С.С. Ананичева А.А. Алексеев А.Л. Мызин

КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ЧАСТОТЫ

В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ

0

Министерство образования и науки Российской федерации Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

С. С. Ананичева

А. А. Алексеев

А. Л. Мызин

КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ЧАСТОТЫ

ВЭНЕРГОСИСТЕМАХ Учебное пособие

Научный редактор проф., д-р техн. наук А. В. Паздерин

Печатается по решению редакционно-издательского совета УГТУ–УПИ от 18.01.2007 г.

Екатеринбург

УрФУ

2012

1

УДК 621.311.1 (075.8)

ББК А64

Рецензенты: кафедра «Автоматизированные системы электроснабжения» РГППУ (зав. кафедрой, канд. техн. наук С.В. Федорова); канд. техн. наук В.Г. Литвинов (ОАО «Екатеринбургская электросетевая компания»)

Ананичева С.С. Качество электроэнергии. Регулирование напряжения и частоты в энергосистемах: учебное пособие / С. С. Ананичева,

А. А. Алекссев, А. Л. Мызин.; 3-е изд., испр. Екатеринбург: УрФУ. 2012. 93 с.

А64

ISBN

В учебном пособии изложены требования ГОСТ 13109 97 к качеству электроэнергии, способы и методы регулирования частоты и напряжения в электроэнергетических системах. Приведены числовые примеры, иллюстрирующие методы регулирования параметров качества электроэнергии.

Учебное пособие предназначено для студентов очного и заочного, обучающихся по программе 140400.62 бакалавров по направлению «Электроэнергетика и электротехника».

Библиогр.: 5 назв. Рис. 65.Табл. 7.

УрФУ, 2012

2

1.ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Обеспечение надежного качества электроэнергии ведет к повышению эффективности работы приемников электроэнергии и электроэнергетических систем.

Решение проблемы качества электроэнергии должно опираться на техни- ко-экономическое сопоставление эффекта от мероприятий по улучшению качества и неизбежных при этом дополнительных затрат.

Качество электроэнергии оценивается по технико-экономическим показателям, учитывающим ущерб от некачественной электроэнергии:

технологический ущерб, обусловленный недоотпуском продукции, расстройством технологического процесса потребителей электроэнергии –– ущерб

всистемах электроснабжения потребителей;

электромагнитный ущерб от некачественной электроэнергии, выражающийся в увеличении потерь электроэнергии и нарушении работы электрооборудования –– ущерб в электроэнергетике.

Качество электроэнергии связано с надежностью, поскольку нормальным считается режим электроснабжения, при котором потребители обеспечиваются электроэнергией нормированного качества, требуемого количества и беспере-

бойно.

Различают четыре вида режимов:

1) нормальные режимы, при которых отклонения параметров качества

электроэнергии от их номинальных значений не выходят за длительно допустимые пределы;

2)временно допустимые режимы, характеризующиеся токовыми перегрузками, отклонениями напряжения и т. п., которые либо заложены в проектные расчеты (например, систематические перегрузки во время суточных максимумов), либо допускаются на определенное ограниченное время без существенного ущерба для сети и питаемых от нее приемников;

3)аварийные режимы, характеризующиеся опасными для элементов сети сверхтоками или другими недопустимыми явлениями; такие режимы обычно возникают при повреждениях элементов сети (при нарушениях изоляции, при обрыве проводников и т.п.) и имеют переходный (неустановившийся) характер;

4)послеаварийные режимы, в которые входят как переходные процессы, возникающие при ручном или автоматическом восстановлении питания (вызванные, например, одновременным самозапуском большого числа электроприемников), так и установившиеся режимы в новых, часто ограниченных по мощности условиях питания.

Для всех перечисленных видов режимов нормируются показатели качества электроэнергии или их допустимые по величине и длительности значения.

