Основные показатели качества электрической энергии

Электрическая энергия, как и любая другая продукция производства, имеет свои характеристики качества, которые регламентируются ГОСТом и согласуются с определенными режимами работы электрооборудования.

Потребители электрической энергии и электротехнические аппараты, которые присоединяются к электрическим сетям, рассчитаны для работы при определенных номинальных параметрах. Такими параметрами могут быть номинальное напряжение, номинальный ток, номинальный коэффициент мощности и т. п. Только при номинальных параметрах достигается оптимальный режим работы электрооборудования, в противном случае мы всегда будем иметь дело с дополнительными экономическими затратами. Поэтому при электроснабжении потребителей электрической энергией должно быть обеспечено требуемое качество электроэнергии.

Потребители электрической энергии и электротехнические аппараты могут быть подключены к электрической сети в различных точках, в которых качество электрической энергии будет различным. При этом технические и экономические показатели работы потребителей электроэнергии и аппаратов также будут различными, однако они должны находиться в приемлемых пределах.

В соответствии с ГОСТ 13109-97 показателями качества электроэнергии являются:

-	установившееся отклонение напряжения;
-	размах изменения напряжения;
-	доза фликера;
-	коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения;
-	коэффициент n -ой гармонической составляющей напряжения;
-	коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности;
-	коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности;
-	отклонение частоты;
-	длительность провала напряжения;
-	импульсное напряжение;
-	коэффициент временного перенапряжения.

При определении значений некоторых показателей качества электроэнергии используют следующие вспомогательные параметры электрической энергии:

-	частоту повторения изменений напряжения;
-	интервал между изменениями напряжения;
-	глубину провала напряжения;
-	частость появления провалов напряжения;
-	длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды;
-	длительность временного перенапряжения.

Некоторые свойства электрической энергии, по которым определяются ее показатели качества, наглядно отображены на рисунках 6.1, 6.2,6 3.

 

 

Рисунок 6.1- Отклонение напряжения

 

 

 

Рисунок 6.2 – Несинусоидальность напряжения

 

 

Рисунок 6.34 – Импульсы напряжения

Установлены два вида норм качества электроэнергии: нормально допустимые и предельно допустимые. По ГОСТ оценка соответствия показателей качества электроэнергии указанным нормам проводится в течение расчетного периода, равного 24 часа.

1.1.1 Отклонение напряжения. Отклонение напряжения характеризуется показателем установившегося отклонения напряжения, для которого установлены следующие нормы [1]:

- нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения δU_у на выводах приемников электрической энергии равны соответственно ±5 и ±10 % от номинального напряжения электрической сети;

- нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения в точках общего присоединения потребителей электрической энергии к электрическим сетям напряжением 0,38 кВ и более должны быть установлены в договорах на пользование электрической энергией между энергоснабжающей организацией и потребителем с учетом необходимости выполнения норм ГОСТ на выводах приемников электрической энергии. Определение указанных нормально допустимых и предельно допустимых значений проводят в соответствии с нормативными документами, утвержденными в установленном порядке.

По степени влияния на потери мощности и срок службы оборудования, а также на количество и качество выпускаемой продукции отклонение напряжения, как показатель качества электроэнергии, стоит на первом месте. Понижение напряжения приводит к резкому снижению светового потока ламп, а увеличение уровня напряжения резко сокращает срок службы ламп накаливания.

Потери мощности в системах электроснабжения и в электрооборудовании изменяются в зависимости от значения напряжения. Например, нагрузочные потери в линиях электропередачи и трансформаторах, пропорциональны квадрату тока и обратно пропорциональны квадрату напряжения. Вращающий момент асинхронного двигателя является функцией квадрата напряжения, подводимого к двигателю, что существенно влияет на производительность механизма, приводимого этим двигателем.

Снижение количества и качества выпускаемой продукции, так называемый технологический ущерб, оценивается с помощью экономических характеристик, определяющих зависимость изменения общей стоимости продукции от уровня подводимого напряжения. Экономические характеристики экспериментально получают для каждого вида предприятия, и для разных видов предприятий они различны.

 

6.1.2 Колебания напряжения. Колебания напряжения характеризуются следующими показателями [1]:

- размахом изменения напряжения;

- дозой фликера.

Фликер – субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети, питающей эти источники. Доза фликера – мера восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный промежуток времени.

