Нормы напряжения в электросети – ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения

причины, что делать, куда звонить и жаловаться

Эффект «проседания» входного напряжения ниже установленной нормы довольно распространенная проблема. Она более характерна для электроснабжения в сельской местности, но нередко ее проявления могут наблюдать и горожане. Известно, что низкое напряжение в сети приводит к сбоям в работе бытовых приборов, понижению их мощности и преждевременному выходу из строя. Этих причин достаточно, чтобы не пускать дело на самотек и принимать решительные меры для устранения или снижения перепадов напряжения.

Причины просадки напряжения

Существуют определенные требования к электрической сети, они приведены в ГОСТе 13109 97. В нем указано, что возможны длительные отклонения напряжения от номинала в пределах 10% (-5% и +5%). Помимо этого допускаются краткосрочные скачки напряжения до 20% от номинала (от -10% до +10%). То есть, при норме 220 вольт длительное «проседание» до 209,0 В будет не критичным, как и краткосрочное понижение до 198,0 В. Падение напряжения за указанные пределы (например, до 180 Вольт) говорит о том, что параметры сети не отвечают установленным нормам.

190 В – это уже пониженное напряжение

Важно установить природу «просадок» напряжения, в противном случае устранение последствий будет неэффективным. Проблемы с электрической сетью могут быть связаны со следующими причинами:

1. Износ проводов ЛЭП, большое число соединителей, магистральные лини не соответствуют возросшей нагрузки и т.д.
2. Мощность трансформаторов недостаточна для текущей нагрузки. Большинство трансформаторных подстанций были установлены более 30-40 лет назад, естественно, что за прошедшее время число потребителей электроэнергии существенно возросло. В результате действительные мощности превышают расчетные, что приводит к перегрузке трансформаторов, и, как следствию – нестабильному напряжению сети.
3. Дисбаланс мощности. Как правило, в квартиру или дом заводится однофазное питание, но каждая из фаз является отдельным плечом трехлинейной схемы. Соответственно, при неравномерном распределении нагрузки будет наблюдаться понижение или повышение напряжения. Такой эффект получил название «перекос фаз».
4. Подвод осуществляется кабелем с недостаточным сечением проводов для подключения нагрузки. Например, при расчетной мощности 11 кВт, подключение нагрузки осуществляется жилами сечением 6,0 мм ², при норме 10,0 мм². Таблица соответствия площади сечения вводного кабеля подключаемой нагрузке
5. Некачественное ответвление от воздушной линии.
6. Плохой контакт на входном автомате.

В первых трех случаях самостоятельно устранить причину не представляется возможным, но можно подать жалобу в энергосбыт на поставщика электроэнергии (подробно об этом будет рассказано в другом разделе). В пунктах 4-6 указаны неисправности в домашних электросетях, поэтому такие проблемы решаются потребителями электроэнергии самостоятельно или для этой цели привлекаются специалисты.

Влияние и последствия низкого напряжения на электроприборы

Пониженное напряжение отражается на бытовых электроприборах следующим образом:

• Происходит существенно ухудшение пусковых характеристик электродвигателей и компрессорных установок. В частности, превышает норму пусковой ток, что может привести критическому перегреву обмоток.
• Изменяются основные параметры и эксплуатационные характеристики электрических приборов, например, на нагрев воды бойлером занимает больше времени из-за слабой мощности.
• Понижается интенсивность светового потока у ламп с нитью накала. Примечательно, что перепады в сети не приводят к снижению яркости энергосберегающих и светодиодных источников с импульсными источниками питания. Качественные модели могут работать и с сетевым напряжением 140 Вольт, но при этом снижается ресурс устройства. Снижение яркости лампы накаливания – характерный признак падения напряжения
• Повышение силы тока и как следствие перегрев проводов линий сети частного дома, что может привести к разрушению изоляции.
• Сбои в работе электроники.

Исходя из вышесказанного, можно констатировать, что наиболее подвержены пагубному воздействию пониженного (маленького) напряжения те устройства, конструкция которых включает в себя электродвигатель или компрессор. К таковым относится большая часть бытовых электроинструментов, холодильные установки, насосное оборудование и т.д. Встроенная защита такого оборудования может не позволить включить приборы, если напряжение скачет или существенно ниже нормы. Нештатные режимы работы снижают ресурсы оборудования, что приводит к уменьшению срока эксплуатации.

Менее подвержена влиянию техника, оснащенная импульсными БП с широким диапазоном входных напряжений. На нагревательном оборудовании «проседание» практически не отражается, единственное, что наблюдается — снижение мощности по сравнению с нормальным напряжением. Исключение — устройства с электронным управлением.

Способы решения проблемы

Начать необходимо с установления причины, повлекшей «проседание» электрической энергии. Распишем подробно алгоритм действий:

1. Можно начать с опроса соседей, чтобы установить имеется ли у них подобная проблема. Если они столкнулись с подобной ситуацией, то велика вероятность, что имеет место внешний фактор (слабый трансформатор на подстанции, проблемы с ВЛ или дисбаланс мощности). Но прежде, чем писать коллективное заявление в Энергосбыт, следует проверить внутреннею сеть, поэтому вне зависимости от результатов опроса переходим к следующему пункту.
2. Отключите вводный автомат защиты и измерьте напряжение на входных клеммах, после чего повторить измерение с подключенной нагрузкой. Вводный автоматический выключатель отмечен зеленым овалом

Если без нагрузки напряжение в пределах нормы, а после подключения внутренней сети «проседает», то можно констатировать, что проблема имеет местный характер и решать ее придется своими силами. В первую очередь необходимо проверить вводный автомат, поскольку слабый контакт на его входе или выходе может вызвать «проседание» напряжения.

Проблемы с электрическим контактом в автоматическом выключателе (АВ)

Как правило, в случаях с плохим электрическим контактом в проблемном месте выделяется много тепла, что приводит к деформации корпуса АВ. В таких случаях необходимо произвести замену защитного устройства. Поскольку на входе прибора имеется высокое напряжение, такую работу должен выполнять специалист с 3-й группой допуска, самостоятельно производить замену опасно для жизни.