Согласно ГОСТ 13109 97 основными показателями качества электроэнергии являются:

	отклонение частоты			;	δ	у	;
		отклонение напряжения
	установившееся		∆

3

колебания напряжения, характеризующиеся размахом изменения напря-

жения	δ	и дозой фликера	;	;
коэффициент -й гармонической составляющей напряжения
коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения				;
коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательно-
сти		;

коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности

;

длительность провала напряжения ∆ п ;

импульсное напряжение			;	пер .
		перенапряжения
	коэффициент временного	имп

При определении показателей качества электроэнергии следует учитывать, что основные показатели качества, во избежание длительного нарушения нормальной работы электроприемников, должны в течение не менее 95 % времени каждых суток не выходить за пределы своих нормальных значений, а в послеаварийных режимах –– за пределы максимальных значений.

На выводах приемников электроэнергии, являющихся источниками электромагнитных помех, допускаются изменения показателей качества электро-

энергии в более широких пределах, чем указанные в ГОСТ 13109 97, если это не приводит к нарушению нормированного качества электроэнергии у других электроприемников, и устанавливаются договорами между электроснабжающими предприятиями и потребителями электроэнергии.

В аварийных режимах допускаются кратковременные выходы показателей качества электроэнергии за установленные пределы (снижение напряжения вплоть до нулевого уровня, отклонение частоты до 5 Гц и т. д.) с последующим их восстановлением до уровня, требуемого в послеаварийных режимах.

1.1.Отклонение частоты

Отклонение частоты напряжения переменного тока, как установлено в ГОСТ 13109 97, в электрических сетях характеризуется показателем отклонение частоты ∆ . Отклонение частоты от номинальной равно разности фактического и номинального значений частоты.

Усредненное значение частоты у вычисляется как результат усреднения

наблюдений (число наблюдений должно быть не менее 15) на интервале времени, равном 20 с, по формуле

		1			.
		у				(1.1)
	Отклонение частоты ∆ определяется по формуле,					(1.2)
где	ном	–– номинальное значение∆частотыу			, Гцном.
	В нормальных режимах допустимые значения отклонения частоты равны

0,2 Гц и максимально допустимые 0,4 Гц. В послеаварийных режимах рабо-

4

ты электрической сети допускается отклонение частоты от +0,5 до 1 Гц общей продолжительностью по времени не более 90 ч.

Качество электрической энергии по отклонению частоты считают соответствующим требованиям ГОСТ 13109 97, если максимальное из всех измеренных и усредненных за каждые 20 с в течение 24 ч значений отклонения частоты не превышает предельно допустимых значений, а значение усредненного с вероятностью 95 % не превышает нормально допустимых значений.

При отклонениях частоты от номинальной ухудшается работа как источников, так и потребителей электроэнергии.

1.2.Установившееся отклонение напряжения

Установившееся отклонение напряжения — это отклонение напряжения от его номинального значения в установившемся режиме работы электрических сетей, усредненное за расчетный интервал.

Нормально и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на выводах приемников электроэнергии составляют, согласно ГОСТ 13109 97, соответственно 5 и 10 % от номинального напряжения электрической сети.

Отличные от нормируемых нормально и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения в точках присоединения потребителей к сети напряжением 0,38 кВ и выше должны быть установлены в договорах между энергоснабжающими организациями и потребителями электроэнергии.

Отклонение напряжения от номинального δ у определяется в процентах от номинального ном:

			δ у	у	ном	100 % ,	(1.3)
где	–– установившееся				ном
	Поду		действительное значение напряжения.
		установившимся действительным значением напряжения понимается:

действующее значение основной частоты без учета высших гармоник,

всетях однофазного тока;

действующее значение каждого фазного (междуфазного) напряжения

основной частоты			или действующее значение напряжения прямой после-
довательности основной частоты						в сетях трехфазного тока.
	Напряжение прямой последовательности основной частоты в трехфазных
сетях допускается определять по приближенному выражению
			1			,	(1.4)
			3
где	,	,	–– действующие значения междуфазных напряжений
основной частоты в наблюдении .
	Погрешность расчета по формуле (1.4) не превышает 0,1 % при коэффици-

енте несимметрии напряжений по обратной последовательности не более 6 %.

5