Предельно допустимые значения размаха изменения напряжения δU_tв точках общего присоединения к электрическим сетям при колебаниях напряжения, огибающая которых имеет форму меандра (рисунок 6.5), в зависимости от частоты повторения изменений напряжения F_δUt или интервала между изменениями напряжения Δt_i,i+1 равны значениям, определяемым по кривой 1 рисунка 6.7, а для потребителей электрической энергии, располагающих лампами накаливания, и помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение, - равны значениям, определяемым по кривой 2 рисунка 6.7.

Перечень помещений с разрядами работ, требующих значительного зрительного напряжения, устанавливают в соответствующих нормативных документах.

Здесь следует напомнить, что меандр в геометрическом понимании, это непрерывная ломаная кривая, причем ее изгибы находятся под прямым углом.

 

 

 

Рисунок 6.5 – Колебания напряжения, имеющие форму меандра

 

 

 

Рисунок 6.6 – Колебания напряжения произвольной формы

 

 

Рисунок 6.7 – Предельно допустимые размахи изменений напряжения в зависимости от частоты повторения изменений напряжения за минуту для колебаний напряжения, имеющих форму меандра.

 

Предельно допустимое значение суммы установившегося отклонения напряжения δU_у и размаха изменения напряжения δU_t в точках присоединения к электрической сети напряжением 0,38 кВ равно ± 10% от номинального напряжения.

Предельно допустимое значение для кратковременной дозы фликера P_St при колебаниях напряжения с формой, отличающейся от меандра (рисунок 6), равно 1,38, а для длительной дозы фликера P_Lt при тех же колебаниях напряжения равно 1,0.

Кратковременную дозу фликера определяют на интервале времени наблюдения, равном 10 минут. Длительную дозу фликера определяют на интервале времени наблюдения, равном 2 часа.

Предельно допустимое значение для кратковременной дозы фликера P_St в точках общего присоединения потребителей электрической энергии, располагающих лампами накаливания в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение, при колебаниях напряжения с формой, отличающейся от меандра, равно 1,0, а для длительной дозы фликера P_Lt в этих же точках равно 0,74.

При любой форме периодических и непериодических колебаний напряжения оценка соответствия этих колебаний нормам ГОСТ может быть проведена с помощью специализированного средства измерений – фликерметра. При наличии записи огибающей среднеквадратичных значений напряжения на определенном интервале времени оценка соответствия колебаний напряжения ГОСТ может быть проведена аналитическими методами.

Размах изменения напряжения δU_t в процентах (рисунок 6) вычисляют по формуле

δU_t = , (6.5)

 

где U_i, U_i+1 – значения следующих один за другим экстремумов или экстремума и горизонтального участка огибающей среднеквадратичных значений напряжения основной частоты, определенны на каждом полупериоде основной частоты, В, кВ.

Допускается при коэффициенте искажения синусоидальности напряжения, не превышающем 5 %, определять размах изменения напряжения δU_t в процентах по формуле δU_t = ,

 

где U_ai, U_ai+1 – значения следующих один за другим экстремумов или экстремума и горизонтального участка огибающей амплитудных значений напряжения на каждом полупериоде основной частоты, В, кВ.

Частоту повторения изменений напряжения F_δUt, с^-1, мин^-1, при периодических колебаниях напряжения вычисляют по формуле F_δUt = , где m – число измерений напряжения за время T; T – интервал времени измерения, принимаемый равным 10 минут.

Интервал времени между измерениями напряжения Δt_i,i+1 секундах или минутах вычисляют по формуле Δt_i,i+1 = t_i+1 – t_i, где t_i, t_i,i+1 – начальные моменты следующих один за другим изменений напряжения, секундах, минутах.

Если интервал времени между окончанием одного изменения и началом следующего, происходящего в том же направлении, менее 30 мс, то эти изменения рассматривают как одно.

Качество электрической энергии в точке общего присоединения при периодических колебаниях напряжения, имеющих форму меандра, считают соответствующим требованиям ГОСТ, если измеренное значение размаха изменений напряжения не превышает значений, определяемых по кривым рисунка 6.7 для соответствующей частоты повторения изменений напряжения F_δUt или интервала между изменениями напряжения Δt_i,i+1.

Определение соответствия качества электрической энергии требованиям ГОСТ для периодических и непериодических колебаний напряжения, имеющих форму, отличную от меандра, осуществляют одним из трех методов, изложенных в [1].

