10.2. Измерение и расчет параметров качества электроэнергии

Функция ущерба в диапазоне значений, допускаемых ГОСТ 13109-87, изменяется в небольших пределах, но чувствительна в области значений больше допустимых. Оценку соответствия ПКЭ допустимым значениям проводят по результатам измерений за каждые сутки отдельно.

Абсолютные погрешности измерений ПКЭ не должны превышать: отклонений напряжения и коэффициента несинусоидальности - 0,5%; размаха изменения напряжения - 0,l%; дозы колебаний напряжения -0,005%²; коэффициентов гармонической составляющей, обратной и нулевой последовательностей напряжения — 0,2%; отклонений частоты - 0,02 Гц. Приборы для исследования показателей качества электроэнергии должны быть помехоустойчивыми в условиях отклонений от требований стандарта питающего их напряжения и обеспечивать возможность статистической обработки результатов измерений.

Отклонения и колебания напряжения должны определяться в ха­рактерных точках систем электроснабжения предприятий. В электрических сетях однофазного тока действительное значение напряжения U по (10.2) определяют как действующее значение напряжения основной частоты U₍₁₎ без учета гармонических составляющих напряжения, в трехфазных сетях — как действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты.

U₁₍₁₎ = [U_AB(1) + U_CB(1) + U_AC(1)]/3,

где U_AB(1), U_CB(1), U_AC(1), - междуфазные напряжения прямой по­следовательности основной частоты.

Принципиальная схема питания нагрузки и схема замещения питаю­щей сети приведены на рис. 10.5. Суммарное сопротивление питающей сети 5УР (4УР) представлено приведенными к одной ступени напряже­ния индуктивным Х_ и активным R_ сопротивлениями.

При известных напряжении и питающей системе U_с, нагрузках по­требителей S₁, S₂ (I₁, I₂) можно определить напряжения U₁, и аналогично U₂:

259

Из (10.15) получаем выражение для определения падения напряжения через его продольную U и поперечную jU составляющие:

(10.15)

где P, Q - активная и реактивная нагрузки, протекающие через элемент системы электроснабжения, на котором определяется падение напряжения.

Векторная диаграмма напряжений для схемы на рис. 10.5 приведена на рис. 10.6. Принято называть геометрическую разность напряжений (отрезок аб) падением напряжения, отрезок ав — продольной, бв — поперечной составляющей падения напряжения; арифметическая разность напряжений (отрезок аг) называется потерей напряжения. Поперечная составляющая падения напряжения при активно-индуктивной нагрузке мала, незначительны углы  между напряжениями в узлах системы электроснабжения (на практике для промышленных сетей суммарный угол между напряжениями различных ступеней трансформации не пре-

260

вьшает 10°). Поэтому для практических расчетов отклонений и колебаний напряжений промышленных сетей можно считать разницу между падением и потерей напряжения несущественной и потерю напряжения определять по формуле

Верхний (нижний) предел отклонения напряжения в характерных точках системы электроснабжения

(10.16)

где U_+(-) — верхний (нижний) предел отклонений напряжения на зажимах приемника электроэнергии, допускаемый ГОСТ 13109-87, %; U — потери напряжения на участке от рассматриваемого узла сети до зажимов приемников электроэнергии, %; U_д – добавка напряжения средствами регулирования напряжения, %.

Отклонения напряжения необходимо проверять на совместимость в различных режимах нагрузки с учетом того условия, чтобы при ми­нимальных нагрузках отклонения напряжения не превышали отклонения напряжения при максимальных; если это условие не соблюдается, необходимо изменять добавку напряжения U_д.

Расчет колебаний напряжения при переменных нагрузках проводится в предположении, что изменение активных и реактивных нагрузок (Р, Q) происходит линейно, т. е. с постоянной скоростью на участке изменения колебания напряжения U_t. Если время протекания переходного процесса не превышает 0,02 с (длительности одного периода), то можно не учитывать апериодические составляющие тока и напряжения. Приведенные допущения позволяют для расчета размаха колебаний напряжения при переменных нагрузках использовать первую часть

261

формулы (10.16), учитывая изменения активной (АР) и реактивной (Q) мощностей;

(10.17)

Как видно из (10.17), отклонения и размах изменения напряжения определяются в основном изменением реактивной мощности, поэтому для ориентировочных расчетов можно принять

(10.18)

где S — мощность короткого замыкания.