3. Если с АВ все в порядке и дефектов не обнаружено, следует проверить соответствие сечения вводного кабеля. Для этой цели можно воспользоваться таблицей, приведенной на рисунке 2. При необходимости производится замена провода.
4. В том случае, когда проверка кабеля и АВ не дала результатов (автомат защиты в норме, а кабель соответствует нагрузке), следует проверить отвод. Оплавленный корпус или искрение при подключении нагрузку свидетельствует о ненадежном контакте, следовательно, необходимо выполнить переподключение.

Обратим внимание, что все монтажные работы «до счетчика» должны выполняться специалистами поставщика услуг (если договор заключен напрямую) или управляющей компании.

Все значительно сложнее, когда имеют место внешние причины. Модернизацию линии или трансформаторов на подстанции можно ждать годами. В таких случаях поднять напряжение до приемлемого уровня поможет установка стабилизатора.

Электронный стабилизатор Luxeon EWR-10000

Представленный на рисунке стабилизатор напряжения имеет рабочий диапазон от 90,0 до 270 Вольт и рассчитан на нагрузку до 10,0 кВА. Приборы такого типа устанавливаются на весь дом или квартиру, то есть, нет необходимости защищать каждый бытовой прибор отдельно. Стоимость электронных стабилизаторов напряжения около $200-$300, что однозначно дешевле, чем покупка новой техники, взамен вышедшей из строя.

Поднять напряжение до должного уровня также можно путем подключения домашней сети через повышающий трансформатор. Такой способ решения проблемы неудачный, поскольку нормализация электросистемы приведет к перенапряжению, что в лучшем случае приведет к срабатыванию защиты в бытовой технике. По этой же причине не рекомендуется использовать повышающей автотрансформатор.

Иногда проблему пытаются решить путем установки реле напряжения. Эффективность такого решения нулевая, прибор просто отключает питание сети, когда напряжение выходит из допустимого диапазона. В результате в розетках нет тока пока ситуация не нормализуется.

Куда звонить и жаловаться на электросети?

Звонками сложившуюся проблему не решить, необходимо подавать претензию на ненадлежащее качество предоставляемых услуг. То есть, пишите заявление в компанию, обеспечивающую поставки электроэнергии (если договор заключен напрямую) или подавайте жалобу в управляющую компанию. Заявление необходимо зарегистрировать или отправить заказное письмо (почтовый адрес указан в договоре).

Если вышеуказанные меры не помогли, можно обратиться в прокуратуру, Роспотребнадзор, районную администрацию, общественную палату, а также в районный суд.

Обратим внимание, что более эффективны коллективные жалобы, поэтому если с проблемой низкого напряжения столкнулись соседи или другие жильцы дома (района, поселка и т.д.), то лучше и их привлечь к процессу.

Если из-за отклонения напряжения от установленных норм (по вине поставщика услуг) вышла из строя бытовая техника, можно требовать возместить ущерб. Для этого необходимо действовать по следующему алгоритму:

1. Следует обратиться к поставщику услуг, чтобы его представители зафиксировали, что авария имела место, и составили соответствующий акт.
2. Берется заключение из сервисного центра, в котором указывается причина выхода бытовой техники из строя.
3. Подается претензия поставщику услуг с требованием возместить ущерб.
4. При отказе, необходимо решать вопрос в судебном порядке.

причины возникновения и защита от них

Обеспечение качества электроэнергии, отвечающего нормам ГОСТ 13109-97, является основной задачей при электроснабжении потребителей. Отклонения от номинальных значений, в частности, провалы напряжения, отрицательно отражаются на работе электрооборудования и могут стать причиной серьезного материального ущерба. В данной статье мы ответим на ключевые вопросы, связанные с кратковременным понижением напряжения, рассмотрим природу этого явления и причины его проявления.

Что такое провал напряжения?

В соответствии с определением, приведенным в ГОСТ 13109-97, под данным явлением подразумевается внезапное понижение амплитуды напряжения с последующим динамическим восстановлением питания в пределах номинального значения. Пример осцилограммы падения напряжения представлен ниже.

Осцилограмма провала напряжения

Характеризующие показатели

Для описания понижения амплитуды напряжения используются следующие показатели:

δU_п – глубина провалов, для вычисления применяется следующая формула: δU_п = (U_ном — U_мин) / U_ном , где U_ном – номинальная величина амплитуды питающего напряжения, U_мин – значение остаточного напряжения;

∆t – длительность, данная величина определяется как разность между моментом восстановления напряжения к номинальному значению t_к и временным параметром фиксации начальной стадии отклонения t_н. Формула расчета длительности будет иметь следующий вид: ∆t = t_к — t_н

F_п – частотность повторений (частота возникновения провалов), приведем формулу, используемую для расчета этого параметра: F_п= 100% * m * (δU_п* ∆t_п) / M, где числитель дроби описывает количество отклонений, определенной глубины и длительности, произошедших в течение измеряемого периода. Знаменатель – общее количество отклонений, обнаруженных в ходе измерений.

Основные показатели провала напряжения

Приведенные выше показатели используются для определения качества электроэнергии в той или иной системе электроснабжения.

Причины появления провалов

Несмотря на то, что проявления отклонения напряжения имеют случайный характер, вероятность этого события зависит от вполне определенных причин. К таковым относятся:

1. Пусковые токи.
2. Колебания напряжения при коротком замыкании.
3. Внезапное значительное увеличение нагрузки.
4. Другие причины сетевого происхождения.

Рассмотрим подробно каждый из перечисленных факторов.

Токи включения

Образование токов включения, например, при старте мощных электродвигателей или другого устройства — самая распространенная причина подобных провалов. На рисунке ниже представлен пример, когда мощный двигатель подключен к единому вводу питания с другими потребителями.

Образование провала напряжения при запуске электродвигателя

Обозначения:

• Т1 – Понижающий трансформатор.
• RZ – Полное сопротивление на вводе питания.
• RZ1-RZ3 — Полные сопротивления цепей потребителей.
• М – мощный асинхронный двигатель.

