Основные положения

1.1. Резко переменные показатели качества электроэнергии

Для электрических сетей общего назначения в ГОСТ 13109-97 [2] определены показатели качества электроэнергии (ПКЭ), из которых рассмотрим только резко переменные ПКЭ, являющиеся предметом изучения.

К электрическим сетям общего назначения относятся сети переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц промышленных предприятий, населенных пунктов, сельских районов, энергосистем и электростанций.

Нормы качества электроэнергии, устанавливаемые ГОСТ 13109-97, являются уровнями электромагнитной совместимости для кондуктивных электромагнитных помех в системах электроснабжения общего назначения. При соблюдении указанных норм обеспечивается ЭМС электрических сетей СЭС общего назначения и электрических сетей потребителей.

В ГОСТ 13109-97 сказано, что установленные в нем нормы ПКЭ подлежат включению в технические условия на присоединение потребителей и в договоры энергоснабжения между организацией, осуществляющей энергоснабжение, и потребителем.

По согласованию между энергоснабжающей организацией и потребителем допускается устанавливать в указанных технических условиях и договорах требования к ПКЭ, для которых нормы в ГОСТ 13109-97 не установлены.

Оценка соответствия ПКЭ нормам ГОСТ 13109-97 проводится в течение расчетного периода T, равного 24 часам [3].

К резко переменным ПКЭ относятся следующие показатели:

 размах изменения напряжения U_t;

 длительность провала напряжения t_П;

 коэффициент временного перенапряжения К_перU.

При определении значений некоторых ПКЭ используют вспомогательные параметры:

 частота повторения изменений напряжения F_δUt;

 интервал между изменениями напряжения ∆t_i,i+1;

 глубина провала напряжения U_п;

 частость появления провалов напряжения F_п;

 длительность временного перенапряжения ∆t_перU.

Размах изменения напряжения U_t,%, определяется формулой

, (1.1)

где U_i и U_i+1   действующее значение очередного и следующего за ним экстремума напряжения или пологого участка напряжения длительностью более 30 мс.

Пологим считается участок изменения напряжения с модулем производной напряжения менее 0,1 %/с.

Размах изменения напряжения  это модуль разности между соседними экстремумами напряжения или между экстремумом и пологим участком кривой напряжения, или между соседними пологими участками кривой напряжения.

Размахи изменения напряжения измеряются на участках кривой изменения напряжения с модулем производной напряжения более 0,1 %/с.

Порядок определения размахов изменения напряжения показан на рис.1.1.

Например, в соответствии с рис. 1.1 и формулой (1.1),

и т. д.

Рис. 1.1. Порядок определения размахов изменения напряжения

Следует особо пояснить порядок определения размаха при наличии коротких пологих участков на кривой напряжения U(t), встречающихся в процессе достаточно быстрого изменения напряжения в одном направлении, т. е. с производной одного знака. Такой участок длительностью t₁  t₂ имеет место на кривой U(t) между ординатами U₃ и U₆.

Если длительность пологого участка между двумя резко-переменными изменениями напряжения (на интервале времени t₁  t₂ на рис. 1.2) больше критического значения t_кр = 30 мс, то на участке кривой напряжения U(t) между ординатами U₃ и U₆ принимаются во внимание два колебания напряжения с размахами U_t3 и U_t4, если меньше, то одно колебание с размахом U_t5.

Объясняется это инерционными свойствами восприятия зрением человека колебаний светового потока источников света: если пауза между двумя резко-переменными изменениями напряжения на зажимах осветительной установки меньше t_кр = 30 мс, то человек воспринимает одно колебание напряжение с суммарным размахом двух изменений, если же пауза велика, то – два колебания напряжения с соответствующими их размахами.

Нормально допустимые значения размаха изменения напряжения в ГОСТ 13109-97 не нормируются.

Предельно допустимые значения размаха изменений напряжения U_t задаются в ГОСТ 13109-97 двумя кривыми (рис.1.2):

кривой 1  в точках общего присоединения к электрическим сетям при колебаниях напряжения, огибающая которых имеет форму меандра, в зависимости от частоты изменений напряжения или интервала между изменениями напряжения ;

кривой 2  на питающих зажимах осветительных установок с лампами накаливания в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение (например, в чертежном зале, учебной аудитории и т. п.).