Дозу фликера (кратковременную и длительную) при колебаниях напряжения любой формы определяют следующим образом:

а) измеряют с помощью фликерметра за интервал времени T_sh, равный 10 минут, уровни фликера Р (%)², соответствующие интегральной вероятности, равной 0,1; 0,7; 1,0; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0; 13,0; 17,0; 30,0; 50,0; 80,0 %;

б) определяют с помощью фликерметра или вычисляют сглаженные уровни фликера P_s (%)² по формулам

 

P_1s =

P_3s =

P_10s = (6.6), P_50s =

 

где P_1s, P_3s, P_10s, P_50s – сглаженные уровни фликера при интегральной вероятности, равной 1,0; 3,0; 10,0; 50,0 соответственно;

в) определяют с помощью фликерметра или вычисляют кратковременную дозу фликера P_St, отн. ед., на интервале времени T_sh по формуле

 

P_St = . (6.7)

 

г) определяют с помощью фликерметра или вычисляют длительную дозу фликера P_Lt, отн. ед., на интервале времени T_L, равном 2 часа, по формуле

 

P_Lt = , (6.8)

 

где P_stk – кратковременная доза фликера на k-ом интервале времени T_sh в течение длительного периода наблюдения T_L.

Качество электрической энергии по дозе фликера считают соответствующим ГОСТ, если каждая кратковременная и длительная дозы фликера, определенные путем измерения в течение 24 часов или расчета, не превышают предельно допустимых значений.

6.1.3 Несинусоидальность напряжения. Несинусоидальность напряжения характеризуется наличием помимо гармоники основной частоты U₁ слагающих гармоник U_n других высших частот (где n – порядковый номер гармоники). Несинусоидальные режимы электрической сети из-за токов большей частоты приводят к большему дополнительному нагреву и увеличенным диэлектрическим потерям в конденсаторах. Возможно также возникновение резонансных явлений в сетях на высших частотах. При этом резко возрастают значения токов и напряжений на отдельных участках сети.

Несинусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями [1]:

- коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения;

- коэффициентом n-ой гармонической составляющей напряжения.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям с разным номинальным напряжением приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1

Значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения (в процентах)

Нормально допустимые значения при Uном кВ	Предельно допустимые значения при Uном кВ
0,38	6 - 20		110 - 330	0,38	6 - 20		110 - 330
8,0	5,0	4,0	2,0	12,0	8,0	6,0	3,0

 

Нормально допустимые значения коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения в точках общего пользования к электрическим с разным номинальным напряжением U_ном приведены в таблице 2.

 

 

Таблица 6.2

Значения коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения (в процентах)

Нечетные гармоники не кратные 3, при Uном кВ	Нечетные гармоники кратные 3٭٭, при Uном кВ	Четные гармоники при Uном кВ
n*	0,38	6 - 20		110, 220,	n*	0,38	6- 20		110, 220,	n*	0,38	6 - 20		110, 220,
	6,0	4,0	3,0	1,5		5,0	3,0	3,0	1,5		2,0	1,5	1,0	0,5
	5,0	3,0	2,5	1,0		1,5	1,0	1,0	0,4		1,0	0,7	0,5	0,3
	3,5	2,0	2,0	1,0		0,3	0,3	,03	0,2		0,5	0,3	0,3	0,2
	3,0	2,0	1,5	0,7		0,2	0,2	0,2	0,2		0,5	0,3	0,3	0,2
	2,0	1,5	1,0	0,5	>21	0,2	0,2	0,2	0,2		0,5	0,3	0,3	0,2
	1,5	1,0	1,0	0,4							0,2	0,2	0,2	0,2
	1,5	1,0	1,0	0,4						>12	0,2	0,2	0,2	0,2
	1,5	1,0	1,0	0,4
>25	0,2+ +1,3× ×25/n	0,2+ +1,3× ×25/n	0,2+ +1,3× ×25/n	0,2+ +1,3× ×25/n
* n – номер гармонической составляющей напряжения. ** Нормально допустимые значения, приведенные для n, равных 3 и 9, относятся к однофазным электрическим сетям. В трехфазных трехпроводных электрических сетях эти значения принимают вдвое меньшими приведенных в таблице.

 

Предельно допустимое значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения вычисляют по формуле

 

K_U(n)пред = 1.5 K_U(n)норм , (6.5)

 

где K_U(n)норм – нормально допустимое значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения, определяемое по таблице 2.

Измерение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения K_(n)i осуществляется для междуфазных или фазных напряжений.