С включением двигателя М образуется пусковой ток I_пуск, величина которого превышает номинальный по значению (I_пуск > I_ном). Это приводит к образованию зоны провала c существенным понижением напряжения в цепи RZ1 и незначительным отклонениям на главном распределителе остальных цепей потребителей.

Короткие замыкания

Возникновение в электросети токов коротких замыканий также вызывают отклонения напряжения от нормы. Рассмотрим, как протекает и определяется процесс в сетях с различным классом напряжения.

КЗ в сетях с низким напряжением.

Пример такой ситуации проиллюстрирован на рисунке ниже. В данном случае на величину тока КЗ влияют полные сопротивления RZ и RZ2.

Образование провала вследствие КЗ в цепи потребителя 2

Исходя из этого, можно сказать, что чем больше будет величина полного сопротивления в сети низкого напряжения, тем меньшим будет значение тока КЗ.

На практике, в случае КЗ в цепи потребителя 2 должно произойти срабатывание защиты этой группы. Например, если отключение цепи произойдет через 50 мс, то на главном распределителе образуется зона провала длительностью 50 мс. То есть, данный параметр зависит от скорости срабатывания защиты. При этом глубина провала будет уменьшаться по мере удаления от поврежденного участка, соответственно, чем ближе нагрузка, тем большее отклонение. Эти правила работают как в сетях с низким, среднем и высоким напряжением.

КЗ в сетях с напряжением среднего класса.

Больше всего проблем возникает, когда КЗ происходит в трехфазных сетях среднего класса напряжения. Несмотря на случайный характер этого явления, вероятность возникновения аварийной ситуации довольно велика, поскольку нельзя исключать влияние сторонних факторов. К таковым можно отнести:

• Различные виды земляных работ, в ходе которых может быть нанесено повреждение кабельной линии.
• Пробои в местах соединений.
• Старение изоляционного покрытия.
• Воздействие природных и техногенных факторов.

При образовании тока КЗ он будет протекать, пока устройства автоматического защитного отключения на распределительной подстанции не изолирует аварийный участок. Пока этого не произойдет, в сети распределительной подстанции будет наблюдаться значительное снижение линейных напряжений.

КЗ в высоковольтных линиях.

В большинстве случаев замыкания в ВЛ происходят вследствие воздействия природных факторов (грозовые разряды, ураган и т.д.) или по причине ошибочных коммутаций и ложных срабатываний автоматической защиты.

Большие нагрузки

При подключении к электросети большой нагрузки, может привести к образованию пусковых токов, превышающих номинальные в несколько раз. В тех случаях, когда электроцепь рассчитана под номинальный ток, превышение этого параметра станет причиной снижения амплитуды источника питания. Масштабность данного проявления напрямую зависит от запаса мощности электрической сети и величины полного сопротивления.

Провалы сетевого происхождения

Учитывая сложность распределительных цепей, следует принять во внимание, что при повреждении одного из участков цепи будет оказываться влияние на остальные части. При этом на глубину и продолжительность провалов будет оказывать влияние следующие факторы:

• топология цепи;
• величина полного сопротивления проблемного участка;
• текущая мощность нагрузки и источника электрической энергии (генератора).

Для более детального представления, рассмотрим пример, представленный на рисунке ниже.

Провалы сетевого происхождения

Допустим, произошло фазное замыкание в точке Р2, это приведет к тому, что у потребителя 1 отклонения напряжения наблюдаться не будут, у потребителя 2 глубина провала составит 63%, а у потребителя 3 – 97%.

Если однофазное замыкание возникнет в точке Р1, то глубина провала будет 50% от номинала у всех потребителей, за исключением потребителя 1. То есть, как мы видим, чем выше уровень топологии, где произошло повреждение, тем большее число потребителей попадает в зону провала напряжения. Соответственно, у потребителей, подключенных к уровню 3 риск появления провала значительно выше, чем у потребителей, запитанных от первого и второго уровня.

Допустимые провалы напряжения по ГОСТ

Согласно ГОСТ 32144 2013 для определения показателей качества электроэнергии провалы следует классифицировать по двум критериям:

1. Величина остаточного напряжения.
2. Длительность.

Поскольку появление провалов носит случайный характер, для представленных выше критериев не установлены численные значения. Тем не менее, измерения амплитуды и длительности должны проводиться с целью создания статистического массива, позволяющего установить вероятность случайного события для определенной электросети, с целью характеризовать КЭ.

Что касается «допустимых по ГОСТу провалов», то данное словосочетание не имеет смысла, поскольку под провалом подразумевается отклонение от установленной ГОСТом нормы (0,9U_ном). Если быть точным, то можно назвать нормированием допустимую длительность провала (30 с), при превышении которого отклонение считается пониженным напряжением.

Влияние провалов на работу электрооборудования

Данное явление считается менее опасным отклонения частоты и импульсов напряжения, но, тем не менее, провалы могут привести к следующим последствиям:

• Понижению интенсивности светового потока, производимого источниками с нитью накала.
• Снижению чувствительности радио- и телеприемников.
• Нестабильности работы рентгеновских установок.
• Ложным срабатываниям электронных систем управления.
• Понижение уровня постоянного тока в контактной сети электротранспорта негативно отражается на работе подвижного состава.
• Изменению характеристик преобразователей напряжения.
• Падение мощности электродвигателей, что приводит к электропотерям и износу.

Глубина провала более 10% от допустимого отклонения с большой вероятностью вызовет отключение газоразрядных источников освещения. При низком напряжении, более 15% от допустимой нормы, произойдет размыкание пускателей, что вызовет отключение электрооборудования и, как следствие, приведет к нарушению техпроцесса.

Характерно, что на дуговую электросварку провалы не оказывают серьезного влияния ввиду большой термической инерционности процесса, в то время как качество точечной сварки существенно снижается.

Финансовая сторона вопроса

Говоря о влиянии провалов на электрооборудование, мы упустили из виду финансовые потери, которые складываются из следующих составляющих:

• Упущенная прибыль из-за простоя оборудования и потери времени на возобновление технологического цикла.
• Ремонт вышедшего из строя оборудования.
• Потери сырья и т.д.

