Качество электроэнергии

Долговечность и эффективность эксплуатации электрооборудования во многом определяются, благодаря рабочим параметрам сети. Переменный ток отличается непрерывными колебаниями, и от стабильности их амплитуды зависит качество электроэнергии. При подписании договора на поставку электрической энергии с соответствующими коммунальными службами, в тексте документа прописываются основные характеристики энергии и предельные отклонения от допустимых значений.

Что такое качество электроэнергии?

Качество электроэнергии – это комбинация эксплуатационных параметров сети, при которых их реальные значения полностью или частично соответствуют заявленным показателям. Как правило, основные параметры электрической сети определяются, исходя из регламентов нормативной документации и должны соблюдаться путём применения высокотехнологичных генерирующих или трансформирующих устройств.

Основные показатели качества электроэнергии

Показатели качества электрической энергии характеризуют общее состояние бытовой или промышленной сети, а также отображаются в виде минимально допустимых граничных значений для бесперебойной работы того или иного оборудования. Ниже подробно описываются наиболее часто применяемые на практике параметры качества электроэнергии.

Отклонение напряжения

Один из основных критериев стабильности работы электрической сети. Данный показатель, в соответствии с регламентами, описанными в нормативных документах, характеризуется следующими значениями:

• Нормальные колебания напряжения, относительно установленных параметров в бытовой электрической сети не должны превышать 5% в любую сторону. Так, при эксплуатации кабельной сети с номинальным напряжением 220 В, нормальными считаются значения в пределах от 209 до 231 В, что не влияет на эксплуатационные характеристики электроустановочных изделий.
• Общие критические отклонения в сети, при которых не требуется применение стабилизирующих устройств, составляют 10%, или от 198 до 242 В.

При выявлении больших отклонений, параметры качества электрической энергии считаются неудовлетворительными, что требует их корректировки путём стороннего вмешательства.

Колебания напряжения

Ещё одной качественной характеристикой напряжения в сети служит значение колебаний напряжения. Данный параметр характеризуется следующими показателями:

• Размах колебаний, то есть, численное значение амплитуды синусоиды, описывающей изменение качественных характеристик переменного тока за единицу времени.
• Доза фликера – показатель, подробно описанный ниже.

Нормальными считаются колебания синусоиды в пределах 5% от номинального напряжения. Превышение данного значения говорит о снижении показателей качества электрической энергии. При колебаниях в пределах +/- 10%, допускается нормальная эксплуатация сети и электрооборудования. Изменение амплитуды на величину более 10% от номинальных значений считается критическим, что требует стабилизации работы сети.

Отклонение частоты

Второй важный качественный показатель электроэнергии – это частота. В любой бытовой сети устанавливается частота переменного тока в размере 50 Гц. При значительных отклонениях от номинального значения частоты в сети наблюдается дефицит вырабатываемой мощности, который приводит к снижению эффективности работы установок.

Стабильность частоты переменного тока определяется качеством, эффективностью генерирующих установок, а также корректными настройками эксплуатационных характеристик.

Доза фликера

Доза фликера – это один из показателей качества эл. энергии. Характеризуется возникновением следующих ситуаций:

• Отклонение амплитуды колебаний переменного тока в сети в пределах 90% – 110% от номинальных значений.
• Понятие «дозы фликера» возникло от визуального восприятия интенсивности светового потока включённой в сеть контрольной лампы. При колебаниях напряжения или частоты, наблюдается мерцание осветительного прибора на протяжении определённого промежутка времени.
• Доза фликера позволяет достаточно точно определить характер колебаний светового потока и, соответственно, работу электрической сети. Мерцание заметно даже при изменении качественных показателей в пределах 0,5% от номинальных значений.

Эффект фликера отображает нестабильность работы электрической сети, избавиться от которой можно путём повышения тока КЗ, а также при снижении показателей пусковых токов электрических силовых установок.

Коэффициент временного перенапряжения

Работа сети с переменным током характеризуется интенсивностью и стабильностью колебаний. В идеале, данное явление описывается синусоидальной зависимостью, при которой амплитуда изменения граничных значений отличается постоянством. Если в сети возникает короткое замыкание, либо наблюдается импульсный скачок напряжения, превышающий 10% от номинальных параметров, такое явление называется временным перенапряжением.

Коэффициент временного перенапряжения – это величина, характеризующая обеспечение качества электрической энергии, которая определяется на основе линейной зависимости. Данный показатель описывает изменение амплитуды колебаний в единицу времени. При вычислении этого параметра важно уделять повышенное внимание количеству скачков напряжения в минуту, час или другой промежуток времени.

Провал напряжения

Провалы напряжения определяются путём замеров качества электроэнергии, периодичность которых описывается в ПУЭ, а также зависит от характеристик эксплуатационных паромеров сети. Провалы представляют собой резкое изменение показателей напряжения, причиной которых являются следующие ситуации:

• Явление пусковых токов – при запуске любой энергозависимой силовой установки наблюдается повышенное потребление мощности. После набора эксплуатационной мощности, величина потребляемой энергии корректируется до стабильных значений.
• Возникновение короткого замыкание, которое характеризуется импульсным скачком напряжения с резкой корректировкой силы тока. Данное явление неизменно сопровождается срабатыванием устройства автоматической защиты (УЗО) и размыканием цепи, во избежание повреждения электрооборудования.
• Включение дополнительных энергопотребляющих устройств в сеть, что сопровождается резким скачком напряжения из-за увеличения нагрузки на кабельную сеть. Такое явление часто происходит при производстве отделочных работ в помещении, когда в бытовую сеть включается энергоёмкий строительный инструмент.

