Качество электрической энергии

Введение

Электрическая энергия широко известна человеку из повседневной жизни.
Практически во всех областях деятельности современного общества применяется электрическая энергия.
Энергия - это общая количественная мера различных форм движения материи. Для любого вида энергии можно назвать материальный объект, который является ее носителем. Так, механической энергией обладают вода, ветер, заведенная пружина; тепловой - нагретый газ, пар, горячая вода. Носителем электрической энергии является особая форма материи - электромагнитное поле.
Электроэнергия является товаром передаваемым и потребляемым практически мгновенно. Поэтому к качеству электроэнергии (КЭ) предъявляются повышенные требования, знание истинных параметров КЭ критически важны. Показатели качества электроэнергии представляют собой совокупность напряжения, частоты, форму синусоиды электротока, составляет совместимость этих параметров, характеризующих электромагнитную среду.
Целью моей работы является изучение качества электрической энергии.
Задачи работы:
1. Рассмотреть понятие о качестве электрической энергии.
2 Изучить показатели качества электрической энергии.


1 Понятие о качестве электрической энергии
1.1 Понятие о качестве электрической энергии
Электрическая энергия получается путем преобразования других видов энергии (механической, тепловой, химической, ядерной и др.) и обладает ценными свойствами:
- относительно несложно, с малыми потерями передается на большие расстояния;
- легко дробится и преобразуется в нужный вид энергии (механическую, тепловую, световую, химическую и др.).
Наибольшая часть электроэнергии для нужд народного хозяйства вырабатывается на тепловых электростанциях (ТЭС). Здесь химическая энергия органического топлива (угля, мазута, торфа, газа) при его сжигании в паровых котлах превращается в тепловую энергию нагретого водяного пара.
Пар под высоким давлением поступает в паровую турбину, где его энергия преобразуется в механическую. Турбины приводят в действие электрические генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую.
Следует отметить, что тепловые электростанции являются основным источником загрязнения атмосферы диоксидом серы, выбрасываемым вместе с дымовыми газами. Сернистые соединения распространяются на значительные расстояния, приводя к возникновению кислотных дождей, наносящих ущерб лесам, сельскохозяйственной продукции (особенно овощам), а также историческим Памятникам, зданиям.
Учитывая быстрое истощение запасов органического топлива и неблагоприятное воздействие ТЭС на окружающую среду, их доля в объеме производства электроэнергии постепенно уменьшается.
Электроэнергию производят также
- ветроэлектростанции, использующие энергию ветра;
- приливные - работающие за счет морских приливов;
- геотермальные - использующие тепло земных недр,
- солнечные - преобразующие солнечную радиацию в электроэнергию.
В общем объеме производства электроэнергии эти электростанции занимают незначительную долю. Однако они являются экологически чистыми и используемые ими источники энергии практически неисчерпаемы. Поэтому в перспективе их число будет увеличиваться.
В радиотехнике, космической технике, на транспорте, в быту находят применение маломощные источники электрической энергии, такие как батареи аккумуляторов, сухие электрохимические элементы, термоэлементы, фотоэлементы, в которых происходит прямое преобразование химической, тепловой, световой энергии в электрическую.
Качество электрической энергии - степень соответствия параметров  их установленным значениям[1]. В свою очередь, параметр электрической энергии - величина, количественно характеризующая какое-либо свойство электрической энергии. Под параметрами электрической энергии понимают напряжение, частоту, форму кривой электрического тока. Качество электрической энергии является составляющей электромагнитной совместимости, характеризующей электромагнитную среду[2][3].
Качество электрической энергии может меняться в зависимости от времени суток, погодных и климатических условий, изменения нагрузки энергосистемы, возникновение аварийных режимов в сети и т.д.
Снижение качества электрической энергии может привести к заметным изменениям режимов работы электроприемников и в результате уменьшению производительности рабочих механизмов, ухудшению качества продукции, сокращению срока службы электрооборудования, повышению вероятности аварий.
В России показатели и нормы качества электрической энергии в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трёхфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети или электроустановки потребителей устанавливаются Межгосударственным стандартом ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения»[1].
В связи с развитием рыночных отношений в электроэнергетике электроэнергию следует рассматривать не только как физическое явление, но и как товар, который должен соответствовать определенному качеству и требованиям рынка. Федеральный закон «Об электроэнергетике» определяет ответственность энергосбытовых организаций и поставщиков электроэнергии перед потребителями за надежность обеспечения их электрической энергией и ее качество в соответствии с техническими регламентами и иными обязательными требованиями[4].