Оценка допустимости колебаний напряжения может выполняться в условиях эксплуатации по осциллограммам или регистограммам путем сопоставления интервала между следующими друг за другом изменениями t_ii+1 (рис. 10.2) с минимально допустимым интервалом времени t_дi . между размахами амплитудой U_t определяемой по нижней шкале на рис. 10.1. Колебания считаются допустимыми, если

(10.19)

где Т — общее время наблюдения размахов.

Способы и приборы для измерения несимметрии напряжений можно разделить на четыре группы:

1) способы и приборы, с помощью которых определяется линейное напряжение обратной последовательности

2) модуляционные способы;

3) способы, основанные на преобразовании несимметричной системы напряжений в электромагнитное поле и измерении его параметров, по значениям которых судят о несимметрии;

4) способ многофазного выпрямления, заключающийся в том, что исследуемая трехфазная система преобразуется в многофазную, выпрямляется, по выходному напряжению многофазного выпрямителя определяются симметричные составляющие напряжения исследуемой системы: постоянная составляющая выходного напряжения прямо пропор-

262

циональна составляющей прямой последовательности, вторая гармоника — составляющей обратной последовательности.

Для определения значения коэффициента обратной последовательности определяется напряжение обратной последовательности

где I_2- эквивалентный ток обратной последовательности, обусловленный несимметричными нагрузками;Z_2- сопротивление обратной последовательности сети.

Ток обратной последовательности I₂и его фазовый угол при подключении однофазных нагрузок на линейные напряжения будут

где _н– фазовый угол нагрузки. Если однофазные нагрузки включены на линейные напряженияU_bcиU_ca, то к значениям_I2прибавляются соответственнои.

Относительное значение (в долях полного сопротивления прямой последовательности) модуля |Z_2|, а также фазы эквивалентного сопротивления обратной последовательности можно определить так:

263

где Р^п_ном, Р^нл_ном, Q^л_ном, Q^нл_ном - номинальная активная и реактивная мощности i- й соответственно линейной и нелинейной нагрузок; S_hom - суммарная номинальная мощность нагрузок рассматриваемого узла.

Выражения для определения сопротивлений обратной последова­тельности элементов систем электроснабжения приведены в табл. 10.2. В приближенных расчетах несимметричных режимов для узлов сетей ПО кВ нагрузку можно рассматривать как обобщенную и учитывать

Таблица 10.2. Определение сопротивлений обратной последовательности для различных нагрузок

Вид нагрузки	Выражение для расчета сопротивлений обратной последовательности	Примечание
Синхронный двигатель	X2 = U^2номX2/Sном	При отсутствии данных принимается X2 = 1/Kп, где Kп – кратность пускового тока
Асинхронный двигатель	X2 = U^2номХк/Sном	
Двухобмоточных транс-форматор и реактор	X2 = U^2номUк/Sном	Uк - относительное зна-чение напряжения КЗ, при отсутствии данных принимается Uк=0,1, для реакторов вместо Uк берется Хр
Трехобмоточных транс-форматор с расцепленной обмоткой, сдвоенный реактор (для каждой обмотки)	X2 = U^2номХ/Sном	Х - относительное реак-тивное сопротивление обмотки
Батарея конденсаторов	X2 = U^2ном/Qб.к	
Вентильный преобразо-ватель	Z2 = 2,5U^2ном/S	S – полная нагрузка преоб-разователя сопротивле-нием Z = ZcosjZsin, где cos - коэффициент мощ-ности преобразователя с нагрузкой
Электродуговая сталеплавильная печь	Z2 = U^2ном/S	То же
Нагрузка осветительная	r2 = 4U^2ном/Р	P – мощность нагрузки
Питающая энергосистема	Х2 = U^2ном/Sк	Sк – мощность КЗ энерго-системы

264

значением полного сопротивления обратной последовательности, отн. ед.:

Промышленный центр 0,50 + 0,68

Прокатный цех 0,51 + 0,68

Машиностроительный завод 0,33 + 0,49

Завод цветных металлов 0,49 + 0,52

Бумагоделательный комбинат 0,15 + 0,59

Железнодорожная тяговая подстанция 1,12 + 0,39

Химический завод 0,21 + 0,46

В распределительных сетях предприятий при мощности КЗ на шинах 6-10 кВ более 20 MB  А можно принимать Z_2 =Х_н, где Х_h – U²_ном/S_к. При определении сопротивлений элементов системы электроснабжения на различных ступенях трансформации их величины приводятся к базовым.

