Введение
Искажения показателей качество электроэнергии (ПКЭ) оказывают различные пагубные воздействия на распределительную сеть и потребителя. При этом выход показателей за пределы норм, определяемых ГОСТ-32144-2013, сопровождается изменением параметров трёхфазной системы напряжения.
Идеальная система трёхфазных напряжений характеризуется частотой 50 Гц, сдвигом фаз, равным 120o, и равенством величин напряжений в каждой фазе. Для поддержания этих параметров в пределах нормы существуют организационные и технические средства. К преимуществу организационных мер можно отнести относительную дешевизну и универсальность, но такого подхода зачастую оказывается недостаточно, поэтому широкое распространения получили технические средства, способные обеспечить высокое качество электроэнергии.
Провалы и прерывание напряжения
На рисунке 1 изображена осциллограмма процесса, вызванного провалом напряжения, заключающемся в понижении напряжения хотя бы одной из фаз ниже порогового значения. Такое события относят к случайным, оно возникает из-за неисправностях в электрической сети или в электроустановках потребителя, при включении мощной нагрузки или же при возникновении аварийных ситуаций. На рисунке 2 изображено прерывание напряжения, которое характеризуется значениями напряжения в каждой из ваз ниже 5% от опорного напряжения.
Рассматривая бытовые нагрузки, то к основным техническим средствам, способным компенсировать провал и прерывание напряжения, можно отнести импульсные блоки питания (ИБП).
На промышленных предприятиях с большой мощностью нагрузок помочь избежать пагубных воздействия провалов и прерываний напряжения способны системы накопления электроэнергии, которые во время возникновения провала преобразуют накопленную электрическую энергию в напряжение необходимого уровня. Более подробно такие системы описаны в разделе системы накопления электроэнергии (ESS).
Импульсные перенапряжения
Импульсные перенапряжения в точке передачи электрической энергии потребителю вызываются, в основном, молниевыми разрядами или процессами коммутации в электрической сети или электроустановках потребителя электрической энергии. Время нарастания импульсных напряжений может изменяться в широких пределах (от значений менее 1 микросекунды до нескольких миллисекунд).
На среднем и высоком напряжении для защиты от пагубных воздействий перенапряжений используются ограничители перенапряжения (ОПН), принцип их действия основан на полупроводниковых элементах, имеющих нелинейную вольт-амперную характеристику.
Для защиты от перенапряжений в низковольтной сети применяются реле напряжения, стабилизаторы напряжения или источники бесперебойного питания, в которых предусмотрена соответствующая функция. Также существуют модульные устройства защиты от импульсных перенапряжений, предназначенные для установки в домашний распределительный щиток.
Несинусоидальность и флуктуация напряжения
Наличие мощной нелинейной нагрузки ведет к возникновению несинусоидальности питающего напряжения. На рисунке 4 приведена типичная форма кривой напряжения, которая возникает при питании мощной выпрямительной нагрузки. Искаженная форма кривой напряжения может приводить к выходу из строя оборудования, имеющего общую точку питания с нелинейной нагрузкой. Так же несинусоидальность напряжения и тока приводит к возникновению дополнительных тепловых потерь в проводящих элементах сети, вызывает быстрое старение изоляции кабелей и трансформаторов. Поэтому для исключения пагубных воздействий токов гармоник на сеть необходимо проведение организационных мероприятий или применение современных технических средств, способных решить рассматриваемую проблему.
К организационным мероприятиям можно отнести правильное распределение нелинейной нагрузки по точкам питание или при большом количестве такой нагрузки отдельное питание чувствительного оборудования. Так же эффективным средством является использование качественного оборудования с высокой степенью электромагнитной совместимости, к примеру, ИБП с коррекцией коэффициента мощности.
Говоря о технических средствах, способных решить проблему гармонических искажений, то существует большое их количество, но к основным можно отнести: фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ) и активные фильтры гармоник (АФГ).
ФКУ основаны на пассивных элементах, таких как конденсаторы и реакторы и на их электрофизическом взаимодействии. Активные фильтры гармоник являются более современными устройствами, их принцип действия основан на преобразование напряжения с помощью силовых инверторов в ток необходимой формы.
Несимметрия напряжений
Еще одним показателем качества электроэнергии является несимметрия напряжений. Этот показатель характеризуется разностью значений напряжений в каждой фазе и отклонением фазного сдвига от значений 120o.
К негативным последствиям несимметрии напряжений можно отнести сбои в работе трехфазного оборудования, а также возникновение дополнительных потерь в силовых трансформаторах и двигателях.
Для борьбы с несимметрией рекомендуется проводить организационные меры по равному распределению однофазных нагрузок по фазам. К техническим средствам можно отнести симметрирующие трансформаторы, их особенность заключается в наличии дополнительной симметрируюшей обмотки в обмотках фаз трансформатора. Эта обмотка встраивается в нулевой провод и при возникновении тока в нем компенсирует потоки нулевой последовательности, протекающие по магнитопроводу.
Способностью компенсировать несимметрию напряжения и тока обладают рассмотренные выше системы накопления электроэнергии (ESS) и активные фильтры гармоник. Благодаря современной системе инверторов ESS способны обеспечить симметричное потребление мощности из сети даже при абсолютно несимметричной нагрузки.