Для каждого i-го наблюдения за период времени в 24 часа определяют действующее значение напряжения n-ой гармоники U_(n)i в вольтах или киловольтах и вычисляют значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения K_(n)i в процентах как результат i-го наблюдения по формуле

K_U(n)i = ∙ 100, (6.6)

где U_1(i) – действующее значение напряжения основной частоты на i-ом наблюдении.

Допускается также вычислять данный показатель качества электроэнергии с использованием номинального напряжения по формуле

 

K_U(n)i = ∙ 100. (6.7)

 

Относительная погрешность вычисления K_U(n)i с использованием формулы (1.7) вместо формулы (1.6) численно равна значению отклонения напряжения U_(1)i от U_ном.

Далее вычисляют значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения K_U(n) как результат усреднения N наблюдений K_U(n)i на интервале времени T_νs, равном 3 секунды по формуле

 

K_U(n) = . (6.8)

 

Число наблюдений должно быть не менее 9.

Качество электрической энергии по коэффициенту n-ой гармонической составляющей напряжения считают соответствующим ГОСТ, если наибольшее из всех измеренных в течение 24 часов значений коэффициентов n-ой гармонической составляющей напряжения не превышает предельно допустимого значения, а значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения, соответствующее вероятности 95 % за установленный период времени, не превышает нормально допустимого значения.

Дополнительно допускается определять соответствие нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода измеренных значений данного показателя за нормально и предельно допустимые значения. При этом качество электрической энергии по коэффициенту n-ой гармонической составляющей напряжения считают соответствующим требованиям ГОСТ, если суммарная продолжительность времени выхода за нормально допустимые значения составляет не более 5 % от установленного периода времени, т. е. 1 час 12 минут, а за предельно допустимые значения – 0 % от этого периода времени.

Измерение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения K_U осуществляется для междуфазных или фазных напряжений.

Для каждого i-го наблюдения за установленный период времени определяют действующие значения гармонических составляющих напряжения в диапазоне гармоник от 2-ой до 40-ой в вольтах, киловольтах

Вычисляют значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения K_Ui в процентах как результат i-го наблюдения по формуле

 

K_Ui = ∙ 100, (6.9)

 

где U_(1)i – действующее значение междуфазного (фазного) напряжения основной частоты для i-го наблюдения, В, кВ.

при определении данного показателя допускается:

а) не учитывать гармонические составляющие, значения которых менее 1 %;

б) вычислять данный показатель качества электроэнергии по формуле

 

K_Ui = ∙ 100, (6.10)

 

при этом относительная погрешность определения K_Ui с использованием формулы (1.10) вместо формулы (1.9) численно равна значению отклонения напряжения U_(1)i от U_ном.

Вычисляют значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения K_U в процентах как результат усреднения N наблюдений K_Ui на интервале времени T_νs равном 3 секунды по формуле

 

K_U = . (6.11)

 

Число наблюдений N должно быть не менее 9.

Качество электрической энергии по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения считают соответствующим ГОСТ, если наибольшее из всех измеренных в течение 24 часов значений коэффициентов искажения синусоидальности кривой напряжения не превышает предельно допустимого значения, а значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения, соответствующее вероятности 95 % за установленный период времени, не превышает нормально допустимого значения.

Дополнительно допускается определять соответствие нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода измеренных значений данного показателя за нормально и предельно допустимые значения. При этом качество электрической энергии по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения считают соответствующим требованиям ГОСТ, если суммарная продолжительность времени выхода за нормально допустимые значения составляет не более 5 % от установленного периода времени, т. е. 1 час 12 минут, а за предельно допустимые значения – 0 % от этого периода времени.

1.1.4 Несимметрия напряжения. Несимметрию напряжений принято характеризовать значениями напряжений обратной и нулевой последовательностями. В результате их действия увеличиваются суммарные значения отклонений от номинального напряжения и, следовательно, ухудшается режим напряжений у потребителей. Очень неблагоприятно влияет напряжение обратной последовательности, даже небольшой величины, на работу вращающихся электрических машин. При этом возникают вращающееся магнитное поле обратной последовательности, э.д.с. и токи двойной частоты в цепях роторов, что приводит к дополнительному нагреву соответствующих частей машины.