Как бороться с провалами напряжения?

Как мы выяснили, провалы являются случайным явлением, длительность которого зависит от срабатывания защитных систем, а глубина – удаленностью от проблемного участка. Поскольку изменить вероятность проявления не представляется возможным, то остается только влияние на масштаб провала и устранение последствий.

Сделать это можно путем оптимизации сети, чтобы производилась компенсация провалов при резких изменениях нагрузки, а также установки специальных приборов для контроля фазных напряжений на соответствие номинальному уровню и исключению несимметрии. Не менее эффективно действует стабилизирующее оборудование, установленное у потребителя электроэнергии. Более серьезные приборы могут выступать в роли регулятора напряжения и преобразователя основной частоты.

Если проблема вызывается замыканиями, то установка системы АПВ, а при критических провалах и АВР, может сократить предельно допустимую длительность отклонения до короткого прерывания. То есть, автоматическая система произведет повторное включение и если это не даст результата, произойдет ввод резерва.

Советуем ознакомиться и прочитать:

Регулирование напряжения в распределительных сетях 6–20 и 0,4 кВ: нормы

Стандарт нормирует допустимые отклонения напряжения на вводах ЭП. Существует ряд мощных ЭП, присоединенных непосредственно к сетям 6–20 кВ (в основном, СД), однако основная масса ЭП получает питание от сетей 0,4 кВ. Поэтому возможности РН в этих сетях имеют первостепенное значение. Трансформаторы 35–220/6–20 кВ имеют устройства РПН, позволяющие регулировать напряжение на шинах 6–20 кВ по заданному закону. При этом для компенсации потерь напряжения в линиях 6–20 кВ наиболее 313 высокое напряжение на шинах 6–20 кВ трансформатора должно поддерживаться в режиме больших нагрузок и наиболее низкое – в режиме малых нагрузок.

Распределительные трансформаторы 6–20/0,4 кВ кроме номинального ответвления имеют четыре регулировочных ответвления с количеством витков первичной обмотки, уменьшенным на 2,5 и 5 % и увеличенным на те же величины, что позволяет изменять коэффициент трансформации Kт . Однако для изменения регулировочного ответвления необходимо отключить РТ от сети, поэтому такие изменения могут делаться лишь периодически (например, посезонно), а в течение суточного изменения нагрузок ответвления остаются постоянными.

Изменение напряжения на шинах 0,4 кВ трансформатора, происходящее при изменении ответвления, зависит от рабочего напряжения на шинах 6–20 кВ – U1 . В табл. 8.6 приведены коэффициенты трансформации и относительные добавки напряжения ∆Ет на шинах 0,4 кВ, соответствующие указанным ответвлениям при разных напряжениях на шинах 6–20 кВ.

Таблица 8.6

Регулировочные характеристики РТ 6–20/0,4 кВ

 

До 1992 г. в России стандартным напряжением низковольтных сетей считалось напряжение 220/380 В, поэтому расчетные значения добавок напряжения ∆Ет по отношению к этому напряжению были на 5 % выше и составляли от 0 до +10 %. В настоящее время в соответствии с международными стандартами установлено напряжение 230/400 В (прил. 8).

Так как значения ∆Ет незначительно изменяются в широком диапазоне изменения U1 , в практических расчетах часто используют их расчетные значения – округленные величины, соответствующие изменению числа витков первичной обмотки трансформатора. Для проведения более точных расчетов отклонений напряжения на шинах 0,4 кВ при известном значении U1 необходимо пользоваться непосредственно коэффициентами трансформации.

Методы расчета закона РН на шинах 6–20 кВ ЦП и выбора регулировочных ответвлений РТ 6–20/0,4 кВ рассмотрим на примере условной схемы линии 6–20 кВ, приведенной на рис. 8.19, а. В режиме максимальной нагрузки напряжение в линии снижается по мере удаления от ЦП. Его снижение на шинах 0,4 кВ РТ показано штриховой линией на рис. 8.19, б. РТ имеют пять регулировочных ответвлений, позволяющих изменять напряжение с шагом 2,5 %.

В линиях 0,4 кВ необходимо поддерживать напряжение, обеспечивающее допустимые отклонения ± 5 % у всех ЭП, присоединенных к линии. При этом у ближайшего ЭП (А1 ) необходимо поддерживать отклонение напряжения, максимально близкое к +5 %, чтобы у удаленного ЭП (Б1 ) оно не вышло за нижний допустимый предел –5 %. Поэтому на шинах ЦП в режиме максимальной нагрузки необходимо поддерживать отклонение напряжения выше +5 % на величину потерь напряжения от шин ЦП до ближайшего ЭП сети 0,4 кВ, %:

На этом РТ и других, находящихся в зоне потерь напряжения от ∆U с.б до (∆U с.б + 2,5) % устанавливают первое рабочее ответвление с ∆Ет = –5 %, в зоне потерь напряжения от (∆U с.б + 2,5) % до (∆U с.б + 5) % – второе рабочее ответвление, и т. д. В результате эпюра напряжения на шинах 0,4 кВ РТ имеет вид пилообразной линии 1 на рис. 8.19, б.

Напряжение у ближайших ЭП, присоединенных к РТ, находящихся в начале каждой зоны, поддерживается близким к +5 %. Допустимые потери напряжения в линиях 0,4 кВ могут достигать 10 % и при этом отклонение напряжения у удаленных ЭП не выйдет за –5 %. В конце зоны отклонение напряжения у ближайшего ЭП уже не может превысить +2,5 %, поэтому в этих линиях 0,4 кВ допустимые потери напряжения не должны превышать 7,5 %. Так как в течение эксплуатации потери напряжения в режиме максимальной нагрузки сети изменяются, приходится периодически изменять и ответвления РТ. При этом конкретный РТ может попадать в различные места своей и смежной зоны. В связи с этим допустимые потери напряжения в линиях 0,4 кВ при их проектировании не должны

Рис. 8.19. Упрощенная схема линии 10 кВ и эпюры напряжения

превышать 7,5 %. Эпюра напряжения у удаленных ЭП (Б1 – БN + 1) отражается пилообразной линией 2.