Предельно допустимое значение суммы установившегося отклонения напряжения U_у и размаха изменений напряжения U_t в точках присоединения к электрическим сетям напряжением 0,38 кВ равно  10 % от номинального напряжения.

Провал напряжения  внезапное значительное понижение напряжения в точке электрической сети ниже уровня 0,9U_ном, за которым следует восстановление напряжения до уровня 0,9U_ном через промежуток времени от нескольких периодов до нескольких секунд.

Провал напряжения характеризуется глубиной и длительностью.

Глубина провала напряжения  разность между номинальным значением напряжения и минимальным действующим значением напряжения в течение провала напряжения.

Рис. 1.2. Предельно допустимые размахи изменений напряжения в зависимости от частоты или интервала между размахами

Длительность провала напряжения  интервал между начальным моментом провала напряжения и моментом восстановления напряжения до уровня 0,9U_ном.

Длительность провала напряжения t_п, с, определяется по формуле

t_п = t_к  t_н, (1.2)

где t_н  момент начала провала (рис.1.3);

t_к  момент окончания провала.

Предельно допустимое значение длительности провалов напряжения в электрических сетях напряжением до 20 кВ включительно равно 30 с.

Рис. 1.3. Провал напряжения:

t_н  t_к  длительность провала напряжения;

U_п  глубина провала напряжения.

Нормально допустимое значение длительности провалов напряжения в ГОСТ не определено, также не нормирована глубина провала напряжения.

Временное перенапряжение характеризуется двумя ПКЭ: коэффициентом и длительностью временного перенапряжения (см. рис. 1.4 [2]).

Рис. 1.4. Примеры и параметры отклонений, колебаний и провалов напряжения, а также временного перенапряжения

Коэффициент временного перенапряжения K_перU, отн. ед., определяется по формуле

, (1.3)

где U_а макс  амплитудное значение напряжения, превышающего уровень .

Длительность временного перенапряжения t_пер, с, определяется по формуле

, с, (1.4)

где t_н.пер  момент начала временного перенапряжения;

t_к.пер  момент окончания временного перенапряжения.

Временное перенапряжение в настоящее время ГОСТ 13109-97 не нормируется.

Рисунком 1.4. иллюстрируются отклонения напряжения, колебания напряжения, временные перенапряжения и провалы напряжения. Указаны предельно допустимые значения и интервал усреднения отклонений напряжения.

Выполненное рассмотрение резко переменных ПКЭ в соответствии с трактовкой ГОСТ 13109-97 позволяет сделать следующие выводы.

Колебания напряжения отличаются различным размахом (приращением между началом и концом колебания) и различной крутизной фронта (соответственно, длительностью колебаний). Значения размаха колебаний напряжения достигают нескольких процентов, а длительность – нескольких сотых долей секунды.

Выбросы и провалы напряжения отличаются различной амплитудой (выбросы) и глубиной (провалы), различной крутизной фронта, различной длительностью амплитуды. Амплитуда выбросов и провалов напряжения достигают нескольких процентов, а длительность – нескольких сотых долей секунды.

Импульсное напряжение отличается различной амплитудой и различной длительностью. Амплитуда импульсного напряжения в сети 0,4 кВ может достигать 1,5 – 2 кВ, а длительность – нескольких микросекунд.

Из рассмотрения параметров резко переменных возмущений напряжения следует, что их можно объединить в две группы:

1) колебания, выбросы и провалы напряжения – назовем их длительными изменениями напряжения;

2) импульсное напряжение – назовем его кратковременной помехой.

Указанные две группы резко переменных возмущений напряжения отличаются между собой по скорости их протекания, т. е. по временным параметрам. Длительность длительных изменений напряжения может измеряться количеством периодов (0,02 с) или полупериодов (0,01 с). Длительность импульсного напряжения в 10000 раз меньше длительности периода.

Далее в монографии рассматриваются только длительные изменения напряжения: колебания, выбросы и провалы напряжения.