При наличии токов обратной последовательности увеличиваются суммарные токи в отдельных фазах элементов сети, что приводит к увеличению потерь мощности и энергии и может быть недопустимо с точки зрения нагрева. Токи нулевой последовательности протекают постоянно через заземлители. При этом дополнительно высушивается грунт и увеличивается сопротивление заземляющих устройств. Это оказывает неблагоприятное воздействие на работу релейной защиты, а также на низкочастотные установки связи и устройства железнодорожной блокировки.

Несимметрия напряжения характеризуется следующими параметрами:

-	коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности;
-	коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности.

Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны 2,0 и 4,0 % соответственно [1].

Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности в точках общего присоединения к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ равны 2,0 и 4,0 % соответственно.

Измерение коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности K_2U для междуфазных напряжений осуществляют следующим образом.

Для каждого i-го наблюдения за период времени, равный 24 часа, измеряют одновременно действующие значения междуфазных напряжений по основной частоте U_AB(1)i, U_AC(1)i, U_CA(1)i в вольтах, киловольтах.

Вычисляют действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты U_2(1)i по формуле

 

U_2(1)i = .(6.12)

 

Вычисляют коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности K_2Ui в процентах как результат i-го наблюдения по формуле

 

K_2Ui = ∙ 100, (1.13)

 

где U_2(1)i – действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений в i-ом наблюдении, В, кВ;

U_1(1)i – действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты в i-ом наблюдении, В, кВ.

При определении K_2Ui допускается:

а) определять U_2(1)i методом симметричных составляющих;

б) вычислять U_2(1)i по приближенной формуле

 

U_2(1)i = 0.62(U_нб(1)i – U_нм(1)i), (6.14)

 

где U_нб(1)i и U_нм(1)i – наибольшее и наименьшее действующие значения из трех междуфазных напряжений основной частоты в i-ом наблюдении, В, кВ.

При этом относительная погрешность определения K_2Ui с использованием формулы (6.14) вместо (6.12) не должна превышать 8 %;

в) применять при вычислении U_2(1)i вместо действующих значений междуфазных напряжений основной частоты действующие значения соответствующих напряжений с учетом гармонических составляющих этих напряжений при коэффициенте искажения синусоидальности напряжения, не превышающем 5 %;

г) вычислять K_2Ui по формуле

 

K_2Ui = ∙ 100, (1.15)

 

где U_ном.мф – номинальное значение междуфазного напряжения, В, кВ.

При этом относительная погрешность вычисления K_2Ui с использованием формулы (1.15) вместо формулы (1.13) численно равна значению отклонения напряжения U_1(1)i от U_ном.мф.

Вычисляют значение коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности K_2U в процентах как результат усреднения N наблюдений K_2Ui на интервале времени T_νs равном 3 секунды по формуле

 

K_2U = . (6.16)

 

Число наблюдений должно быть не менее 9.

Качество электрической энергии по коэффициенту несимметрии напряжений считают соответствующим ГОСТ, если наибольшее из всех измеренных в течение 24 часов значений коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности не превышает предельно допустимого значения, а значение коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности, соответствующее вероятности 95 % за установленный период времени, не превышает нормально допустимого значения.

Дополнительно допускается определять соответствие нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода измеренных значений данного показателя за нормально и предельно допустимые значения. При этом качество электрической энергии по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности считают соответствующим требованиям ГОСТ, если суммарная продолжительность времени выхода за нормально допустимые значения составляет не более 5 % от установленного периода времени, т. е. 1 час 12 минут, а за предельно допустимые значения – 0 % от этого периода времени.

Измерение коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности K_0U производят в четырехпроводных сетях следующим образом.

Для каждого i-го наблюдения за период времени, равный 24 часа, измеряют одновременно действующие значения трех междуфазных и двух фазных напряжений основной частоты U_AB(1)i, U_BC(1)i, U_CA(1)i, U_A(1)i, U_B(1)i, в вольтах, киловольтах и определяют действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты U_0(1)i в i-ом наблюдении по формуле

 

U_0(1)i=

(6.17)

 

Далее вычисляют коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности K_0Ui в процентах как результат i-го наблюдения по формуле

 

K_0Ui = , (6.18)

где U_0(1)i – действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений в i-ом наблюдении, В, кВ;

U_1(1)i – действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты, В, кВ.