В режиме минимальной суточной нагрузки потери напряжения во всех элементах сети снижаются, а рабочие ответвления РТ остаются прежними. При неизменном напряжении в ЦП отклонение напряжения на шинах 0,4 кВ РТ будет повышаться по мере удаления от ЦП. Для того, чтобы привести напряжение у ЭП АN (ближайший ЭП в сети 0,4 кВ РТ, присоединенного в точке Д, находящейся в начале зоны последнего ответвления) к +5 %, необходимо снизить напряжение в ЦП до δU ЦП (рис. 8.19, в). Диапазон dр.н = δU ЦП – δU ЦП называют диапазоном РН в ЦП; регулирование, при котором наиболее высокое напряжение поддерживается в режиме максимальной суточной нагрузки, а наименьшее – в режиме минимальной нагрузки, называют встречным РН.

Нагрузки РТ могут иметь различные по форме графики. Наряду с коммунально-бытовой нагрузкой с ярко выраженным вечерним максимумом от сети питаются предприятия, максимальная нагрузка которых приходится на дневные часы. Потери напряжения в линиях 0,4 кВ РТ, нагрузка которых в режиме максимальной нагрузки сети не максимальна, снижаются. Напряжение у удаленных ЭП таких РТ отражается эпюрой 3 на рис. 8.19, б; при этом возникает запас относительно уровня –5 %. В режиме же малой суммарной нагрузки сети, когда напряжение в ЦП приходится снижать по условиям основной массы потребителей, нагрузки таких РТ возрастают, и эпюра напряжения у удаленных ЭП этих РТ имеет вид 3 на рис. 8.19, в. При этом отклонение напряжения у ряда ЭП выходит за предел –5 %. В наилучшем положении оказываются РТ, подключенные к точке Д, напряжения на вводах которых поддерживаются постоянными во всех режимах.

Встречное РН осуществляется по графику нагрузки ЦП, который формируется всеми потребителями. Поэтому при разнородных графиках нагрузки РТ закон регулирования в большей или меньшей степени не соответствует ни одному потребителю. Степень несоответствия для конкретного потребителя будет тем больше, чем меньше доля потребителей с подобным графиком в общей нагрузке и чем более отличен их график от графика основной массы потребителей.

С позиции распределения неоднородных нагрузок сети 6–20 кВ можно разбить на три группы:

• сети с относительно однородными нагрузками РТ;
• сети с неоднородными нагрузками линий, отходящих от ЦП (межлинейная неоднородность), при этом внутри каждой линии нагрузки однородны;
• сети с неоднородными нагрузками, присоединенными к общей линии 6–20 кВ (внутрилинейная неоднородность).

 

В сетях с однородными нагрузками РТ допустимые отклонения напряжения у всех ЭП, присоединенных к сетям 0,4 кВ, могут быть обеспечены с помощью РН в ЦП и соответствующего выбора рабочих ответвлений РТ. Единственным условием является непревышение допустимых потерь напряжения в сетях 6–20 кВ (сети среднего напряжения) и 0,4 кВ (сети низкого напряжения). В сети среднего напряжения они не должны превышать 12,5 % (10 % – максимальные возможности компенсации потерь с помощью ответвлений РТ плюс 2,5 % – допустимые потери в последней зоне за точкой Д, рис. 8.19), а в сетях низкого напряжения – 7,5 %.

В сетях со значительной межлинейной неоднородностью обеспечить допустимые режимы напряжения на шинах 380 В всех РТ с помощью РН в ЦП нельзя. Единственным способом здесь является выделение наиболее неоднородной линии на отдельное регулирующее устройство (вольтодобавочный трансформатор). Если в ЦП находятся два трансформатора с РПН и по условиям надежности электроснабжения допустима их раздельная работа по стороне 6–20 кВ, целесообразно разделить линии на две группы с относительно однородными нагрузками и подключить их к разным шинам.

Для улучшения режима напряжения у неоднородных потребителей в линиях с внутрилинейной неоднородностью необходимо использовать средства местного регулирования, в качестве которых применяют конденсаторные установки. Подключение таких установок снижает потери напряжения и соответственно повышает его уровень при том же рабочем ответвлении РТ. Степень повышения зависит от реактивного сопротивления сети по отношению к точке подключения. Регулирующие эффекты конденсаторов мощностью 100 квар на трансформаторах 6–20/0,4 кВ и линиях 0,4 кВ приведены в табл. 8.7.

Таблица 8.7

Регулирующие эффекты конденсаторных установок для различных элементов сети

Регулирующие эффекты на участках сетей 6–20 кВ практически незначимы. Устанавливать конденсаторные установки целесообразно в глубине сети 0,4 кВ, особенно в случае ВЛ 0,4 кВ. Здесь может оказаться достаточной небольшая мощность установки (в зарубежных странах используются конденсаторы наружной установки на опорах ВЛ). Такие устройства могут быть установлены в линиях с неоднородными нагрузками, подключенных к РТ и расположенных близко к ЦП, или линиях с однородными нагрузками, подключенных к РТ и расположенных в зоне последнего ответвления.

Напряжение в линиях с неоднородными нагрузками, подключенных к РТ и расположенных близко к ЦП, повышается. В первом случае это происходит за счет снижения потерь напряжения в самих линиях 0,4 кВ (табл. 8.7) – при этом поднимается линия 3 на рис. 8.19, в, – а во втором случае можно отказаться от установки следующего ответвления на РТ в последней зоне (штриховая линия на рис. 8.19, г), обеспечив повышение напряжения в ЦП в режиме малой нагрузки сети.

Дискретность ступеней регулирования трансформатора в ЦП оказывает существенное влияние на режимы напряжения в сети. Трансформаторы с РПН 35 и 220 кВ имеют ступень регулирования ∆Ет = 1,5 %, а 110 кВ – 1,78 %. Поэтому при срабатывании РПН напряжение во всех точках сети скачкообразно изменяется на величину ступени. Обычно достаточно нескольких срабатываний РПН за сутки.

