Лабораторная работа № 5
Влияние нагрузки на качество электроэнергии
Цель работы
Изучение несинусоидальности питающего напряжения - одного из важнейших показателей качества электроэнергии. Исследование некоторых типичных виновников ухудшения данного показателя. Измерение и анализ гармонического состава тока и напряжения.
Содержание работы
1. Определить гармонический состав напряжения в питающей сети 0,4 кВ лаборатории.
2. Определить гармонический состав напряжения и тока при подключении представленных в работе нагрузок.
3. Результаты измерений проверить на соответствие допустимым значениям коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения.
4. Оценить эффективность применения фильтров высших гармоник.
5. Составить отчет, содержащий полученные осциллограммы и результаты расчетов. Объяснить полученные результаты и сформулировать выводы по работе.
Основные положения и понятия
Качество электроэнергии влияет на работоспособность и эффективность функционирования питаемого оборудования, его следует рассматривать как воздействие кондуктивных помех (электромагнитных помех, распространяющихся по элементам электрической сети) на оборудование. Если уровень помех (показатели качества электроэнергии) не превышает устанавливаемых стандартом норм, то оборудование функционирует исправно, и нарушений (сбоев, снижения эффективности) систем не происходит.
Показатели качества электрической энергии, методы их оценки и нормы определяет Межгосударственный стандарт «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» ГОСТ 13109-97 [5]. В стандарте определяются показатели и нормы качества электроэнергии в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках присоединения электрических сетей, находящихся в собственности различных потребителей электроэнергии.
Стандартом устанавливаются следующие показатели качества электроэнергии (ПКЭ):
установившееся отклонение напряжения 
;
размах изменения напряжения 
;
доза фликера Pt;
коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения KU;
коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения KU(n);
коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U;
коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности K0U;
отклонение частоты Δ f;
длительность провала напряжения Δ tn;
импульсное напряжение Uимп;
коэффициент временного перенапряжения КперU.
Устанавливаемые ГОСТом показатели качества электроэнергии определяют предельный уровень электромагнитной совместимости для кондуктивных электромагнитных помех в системах электроснабжения общего назначения. При соблюдении этих норм обеспечивается электромагнитная совместимость электрических сетей систем электроснабжения общего назначения и электрических сетей потребителей электроэнергии (приемников электроэнергии), не возникает нарушений и помех в работе оборудования вследствие неудовлетворительного качества электроснабжения.
Большинство явлений, происходящих в электрических сетях и ухудшающих качество электрической энергии, происходят в связи с особенностями совместной работы электроприёмников и электрической сети. Электроприемники с нелинейными вольтамперными характеристиками потребляют из сети несинусоидальные токи при подведении к их зажимам синусоидального напряжения. Токи высших гармоник, проходя по элементам сети, создают падения напряжения в сопротивлениях этих элементов и, накладываясь на основную синусоиду напряжения, приводят к искажениям формы кривой напряжения в узлах электрической сети. В связи с этим ЭП с нелинейной вольтамперной характеристикой часто называют источниками высших гармоник.
Наиболее распространенным оборудованием, генерирующим высшие гармоники тока в сеть, являются:
· статические преобразователи (выпрямители, системы бесперебойного питания, тиристорные регуляторы, импульсные источники питания и т.д.);
· газоразрядные осветительные устройства и электронные балласты;
· электродуговые печи постоянного и переменного тока;
· сварочные аппараты;
· устройства с насыщающимися электромагнитными элементами;
· электродвигатели переменного тока с регулируемой скоростью вращения;
· специальные медицинские приборы и т.д.
Указанные устройства являются генераторами высших гармоник тока в системе электропитания. В зависимости от места своего подключения и процентного соотношения с линейными нагрузками в этой системе они тем или иным образом будут оказывать влияние на другие нагрузки.
Увеличение общего действующего значения тока при наличие высших гармонических в системе приводит к перегреву всего оборудования распределенной сети электропитания, также высшие гармоники вызывают:
§ паразитные поля и электромагнитные моменты в синхронных и асинхронных двигателях, которые ухудшают механические характеристики и КПД машины. В результате необратимых физико-химических процессов, протекающих под воздействием полей высших гармоник, а также повышенного нагрева токоведущих частей наблюдается:
§ ускоренное старение изоляции электрических машин, трансформаторов, кабелей;
§ ухудшение коэффициента мощности ЭП;
§ ухудшение или нарушение работы устройств автоматики, телемеханики, компьютерной техники и других устройств с элементами электроники;
§ погрешности измерений индукционных счетчиков электроэнергии, которые приводят к неполному учету потребляемой электроэнергии;
§ нарушение работы вентильных преобразователей при высоком уровне высших гармонических составляющих.
Наличие высших гармоник неблагоприятно сказывается на работе не только электрооборудования потребителей, но и электронных устройствах в энергосистемах. Для некоторых установок (система импульсно-фазового управления вентильными преобразователями, комплектные устройства автоматики и др.) допустимые значения отдельных гармоник тока (напряжения) указываются изготовителем в паспорте изделия.