При определении K_0Ui допускается:

а) определять U_0(1)i методом симметричных составляющих;

б) вычислять U_0(1)i по приближенной формуле

 

U_0(1)i = 0.62(U_нб.ф(1)i – U_нм.ф(1)i), (6.19)

 

где U_нб.ф(1)i и U_нм.ф(1)i – наибольшее и наименьшее действующие значения из трех фазных напряжений основной частоты в i-ом наблюдении, В, кВ.

При этом относительная погрешность определения K_0Ui с использованием формулы (1.19) вместо (1.17) не должна превышать ± 10 %;

в) применять при вычислении U_0(1)i вместо действующих значений междуфазных напряжений основной частоты действующие значения соответствующих напряжений с учетом гармонических составляющих этих напряжений при коэффициенте искажения синусоидальности напряжения, не превышающем 5 %;

г) вычислять K_0Ui по формуле

K_0Ui = ∙ 100, (6.20)

 

где U_ном.ф – номинальное значение фазного напряжения, В, кВ.

При этом относительная погрешность вычисления K_0Ui с использованием формулы (6.20) вместо формулы (6.18) численно равна значению отклонения напряжения U_1(1)i от U_ном.

Вычисляют значение коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности K_0U в процентах как результат усреднения N наблюдений K_0Ui на интервале времени T_νs равном 3 секунды по формуле

 

K_0U = . (1.21)

 

Число наблюдений должно быть не менее 9.

Качество электрической энергии по коэффициенту несимметрии напряжений по нулевой последовательности считают соответствующим требованиям ГОСТ, если наибольшее из всех измеренных в течение 24 часов значений коэффициентов несимметрии напряжений по нулевой последовательности не превышает предельно допустимого значения, а значение коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности, соответствующее вероятности 95 % за установленный период времени, не превышает нормально допустимого значения.

Дополнительно допускается определять соответствие нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода измеренных значений данного показателя за нормально и предельно допустимые значения. При этом качество электрической энергии по коэффициенту несимметрии напряжений по нулевой последовательности считают соответствующим требованиям ГОСТ, если суммарная продолжительность времени выхода за нормально допустимые значения составляет не более 5 % от установленного периода времени, т. е. 1 час 12 минут, а за предельно допустимые значения – 0 % от этого периода времени.

1.1.5 Отклонение частоты. Отклонение частоты напряжения переменного тока в электрических сетях характеризуется показателем отклонения частоты, для которого установлены следующие нормы [1]:

- нормально допустимое и предельно допустимое значения отклон6ения частоты равны ± 0,2 и ± 0,4 Гц соответственно.

Отклонение частоты одинаково для всей энергосистемы, так как значение частоты в данный момент определяется частотой вращения генераторов. В нормальных установившихся режимах все генераторы имеют синхронную частоту. Поэтому отклонение частоты – это общесистемный показатель качества электроэнергии.

Измерение отклонения частоты Δf осуществляют следующим образом.

Для каждого i-го наблюдения за установленный период времени измеряют действительное значение частоты f, в герцах. Далее вычисляют усредненное значение частоты f_У в герцах как результат усреднения N наблюдений f_i на интервале времени, равном 20 с, по формуле

 

. (6.22)

Число наблюдений N должно быть не менее 15.

Вычисляют значение отклонения частоты Δf в герцах по формуле

 

Δf = f_У – f_ном, (6.23)

 

где f_ном – номинальное значение частоты, Гц.

Качество электрической энергии по отклонению частоты считают соответствующим требованиям ГОСТ, если все измеренные в течение 24 часов значения отклонений частоты не превышают предельно допустимого значения, а не менее 95 % всех измеренных значений отклонения частоты находятся в интервале, ограниченном нормально допустимыми значениями.

Дополнительно допускается определять соответствие нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода измеренных значений данного показателя за нормально и предельно допустимые значения. При этом качество электрической энергии по отклонению частоты считают соответствующим требованиям ГОСТ, если суммарная продолжительность времени выхода за нормально допустимые значения составляет не более 5 % от установленного периода времени, т. е. 1 час 12 минут, а за предельно допустимые значения – 0 % от этого периода времени.

1.1.6 Провал напряжения. Этот показатель качества электроэнергии характеризуется длительностью провала напряжения, для которого установлены следующие нормы [1]:6

- предельно допустимое значение длительности провала напряжения в электрических сетях напряжением до 20 кВ включительно равно 30 секунд. Длительность автоматически устраняемого провала напряжения в любой точке присоединения к электрическим сетям определяется выдержками времени релейной защиты и автоматики.

