энергии СЭЭУ (Требования Регистра)
Электрическая энергия является продукцией, которая вырабатывается и распределяется СЭЭС по приемникам. В связи с этим качество электрической энергии определяется совокупностью свойств, обусловливающих пригодность ее для использования приемниками. Данные свойства считаются идеальными при следующих условиях:
- на зажимах приемников электроэнергии напряжение и частота равны номинальным значениям;
- форма кривой напряжения переменного тока представляет собой синусоиду, период которой соответствует номинальной частоте;
- напряжение постоянного тока является неизменным во времени;
- напряжения трехфазного переменного тока симметричны.
В действительности этого никогда не бывает по ряду причин. Напряжение и частота источников электрической энергии зависят от их нагрузки, напряжение на зажимах приемника всегда меньше напряжения источника на величину потери напряжения в сети, напряжение и частота источников электроэнергии резко уменьшаются при набросах нагрузки, напряжение генераторов электроэнергии обычно имеет трапецеидальную форму, форма кривой напряжения очень искажается в системах с управляемыми полупроводниковыми вентилями и т. д. В связи с этим практически качество электроэнергии характеризуется следующими реальными показателями (отклонениями от идеальных свойств):
- длительным (в установившемся режиме) отклонением напряжения в данной точке системы по отношению к номинальному;
- длительным отклонением частоты тока по отношению к номинальному;
- кратковременным (в переходном режиме) отклонением напряжения от номинального;
- кратковременным отклонением частоты от номинальной;
- коэффициентом несимметрии напряжений в трехфазной системе;
- коэффициентом искажения синусоидальности формы кривой напряжения;
- коэффициентом смещения нейтрали в трехфазной системе;
- коэффициентом пульсации напряжения постоянного тока;
- коэффициентом низкочастотной амплитудной модуляции напряжения переменного тока.
Согласно Правилам Регистра, длительное отклонение напряжения на зажимах приборов освещения должно быть не более ± 5 %, на зажимах электродвигателей и других приемников электроэнергии ± 10 %. Кратковременное снижение напряжения должно быть не более 30 %. Длительное снижение частоты не более 5 %, кратковременное не более 10 %. Несимметрия напряжений зависит от неравномерности распределения нагрузки по отдельным фазам трехфазной системы. Эта неравномерность должна быть в пределах ± 15 %.
Коэффициент искажения формы кривой напряжения должен быть не более 10 % (это определяется как отношение суммы амплитуд высших гармоник к амплитуде первой - основной гармоники в процентах). Значения других коэффициентов регламентируются конкретными особенностями системы и приемников электроэнергии.
Снижение напряжения на зажимах электродвигателей постоянного и переменного тока вызывает уменьшение вращающегося момента, частоты вращения и номинальной мощности, увеличение потребляемого тока. При этом возможна перегрузка и остановка двигателя. При снижении напряжения резко уменьшается светоотдача ламп накаливания, а при его увеличении снижается срок их службы.
Снижение частоты на зажимах асинхронных двигателей связано с уменьшением частоты вращения и производительности механизмов, с которыми они сочленены.
Несимметрия напряжения и смещение нейтрали на зажимах двигателей и генераторов переменного трехфазного тока влечет за собой потери мощности и дополнительный нагрев машин.
Несинусоидальность формы кривой напряжения связана с наличием в СЭЭС гармонических составляющих частотой выше 50 Гц. под действием которых увеличиваются потери мощности и нагревание электрических машин, кабелей, аппаратов, двигателей и генераторов.
При повышении напряжения относительно номинального в сетях освещения, отопления и других повышается ток, что влечет „перекал" ламп и нагревательных элементов и резко сокращает срок их службы. При повышении напряжения и частоты тока на зажимах электродвигателей увеличивается значение потребляемого тока и частоты вращения, что приводит к чрезмерному их перегреву и быстрому „старению" изоляции токоведущих частей. Чрезмерное, даже кратковременное, повышение напряжения может вызвать пробой изоляционных материалов электрооборудования и режим короткою замыкания. В большинстве подобных случаев должна сработать соответствующая защита. Однако не исключено возникновение пожаров.
Требования Регистра по показателям качества электроэнергии учитываются при создании всех видов судового электрооборудования (машин, приборов, устройств, аппаратов), а также при проектировании СЭЭС (расчеты потерь и провалов напряжения, устойчивости систем, выбора аппаратов и др.). В некоторых случаях для обеспечения надлежащих показателей приходится устанавливать отдельные источники или преобразователи электрической энергии, индуктивно-емкостные фильтры, стабилизаторы, компенсаторы и др. Дизель-генераторы и турбогенераторы изготовляют с автоматическими регуляторами частоты вращения и напряжения.