Якість електричної енергії

Забезпечення необхідних якостей електроенергії, надійності й економічності електропостачання - основні завдання сільського електропостачання.

Якість електричної енергії при живленні електрообладнання від трифазних електричних мереж загального призначення, тобто для основного варіанта сільського електропостачання, визначається стабільністю й рівнями частоти струму й напруги в споживачів, а також ступенем несиметрії й несинусоїдальності (викривлення форми кривої у порівнянні із синусоїдою) напруг.

Зміна частоти в межах декількох відсотків номінальної в основному впливає тільки на роботу асинхронних двигунів. При зниженні частоти струму відповідно зменшується частота обертання електродвигунів, трохи збільшуються струм, максимальний момент і нагрівання двигуна, а при збільшенні частоти - навпаки. Однак при невеликих змінах частоти нормальна робота електродвигунів і більшості інших электроприемников практично не порушується.

Норми якості електричної енергії регламентує ДЕРЖСТАНДАРТ 13109-87.

Відповідно до Дст відхилення частоти струму (під відхиленням частоти розуміють різниця між її фактичним і номінальним значеннями) у нормальному режимі, тобто не менш 95 % часу доби, не повинні перевищувати ±0,1 Гц (допускається тимчасове збільшення відхилення частоти до ±0,2 Гц). Зазначені норми не поширюються на электроприемники, приєднані до мереж автономно працюючих електростанцій потужністю до 1000 кВт. Для них уважаються припустимими відхилення частоти в межах ±0,5 Гц, а ири потужності до 250 кВт - у межах ±2 Гц.

Слід зазначити, що підтримка частоти в необхідних межах практично не ставиться до основних завдань сільського електропостачання, тому що система сільського електропостачання забезпечує в першу чергу розподіл, а не виробництво електроенергії.

До важливих завдань сільського електропостачання ставиться підтримка необхідних рівнів напруги в споживачів. Зміна напруги, особливо понад припустиме значення, значно впливає на роботу споживачів. Досить чутливі до цього освітлювальні прилади. При підвищенні напруги понад номінальний різко знижується термін служби ламп розжарювання, а при зниженні помітно падає їхній світловий потік. Для люмінесцентних ламп, які усе більш широко застосовуються в сільськогосподарських освітлювальних установках, термін служби скорочується як при підвищенні, так і при зниженні напруги.

Зміна напруги впливає на роботу найпоширеніших у сільськогосподарськім виробництві короткозамкнених асинхронних двигунів. При зниженні напруги зменшується обертаючий момент двигуна, який практично пропорційний квадрату напруги, а також пусковий момент і трохи знижується частота обертання, збільшуються струм і нагрівання двигуна, через прискорене зношування ізоляції зменшується термін служби. При значнім зниженні напруги через зменшення обертаючого моменту може відбутися повна зупинка («перекидання») навантаженого двигуна й відповідно порушення технологічного процесу. Якщо при цьому двигун не відключити від мережі, він буде ушкоджений.

Зниження напруги приводить до зниження потужності й, отже, до погіршення нагрівання електронагрівальних приладів, роботи телевізорів, радіоприймачів, холодильників і інших побутових приладів. Підвищення напруги також шкідливо впливає на роботу побутових електроприладів, зменшуючи в більшості випадків строк їх служби.

Відповідно до Дст передбачаються наступні норми для відхилень напруги в споживачів (під відхиленням напруги розуміють різниця між дійсним значенням напруги в розглянутій крапці мережі і його номінальним значенням). На затисках электроприемников протягом не менш 95 % часу доби допускаються нормальні відхилення напруги в межах ±5 % номінального. Максимальні відхилення напруги допускаються ±10 %.

Наведені значення відхилень напруги поширюються на всі споживачів, і зокрема на споживачів, що живляться від сільських електричних мереж.

Для підтримки необхідних рівнів напруги в споживачів у системі сільського електропостачання використовуює спеціальне обладнання, що забезпечує регулювання напруги, зокрема мережні регулятори різних типів, конденсатори,, що включаються послідовно й паралельно в мережу, а також регулятори напруги генераторів сільських електростанцій.

Як вказувалося вище, на роботу споживачів також впливають несиметрія напруги й несинусоїдальність форми її кривої. Несиметрія напруги спостерігається в першу чергу в сільських електричних мережах напругою 0,38/0,22 кВ, де переважає однофазне навантаження. У цих мережах навіть нормальні режими часто несиметричні.

У результаті несиметрії відхилення напруги в однофазних приймачів, приєднаних до різних фаз, будуть різні, а в деяких можуть виходити за припустимі межі.

Несиметрія трифазної системи напруг характеризується появою в ній складових нульової і зворотної послідовностей. При цьому струми зворотної послідовності в трифазних асинхронних електродвигунах можуть досягати більших значень навіть при малім значенні напруги зворотної послідовності (через малий опір зворотної послідовності двигунів). Це приводить до додаткового нагрівання двигунів і скороченню строків їх служби. Несиметрія напруг може викликати також вібрацію двигунів, що знижує їхню довговічність. Тому відповідно до Дст нормальне значення коефіцієнта несиметрії напруг (відношення напруги зворотної послідовності основної частоти до номінальної лінійної напруги) на затисках трифазних електроприймачів довгостроково допускається в межах до 2 % і максимально до 4 %.

Значення іншого показника несиметрії - коефіцієнта нульової послідовності (відношення напруги нульової послідовності основної частоти до номінальної фазної напруги) для трифазних розподільних мереж, що живлять однофазні освітлювальні й побутові електроприймачі, не повинне перевищувати тих же величин.

Для зменшення впливу несиметрії навантажень на якість напруги необхідно забезпечувати по можливості симетричний розподіл однофазних приймачів по фазах і включення потужних із цих приймачів на лінійну напругу. Цьому сприяє також збільшення площі перетину проводів, і в першу чергу нульового проводу, що забезпечує зменшення опору й струму нульової послідовності.

Із цією ж метою доцільно замість розповсюджених трансформаторів 10/0,4 кВ зі схемою з’єднання обмоток «зірка- зірка-нуль» установлювати трансформатори зі схемою «зірка- зигзаг-нуль». Нарешті, можна використовувати також спеціальне симметрируюче обладнання.

Несинусоїдальність форми кривої напруги (поява в цій кривій вищих гармонік) приводить до підвищення нагрівання асинхронних двигунів, до збільшення втрат потужності й енергії у всіх елементах мереж. Відповідно до Дст на затисках електроприймачів значення коефіцієнта несинусоїдальність напруги (відносини діючого значення гармонійного змісту несинусоїдальної напруги до напруги основної частоти) довгостроково допускається в межах до 5 % і максимально до 10 %.

Враховуючи, що шкідливий вплив-несинусоїдальності напруги проявляється практично тільки при несиметричних режимах, зазначені вище заходи щодо усунення несиметрії одночасно корисні й для зменшення впливу несинусоїдальності напруги.