1.2 Показатели качества электрической энергии
Обеспечение качества электроэнергии на зажимах приемников электроэнергии - это одна из наиболее сложных задач, решаемых в процессе проектирования и эксплуатации систем электроснабжения

. Появление в системах электроснабжения мощных электродвигателей, вентильных преобразователей и других приемников с резкопсременной нагрузкой создало проблему их электромагнитной совместимости с системой электроснабжения, успешное решение которой обеспечивает рациональную работу как этих приемников, так и приемников со спокойной нагрузкой, присоединенных к той же системе (освещение, электродвигатели длительного режима работы и др.).
Показатели качества электроэнергии регламентируются требованиями ГОСТ 32144-2013.
К показателям качества электроэнергии для трехфазных сетей переменного тока относятся:
- изменения напряжения;
- колебание напряжения;
- несимметрия напряжений в трехфазных системах;
- несинусоидальности напряжения;
- отклонение частоты;
- импульсные напряжения;
- провал напряжения.
Показателем качества энергии, относящимся к частоте, является отклонение значения основной частоты напряжения электропитания от номинального значения,∆f, Гц
∆f=fm-fnom (1)
Где fm- значение основной частоты напряжения электропитания, Гц, измеренное в интервале времени 10 с;
fnom- номинальное значение частоты напряжения электропитания, Гц.
Номинальное значение частоты напряжения электропитания в электрической сети равно 50 Гц.
Для указанного показателя КЭ установлены следующие нормы:
- отклонение частоты в синхронизированных системах электроснабжения не должно превышать ±0,2 Гц в течение 95% времени интервала в одну неделю и ±0,4 Гц в течение 100% времени интервала в одну неделю;
- отклонение частоты в изолированных системах электроснабжения с автономными генераторными установками, не подключенных к синхронизированным системам передачи электрической энергии, не должно превышать ±1 Гц в течение 95% времени интервала в одну неделю и ±5 Гц в течение 100% времени интервала в одну неделю.
Влияние: снижение производительности электроприводов, снижение сроков службы электрических машин, искажения телевизионного изображения.
Медленные изменения напряжения электропитания (как правило, продолжительностью более 1 мин) обусловлены обычно изменениями нагрузки электрической сети.
Показателями качества энергии, относящимися к медленным изменениям напряжения электропитания, являются отрицательное δU(-)и положительное δU(+)отклонения напряжения электропитания в точке передачи электрической энергии от номинального/согласованного значения, %:
δU(-)=(U0-Um-)U0×100 (2)
δU(+)=(Um(+)-U0)U0×100 (3)
где δU(-), δU(+)- значения напряжения электропитания, меньшие U0 и большие U0 соответственно, усредненные в интервале времени 10;
U0- напряжение, равное стандартному номинальному напряжению Unom или согласованному напряжению Uc.
Колебания напряжения и фликер
Колебания напряжения электропитания (как правило, продолжительностью менее 1 мин), в том числе одиночные быстрые изменения напряжения, обусловливают возникновение фликера.
Показателями качества электроэнергии, относящимися к колебаниям напряжения, являются кратковременная доза фликера Pst, измеренная в интервале времени 10 мин, и длительная доза фликера Plt , измеренная в интервале времени 2 ч, в точке передачи электрической энергии.
Для указанных показателей качества электроэнергии установлены следующие нормы:
- кратковременная доза фликера Pstне должна превышать значения 1,38,
- длительная доза фликера Pltне должна превышать значения 1,0 в течение 100% времени интервала в одну неделю.

Рисунок 1 - Колебания напряжения
Одиночные быстрые изменения напряжения вызываются, в основном, резкими изменениями нагрузки в электроустановках потребителей, переключениями в системе либо неисправностями и характеризуются быстрым переходом среднеквадратического значения напряжения от одного установившегося значения к другому.
Обычно одиночные быстрые изменения напряжения не превышают 5% в электрических сетях низкого напряжения и 4% - в электрических сетях среднего напряжения, но иногда изменения напряжения с малой продолжительностью до 10% Unom и до 6% Ucсоответственно могут происходить несколько раз в день.
Если напряжение во время изменения пересекает пороговое значение начала провала напряжения или перенапряжения, одиночное быстрое изменение напряжения классифицируют как провал напряжения или перенапряжение.
Несинусоидальность напряжения
Гармонические составляющие напряжения обусловлены, как правило, нелинейными нагрузками пользователей электрических сетей, подключаемыми к электрическим сетям различного напряжения. Гармонические токи, протекающие в электрических сетях, создают падения напряжений на полных сопротивлениях электрических сетей