На обслуживаемых подстанциях переключения могут производиться дежурным персоналом, на необслуживаемых подстанциях – дистанционными исполнительными устройствами или устройствами автоматического регулирования. Для предотвращения обратных срабатываний устанавливаемая в устройстве зона нечувствительности регулирования ε должна быть больше ступени регулирования. Чем больше разность ε – ∆Ет , тем реже срабатывает регулирующее устройство, но тем более грубым оказывается регулирование. Для обеспечения компромисса между частотой срабатывания РПН и точностью регулирования зону нечувствительности следует принимать на 0,5–0,7 % больше ступени регулирования.

Некоторые специалисты считают, что для обеспечения нормируемых отклонений напряжения необходимо проектировать сети на допустимые потери напряжения, сниженные относительно приведенных выше величин 12,5 % и 7,5 % на величину зоны нечувствительности регулирования, то есть как минимум на 2 %. Учитывая вероятностный характер изменения напряжения и допустимость его нахождения в течение 1 ч 12 мин в сутки в зоне до ±10 %, такое условие представляется слишком жестким. Вместе с тем снижение допустимых потерь напряжения до 11,5 % и 6,5 % представляется экономически оправданным. Необходимый диапазон РН в ЦП зависит от максимальных потерь напряжения в сети 6–20 кВ, определяющих число используемых регулировочных ответвлений РТ (Nо ), и от диапазона изменения нагрузки в течение суток, характеризуемого коэффициентом kмин . Диапазон РН можно определить по формуле

Необходимые диапазоны РН в ЦП при различных значениях потерь напряжения в сети 6–20 кВ и коэффициента kмин приведены в табл. 8.8.

Таблица 8.8

Диапазоны регулирования напряжения в ЦП

Используемые в настоящее время устройства автоматического регулирования напряжения в ЦП реализуют линейный закон РН в ЦП в зависимости от токовой нагрузки ЦП. Однако линейный закон не является наилучшим, особенно при неоднородных нагрузках РТ. Оптимальный закон можно получить, рассчитав для каждого часа суток требуемые отклонения напряжения в ЦП при соответствующих каждому часу нагрузках РТ и суммарной нагрузке сети. Один из полученных таким образом законов РН показан на рис. 8.20. Расчеты показывают, что чем больше неоднородность нагрузок РТ и чем ближе к ЦП расположены РТ с неоднородными нагрузками, тем больше необходимый закон регулирования напряжения в ЦП отличается от линейного. При современном уровне развития цифровой техники создание регулятора, реализующего такие законы регулирования, не представляется слишком трудной задачей.

Рис. 8.20. Нелинейный закон регулирования напряжения в центре питания

Ниже (в примере 8.3) проведен подробный расчет по выбору закона РН на шинах 10 кВ ЦП фидера 10 кВ и рабочих ответвлений РТ 10/0,4 кВ. В случае если в ЦП фидеров 10 кВ установлен трансформатор 35/10 кВ без РПН, РН на его шинах 10 кВ возлагается на трансформатор 110/35 кВ с РПН. Методика расчета закона РН на шинах 35 кВ трансформатора 110/35 кВ и выбора оптимальных рабочих ответвлений трансформаторов 35/10 кВ без РПН изложена ранее в п. 6.2.5.

Пример 8.3. На рис. 8.21 изображен фидер 10 кВ, над участками которого указаны потери напряжения в режиме наибольших нагрузок, %. Наименьшая нагрузка фидера составляет 30 % от наибольшей (kмин = 0,3). Потери напряжения в каждом РТ 10/0,4 кВ в режиме наибольших нагрузок приняты равными 1,7 %. Максимальные потери напряжения в линиях 0,4 кВ составляют 7 %. Допустимые отклонения напряжения δU+ = +5 % и δU– = –5 %. Требуется рассчитать закон РН на шинах 10 кВ ЦП.

Решение. Потери напряжения от шин 10 кВ ЦП до шин 0,4 кВ каждого РТ в режиме наибольших нагрузок составляют:

Максимальный уровень напряжения на шинах ЦП определяется условиями РТ 1. Для того чтобы отклонение напряжения на шинах 0,4 кВ этого РТ составляло +5 %, на шинах ЦП оно должно быть равным δU ЦП = δU+ + ∆U 1 – ∆Ет1 = 5 + 2,5 – (–5) = 12,5 %.

Такое превышение напряжения на шинах ЦП недопустимо по условиям работы изоляции. Необходимо снизить его как минимум до 10 %. Для этого на РТ 1 придется установить не первое ответвление с ∆Ет1 = –5 %, а второе с ∆Ет2 = –2,5 %. Если на РТ 2–5 также установить второе ответвление, то отклонения напряжения на шинах 0,4 кВ РТ 1–5 составят:

Учитывая, что ступень РН на РТ 10/0,4 кВ составляет 2,5 %, поднять напряжения к уровню +5 % с помощью установки следующего рабочего ответвления можно лишь на РТ 4 и 5 (на остальных РТ при такой установке оно будет выше +5 %). При установке на этих РТ третьего ответвления с ∆Ет3 = 0 % получим δU 4 = 10 – 6,0 – 0 = = 4,0 % и δU 5 = 10 – 6,9 – 0 = 3,1 %.