Таким образом, при частом возникновении провалов в электрической сети, требуется использование стабилизирующих устройств. При возникновении подобного явления, все приборы, включённые в сеть, не могут выйти на номинальную мощность, из-за чего падает эффективность их эксплуатации.

Импульсное напряжение

Импульсное напряжение – один из показателей качества электроэнергии, который характеризуется внезапным скачком вольтамперных характеристик в сети, что быстро приводит к выходу большинства высокочувствительного оборудования из строя. Импульсное напряжение характеризуется следующими важными показателями:

• Амплитуда – абсолютная величина скачка синусоиды, описывающей колебания переменного тока. При превышении данного параметра более, чем на 10% возможен выход оборудования из строя.
• Продолжительность импульсного воздействия на электрическую цепь. Данная характеристика определяется, исходя из временного промежутка, в течение которого происходит резкий скачок напряжения с последующим возвратом к эксплуатационным параметрам электрической сети.

Продолжительность импульса часто описывается нелинейной относительной зависимостью между амплитудой и временем с отношением 1:2.

Рассматриваемые отклонения нередко возникают при воздействии грозовых разрядов при некорректно смонтированной молниезащите, когда напряжение может возрастать до 3000 – 6000В в стандартной бытовой сети в 200 В. Для избежания выхода оборудования из строя, в таких ситуациях нередко проводится испытание электрооборудования методом грозовых импульсов.

Несимметрия напряжений в трехфазной системе

Данное явление характеризуется перекосом фаз, когда амплитуды фазных напряжений или углы между ними не эквивалентны между собой. Из-за подобных нарушений наблюдается неравномерность распределения фазных токов в многофазной сети, что влечёт за собой снижение эффективности работы оборудования.

Несинусоидальность формы кривой напряжения

Качество электроэнергии считается нормальным, когда переменный ток описывается синусоидой с амплитудой расчётных значений в пределах 10% от номинальных показателей. При включении в сеть дополнительного оборудования наблюдется следующий эффект:

• Дестабилизация графика синусоидальной зависимости частоты тока и изменения напряжения во времени.
• Наличие отрицательных моментов на валах электрических силовых установок.

Такое явление не только определяет качество электрической энергии, но и обеспечивает работу некоторого оборудования, например, электродуговой сварки.

Перенапряжение

Перенапряжение – это такой качественный показатель электрической энергии, при котором величина колебаний переменного тока достигает предельных значений, вызывающих перегрев кабельной жилы и нарушение целостности изоляции. Причины возникновения перенапряжений:

• Ошибки монтажа кабельной линии, отсутствие заземления или нулевого кабеля.
• Замыкание нулевого провода на фазную токопроводящую жилу, что влечёт за собой возникновение тока КЗ.
• Включение в цепь дополнительных устройств, потребляющих значительную мощность.
• Возникновение резонанса гармонических колебаний, описываемых синусоидальной зависимостью.
• Внешние факторы – грозовые разряды, воздействие шаровой молнии.

Любое явление, при котором происходит перенапряжение линии, неизбежно отображается на показателях качества электроэнергии и на эксплуатационных характеристиках энергозависимых устройств.

Качество электроэнергии. Виды отклонений параметров электрической энергии

Все описанные выше показатели качества электрической энергии могут отклоняться от номинальных значений, но, при этом, оставаться в пределах нормативов. В соответствии с требованиями ПУЭ, существуют нормальные и предельно допустимые отклонения параметров электрической сети:

• Нормальные – предельные отклонения показателей не превышают 5% от номинальных значений.
• Предельно допустимые – величина колебаний может составлять до 10%, как в сторону увеличения, так и снижения от эталонных параметров.

Качество поставляемой электроэнергии может со временем меняться, что во многом зависит от количества потребителей в сети. Для своевременного определения всех перечисленных выше параметров и оценки качественных характеристик, требуется проведение периодической инспекции электроустановок не реже, чем раз в 12 месяцев, в соответствии с рекомендациями, описанными в нормативных документах.

Как улучшить качество электроэнергии

На практике существует множество способов улучшения качества электроэнергии, которые заключаются в выполнении следующих алгоритмов:

• Установка приборов, компенсирующих реактивную мощность на кабельной линии. Устройства позволяют стабилизировать коэффициент мощности в трёхфазной сети.
• Замена трансформаторов на высокой стороне на современные установки с функцией РПН (регулировки под нагрузкой). Такие агрегаты не требуют демонтажа и отключения при падении напряжения, а все калибровки производятся в эксплуатационном режиме. Для обеспечения должного качества электроэнергии также допускается установка автотрансформаторов с линейными переключателями, которые позволяют изменять величину напряжений на вторичных обмотках без снятия нагрузки.
• Монтаж в кабельную силовую сеть компенсаторов, синхронизирующих количество вырабатываемой мощности в автоматическом режиме.
• Монтаж в сеть конденсаторных батарей.

Идентифицировать качество поставляемой электроэнергии может каждый обыватель при считывании счётчика АСКУЭ. Для этого даже не требуется вмешательство в кабельную сеть. Если суммарный расход потребляемой электроэнергии намного уступает показателям счётчика, в таких случаях требуется стороннее вмешательство для повышения качества электроэнергии.

Заключение

На практике существует множество способов оценки параметров качества электроэнергии. Как правило, эти показатели выражаются в резком изменении амплитуды синусоиды, которая описывает колебания в сети переменного тока. Превышение номинальных показателей на величину, не превышающую 5%, считается нормой, и такие параметры никак не влияют на эксплуатационные характеристики электрической сети. При увеличении отклонений до 10%, качество энергии требует улучшения, но всё ещё находится в пределах допустимых значений. В случае превышения этих качественных характеристик, требуется стороннее вмешательство для улучшения эксплуатационных параметров.