Несинусоидальность напряжения характеризуется коэффициентом не синусоидальности К_нси и коэффициентом п-й гармонической составляющей напряжения К_{и (п)}.

При определении коэффициента несинусоидальности кривой напря­жения допускается не учитывать составляющие порядка п  40 или составляющие, значение которых менее 0,3%, при этом можно поль­зоваться вместо (10.13) формулой

где U_(l) — действующее значение напряжения основной частоты.

Коэффициент п-й гармонической составляющей напряжения допус­кается вычислять по формуле

Напряжение п-й гармоники на i-м присоединении

где I_(n)i – ток п-й гармоники на I-м присоединении, обусловленный всеми источниками гармоник; Х_(п)i –сопротивление i-го присоединения для п-й гармоники всеми источниками гармоник; нения для п-й гармоники.

В случае 6-фазной системы выпрямления в кривой питающего напря­жения имеются гармоники порядка п = 5,7,11,13,17,19,23,...; 12-фаз-

265

ной схемы - гармоники порядка п = 11, 13, 23, 25, 35, 37,...; 24-фазной - гармоники порядка п = 23, 25, 47, 49, 71, 73 ..., называемые ка­ноническими. В питающей сети выявлены неканонические (анормальные) четные и нечетные гармоники, порядок не соответствует последовательности чередования фаз. Появление гармоник неканонического порядка объясняется случайными процессами, их выявление возможно только на работающих установках. Токи гармоник I_(n), приближенно (без учета углов коммутации преобразователей) можно определить по табл. 10.3, сопротивления потребителей для отдельных гармоник — по табл. 10.4.

Методы расчета несинусоидальных режимов, основанные на пред­ставлении преобразователей в виде источников тока гармоник, обес­печивают достаточную точность расчетов лишь в отсутствие резонансных или близких к ним режимов, а также в случае линейной частот-

Таблица 10.3. Определение порядка и токов гармоник для различных нагрузок

Вид линейной нагрузки	Порядок гар-моник сетево-го тока	Расчетная формула	Примечание
Вентильный преобразователь	п = mk  	I(n) = 1/n (в долях полного тока преобразователя)	m – число фаз выпрямления; k = 0,1,2,3, - ряд натураль-ных чисел
Установка дуго-вой электросвар-ки с выпрями-телями	n = 5, 7, 11, 13, …	I(n) = I1 /n^2	
Группа ревер-сивных и нереверсивных преобразователей	п = mk  		Siср.кв – среднее квадратичное значение полной мощности i-го преобразователя
Установка дуговой и контактной электросварки	n = 5, 7, 11, 13		
Дуговая электропечь и газоразрядная лампа	n = 3, 5, 7, 11, n = 3, 5		

266

Таблица 10.4. Определение сопротивлений потребителей для отдельных гармоник

Потребитель номинальной мощностью Sном, МВА	Расчетная формула сопротивления n-й гармоники, Ом
	Сеть 6кВ	Сеть 10кВ
Электродвигатель, турбогенератор	6n/Sном	17n/Sном
Наружный трансформатор цеховой подстанции	12n/ Sном	34n/ Sном
Двухобмоточный трансформатор связи с энергосистемой	0,4nUк%/100 Sном	11nUк%/100Sном
Батарея конденсаторов номинальной мощностью Qб.к, квар, при напряжении 6,3 – 10,5 кВ	40n/Qб.к	110п/ Qб.к

ной характеристики входного сопротивления энергосистемы. Значительную погрешность (до 30%) в расчеты несинусоидальных режимов вносит допущение отсутствия влияния емкостей на процессы коммутации.