Измерение длительности провала напряжения Δt_п в секундах (рисунок 6.8)

осуществляют следующим образом:

- фиксируют начальный момент времени t_н резкого спада (с длительностью менее 10 мс) огибающей среднеквадратических значений напряжения, определенных на каждом полупериоде основной частоты, ниже уровня 0,9 U_ном;

 

6 8 – Провал напряжения

 

- фиксируют конечный момент времени t_к восстановления среднеквадратического значения напряжения до 0,9 U_ном;

- вычисляют длительность провала напряжения Δt_п в секундах по формуле

 

Δt_п = t_к – t_н , (6.24)

 

где t_н, t_к – начальный и конечный моменты времени провала напряжения.

Качество электрической энергии по длительности провалов напряжения в точке общего присоединения считают соответствующим требованиям ГОСТ, если наибольшее из всех измеренных в течение продолжительного периода наблюдения (как правило, в течение года) длительностей провалов напряжения не превышает предельно допустимого значения.

Допускается определять максимально возможную длительность провала путем расчета суммарной выдержки времени устройств релейной защиты, автоматики и коммутационных аппаратов, установленных в соответствующих электрических сетях энергоснабжающей организации. Если найденная таким способом длительность провала напряжения не превышает предельно допустимого значения, то качество электрической энергии по длительности провалов напряжения считают соответствующим требованиям ГОСТ.

Глубина провала напряжения δU_п в процентах (рисунок 8) определяют следующим образом.

Измеряют среднеквадратичные значения напряжения U за каждый полупериод основной частоты во время провала напряжения в вольтах, килово6льтах и определяют минимальное из всех измеренных U_min. Далее вычисляют глубину провала напряжения по формуле

 

δU_п = . (6.25)

 

Частость появления провалов напряжения F_п в процентах вычисляют по формуле

 

F_п = , (6.26)

 

где m(δU_п, Δt_п) – число провалов напряжения глубиной δU_п и длительностью Δt_п за период времени наблюдения T;

M – суммарное число провалов уровня напряжения за период времени наблюдений T.

1.1.7 Импульс напряжения. Импульсное напряжение U_имп в вольтах, киловольтах, которым характеризуется данный показатель качества электроэнергии [1], (рисунки 9 и 10) измеряют как максимальное значение напряжения при резком его изменении (длительность фронта импульса не более 5 мс).

Длительность импульса напряжения по уровню 0,5 его амплитуды t_имп0,5 в микросекундах, миллисекундах (рисунок 9 и рисунок 10) измеряют следующим образом:

а) выделяют из общей кривой напряжения импульс напряжения и определяют амплитуду этого импульса U_имп.а в вольтах, киловольтах как максимальное значение импульса напряжения;

б) определяют моменты времени t_н0,5 и t_к0,5 в микросекундах, миллисекундах, соответствующие пересечению кривой импульса напряжения горизонтальной линией, проведенной на половине амплитуды импульса;6

г) вычисляют t_{имп 0,5} по формуле

 

 

t_{имп 0,5} = t_{к 0,5} – t_{н 0,5} (6.27)

 

 

 

Рисунок 6.9 – Параметры импульсного напряжения

 

Рисунок 6.10 – Параметры импульсного напряжения

 

1.1.8 Временное перенапряжение. Этот показатель характеризуется коэффициентом временного перенапряжения. Измерение коэффициента временного перенапряжения K_перU в относительных единицах (рисунок 6.11) осуществляется следующим образом [1]:

а) измеряют амплитудные значения напряжения U_а в вольтах, киловольтах на каждом полупериоде основной частоты при резком (длительность фронта до 5 мс) превышении уровня напряжения, равного 1,1 U_ном;

б) определяют максимальное из измеренных амплитудных значений напряжения U_{a max}.

С целью исключения влияния коммутационного импульса на значение коэффициента временного перенапряжения определение U_{a max} осуществляют через 0,04 с от момента превышения напряжением уровня, равного 1,1 U_ном;

в) вычисляют коэффициент временного перенапряжения по формуле

 

K_перU = . (6.28)

 

Рисунок 6.11 – Временное перенапряжение

 

Длительность временного перенапряжения Δt_перU в секундах определяют следующим образом:

а) фиксируют момент времени t_н.пер превышения действующим значением напряжения уровня, равного 1,1U_ном, и момент времени t_к.пер спада напряжения до уровня 1,1U_ном;

б) вычисляют Δt_перU в секундах по формуле

 

Δt_перU = t_к.пер – t_н.пер. (6,29)