Если в линиях 0,4 кВ РТ 3 и 5 есть небольшая потеря напряжения от шин РТ до ближайших ЭП (порядка 0,6 %), то на РТ 3 можно установить третье ответвление с ∆Ет3 = 0 %, а на РТ 5 – четвертое с ∆Ет4 = +2,5 %. Тогда на шинах 0,4 кВ обоих РТ будет +5,6 %, а у ближайших ЭП +5 %. В этом случае номера рабочих ответвлений 35–220 кВ 6–10 кВ 0,4 кВ 0,4 кВ 1 бб 1 бу Отв. 1 Отв. N Сеть 380/220 Сеть 380/220 1 уб 1 уу ∆Uл ∆Uт ∆Uт ∆Uн ∆Uн 4 3 0,8 % 2б 0,6 % 1,3 % 1,6 % 0,9 % 2у 1 2 3 4 5 322 на РТ 1–5 составят 2, 2, 3, 3, 4 с ∆Ет = –2,5; –2,5; 0; 0; +2,5 %; отклонения напряжения на шинах 0,4 кВ РТ составят:

 

а у удаленных ЭП на 7 % меньше:

Наиболее низкое напряжение (–3 %) наблюдается в удаленной точке сети 0,4кВ РТ 4. Оно не выйдет за предел –5%, если напряжение в ЦП будет снижено на 2 % и составит 10 – 2 = 8 %. Эта величина и является нижней границей диапазона РН в режиме наибольших нагрузок. Отклонения напряжения у всех ЭП сетей 0,4 кВ не выйдут за допустимые пределы в режиме наибольших нагрузок, если отклонение напряжения на шинах ЦП в этом режиме будет поддерживаться в диапазоне от +8 до +10 %.

В режиме малых нагрузок сети потери напряжения уменьшатся до 30 % от потерь в режиме больших нагрузок. Отклонения напряжения на шинах РТ с учетом регулировочных ответвлений составят:

Наиболее высокое напряжение наблюдается на шинах РТ 5, который является критичным для напряжения в ЦП в режиме малых нагрузок. Напряжение на шинах ЦП необходимо снизить на 5,43 % и поддерживать на уровне δU ЦП = 10 – 5,43 = 4,57 %.

Отклонения напряжения на шинах РТ режиме малых нагрузок сети составят:

а у удаленных ЭП:

Наиболее низкое напряжение (–0,96 %) наблюдается в удаленной точке сети 0,4 кВ РТ 2. Оно не выйдет за предел –5%, если напряжение в ЦП будет снижено на 4,04 % и составит Vм1 = 4,57 – 4,04 = = 0,53 %. Эта величина и является нижней границей диапазона РН в режиме малых нагрузок.

В результате требования к РН в ЦП формулируются следующим образом: отклонение напряжения на шинах ЦП в режиме больших нагрузок сети должно поддерживаться в диапазоне от +8 до +10 %, а в режиме малых нагрузок сети – в диапазоне от до +0,53 до +4,57 %, в промежуточных режимах – в соответствии с линейной зависимостью от нагрузки. При этом закон регулирования напряжения в ЦП представляется не одной линией, как на рис. 6.2 и 8.20, а в виде зоны отклонений напряжения (рис. 8.22).

Следует отметить, что приведенные выше расчеты с точностью до второго знака после запятой совершенно не соответствуют точности исходных данных. Поэтому в практических задачах их можно округлять до 0,5 %.

Рис. 8.22. Закон регулирования напряжения в центре питания сети 10 кВ

что это такое, основные показатели

В типовом договоре энергоснабжения детально прописаны обязательства поставщика. Одно из них касается показателей качества электроэнергии. Будет полезным узнать, что конкретно подразумевается под этим термином, о каких показателях идет речь, а также получить информацию о действующих нормативных документах. Эти сведения позволят грамотно составить претензию к поставщику, если качество электроэнергии не отвечает установленным требованиям стандарта ГОСТ.

Что такое качество электроэнергии?

Для каждого типа электрической сети установлены определенные характеристики (параметры качества). Соответствие между ними и действительными значениями определяет качество электрической энергии.

Изменения ПКЭ могут возникнуть вследствие потерь электроэнергии при передаче на расстояние, увеличением потребляемой нагрузки, электромагнитных явлений и т.д.

Для оценки качества электричества осуществляются замеры основных показателей КЭ. Подробно они расписаны в нормах ГОСТа 13109-97, а также в его новой редакции 13109 99, приведем выдержки с кратким описанием каждого показателя.

Основные показатели качества электроэнергии

Поскольку идеального соответствия номинальным параметрам добиться невозможно, в нормировании показателей предусмотрены отклонения. Они могут быть допустимыми и предельно допустимыми. Ниже перечислены основные показатели качества и указаны приемлемые нормы для каждого из них

Отклонение напряжения

Данный показатель определяется при помощи специального коэффициента, характеризующего установившиеся отклонения  по отношению к номинальным. Для расчета используется следующая формула: δU_уст = 100% * (U_т — U_н)/_Uн , где U_т – текущий показатель , U_н – номинальный. Измерения показателей качества производится на приемниках электроэнергии. Осцилограмма данного процесса представлена ниже.

Рис. 1. Установившееся отклонение и колебания напряжения

Такие отклонения качества характерны при существенных изменениях нагрузки или больших потерях в процессе передачи электроэнергии. Допустимыми считаются показатели при U_уст не более 5,0%, предельно допустимые – 10,0%.

Колебания напряжения

Данный параметр характеризует временные отклонения амплитуды колебаний электротока. Осцилограмма процесса представлена на рисунке 1. Это составной параметр качества электроэнергии, поскольку для характеристики колебаний напряжения необходимо учитывать:

• размах изменений;
• дозу колебаний (частоту повторений) ;
• длительность отклонений.

Для первых двух пунктов необходимо дать небольшие пояснения.

Размах изменения напряжения.

Данный параметр качества электроэнергии описывается разностью между максимальными и минимальными отклонениями. Коэффициент размаха определяется следующей формулой: (U_Pmax — U_Pmin)/U_ном , где  U_Pmax – максимальная величина размаха,  U_Pmin – минимальная, U_ном – номинальное значение. Допустимое значение для коэффициента размаха – не более 10%.

Доза колебаний напряжения.

Данный критерий служит для описания частоты, с которой происходят отклонения. Следует учитывать, что если временной период между колебаниями меньше 30,0 миллисекунд, то их необходимо рассматривать как одно отклонение.

Для расчета используется следующее выражение: F_повт = m/T , при этом m определяет количество изменений за определенный временной период измерений – Т, равный 10-ти минутам. Нормы этого показателя напрямую связаны с дозой фликера, она будет описана ниже.

Отклонение частоты

В системах общего назначения для этого параметра установлено значение 50,0 Гц. Нормы стандарта допускают увеличение или уменьшение частоты на 2,0% или 4,0% (допустимые и предельные показатели, соответственно). Превышение допустимых отклонений частоты приводит выходу из строя импульсных БП, сбоям в работе электрогенераторов.

Доза фликера

Данный параметр описывает влияние на человека, производимое мерцанием источников света по причине изменения амплитуды электротока. Измерения производятся при помощи специальных приборов, определяющих допустимое мерцание.

Коэффициент временного перенапряжения

Эта характеристика определяет насколько текущая амплитуда выше предельно допустимого порога. Такие отклонения характерны при КЗ или коммутационных процессах. Случайный характер отклонений не позволяет нормировать показатель, но собранная статистика используется при определении качества электроэнергии однофазной или трехфазной сети.

Осцилограмма перенапряжения и провала напряжения

Провал напряжения

Под этим параметром подразумевается значительное снижение амплитуды (более 10,0% от номинального), с последующим восстановлением. Причиной провалов напряжения может быть КЗ, резкое увеличение нагрузки.

Характеристики для данного показателя качества электроэнергии описываются следующими составляющими:

• Глубина «проседания» напряжения, в некоторых случаях она может стремиться к нулю.
• Количеством отклонений за определенный промежуток времени.
• Продолжительностью.

Последнее требует пояснения.

Длительность провала напряжения.

По этому критерию можно судить как о качестве, так и надежности электроснабжения. «Проседание» с минимальной продолжительностью может не вызвать сбоев в работе электрических и электронных устройств. При длительности в несколько секунд, велика вероятность отключения оборудования с электрическими или электронными схемами управления. Помимо этого возрастает реактивная составляющая электродвигателей, что приводит к снижению коэффициента мощности.

В связи со случайной природой явления, его нормирование не предусмотрено.

Импульсное напряжение

Проявляется в виде краткосрочного (до 10-ти миллисекунд) увеличения амплитуды электроэнергии. Вызвать такой резкий скачок могут коммутационные процессы или грозовые разряды. Поскольку такие состояния сети носят случайный характер, нормирование импульсов не предусмотрено.

Импульс высокого напряжения

Для описания высокочастотных импульсов используются следующие характеристики:

• Параметр максимальной амплитуды. В сетях до 1-го кВ, при прямом попадании разряда молнии, амплитуда выброса может достигать 6-ти кВ.
• Длительность. Продолжительность высокоамплитудного (грозового) импульса, как правило, не превышает нескольких миллисекунд.

Несимметрия напряжений в трехфазной системе

К такому явному ухудшению качества электроэнергии может привести неправильно распределенная нагрузка между фазами одной цепи, КЗ на землю, обрыв нейтрали, подсоединение потребителя с несимметричной нагрузкой.

Характерный перекос фаз

В связи с этим установлено требование, согласно которому разница нагрузки между фазами одной цепи не должна быть более 30,0% в пределах одного электрощита и 15,0% в начальной точке питающей линии.

Для определения показателей несимметрии используются коэффициенты нулевой и обратной последовательностей. Первый рассчитывается по формуле: К_нп =  100% * U_нп / U_ном, второй: Коп = 100% * U_оп / U_ном, где U_нп – амплитуда нулевой последовательности, U_оп — обратной.

Согласно установленным нормам регулирования напряжения в сетях до 1-го кВ значение U_нп и U_оп должны быть не более 2% и 4% (допустимое и предельное значения).

Несинусоидальность формы кривой напряжения

Данный вид некачественной электроэнергии связан с наличием сторонних гармоник. Чем выше частотность паразитной составляющей, тем больше величина искажения. Это видно если сравнить гармонику тока высокого (см. рис. 5) и третьего порядка (рис. 6).

Рис 5. Гармоника высокого порядка

Причина такого отклонения – подключение к сети потребителя с нелинейной ВАХ. Характерный пример – преобразователь на тиристорах.

Рис. 6. Гармоника третьего порядка

Для описания данного отклонения от качественных показателей используется коэффициент синусоидальных искажений, который определяется формулой Kи = _⎷∑U_N² / U_ном * 100%, где U – амплитуда гармоник.

Допустимые и предельно допустимые нормы, характеризующие качественную или некачественную электроэнергию для различных сетей, приведены в таблице ниже.

Допустимые коэффициент искажения синусоидальности для различных электросетей

Как проверить и измерить качество электрической энергии?

Прежде, чем приступать к измерениям, определяющим качество электрсети, следует принять во внимание, что ПКЭ должны быть зафиксированы представителями поставщика электроэнергии. По результатам проверки составляется акт, на основании которого можно предъявлять претензию.

Для проверки всех характеристик электроэнергии на соответствие требованиям ГОСТ 53144-2013, ГОСТ Р 54149-2010 и другим нормативным документам, потребуется специальная измерительная техника. Но часть основных показателей можно измерить, используя обычный мультиметр или определить несоответствие по косвенным признакам.

Как самостоятельно выявить снижение качества электроэнергии?

Перечислим показатели, которые можно проверить, используя мультиметр в режиме измерения переменного напряжения:

1. Устоявшееся отклонение.
2. Перенапряжение (включая перекос фаз).
3. Провалы.

Второй и третий пункт довольно условны, длительность искажения может быть недостаточной для реакции прибора, а перепады напряжения будет сложно отличить от перенапряжений и провалов.

К косвенным методам определения качества электроэнергии относится анализ состояния сети по работе лампы с нитью накала. Слишком яркое свечение укажет на повышенное напряжение, тусклое – будет свидетельствовать о «проседании», мигание засвидетельствует перепады.

Нехарактерная работа электрооборудования также свидетельствует о недостаточном качестве электроэнергии. Например, компрессор холодильника постоянно функционирует, нестабильная работа электроники, самопроизвольное отключение бытовой техники, все это указывает на недостаточное напряжение в бытовой сети. Превышение напряжения вызовет срабатывание реле защиты, если оно было установлено.