Отклонение напряжения характеризуется показателем установившегося отклонения напряжения dU_y, для которого установлены следующие нормы:

— нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения dU_y на выводах приемников электрической энергии равны соответственно ±5 и ±10% от номинального напряжения электрической сети по ГОСТ 721 и ГОСТ 21128 (номинальное напряжение);

Кстати, не зря в тексте выше я выделил понятие «на выводах приемников». Зачастую про это забывают и оценивают отклонение напряжения на выводах РУ-0,4 кВ трансформаторов или в точке общего присоединения. Поэтому необходимо быть внимательным при измерении самого простого показателя качества электроэнергии.

— нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения в точках общего присоединения потребителей электрической энергии к электрическим сетям напряжением 0,38 кВ и более должны быть установлены в договорах на пользование электрической энергией между энергоснабжающей организацией и потребителем с учетом необходимости выполнения норм настоящего стандарта на выводах приемников электрической энергии. Определение указанных нормально допустимых и предельно допустимых значений проводят в соответствии с нормативными документами, утвержденными в установленном порядке.

Ущерб от отклонения напряжения 

Отклонение напряжения в стандартах МЭК не нормируется, видимо, как не вызывающее нарушения ЭМС. ГОСТ 13109—97 уста­навливает на зажимах ЭП нормально и предельно допустимое уста­новившееся отклонение напряжения 5Uу = ±5 % и предельное ±10 % номинального напряжения сети. В точках общего присоединения к сетям напряжением 380 В и выше отклонение напряжения рассчи­тывается с учетом потерь напряжения в сети и необходимости обес­печить допустимые отклонения напряжения на зажимах электропри­емников в режимах наибольшей и наименьшей суточной нагрузки потребителя.

Положительные отклонения напряжения приводят к снижению потерь напряжения и увеличению потерь мощности в сетях, увеличе­нию производительности механизмов с асинхронным приводом. Однако срок службы оборудования сокращается. Особенно это относится к лампам накаливания. Отрицательные отклонения напряжения, глав­ным образом, сказываются на снижении производительности, увели­чении потерь напряжения и снижении потерь мощности.

Для оценки ущерба от отклонений напряжения используют эконо­мические характеристики, отражающие зависимость этого ущерба от значения напряжения на выводах электроприемника.

Влияние отклонений напряжения на потребляемую электроприемниками мощность характеризуют статическими характеристиками но напряжению. На рисунке 1 представлены обобщенные статические характеристики комплексной нагрузки по напряжению. Эти зависи­мости в общем случае нелинейные. При малых отклонениях напря­жения их можно представлять в виде линейных зависимостей. Вид статической характеристики по напряжению характеризует регулиру­ющий эффект нагрузки.

Рисунок 1 — Обобщенные статические характеристики комплексной нагрузки по напряжению

характеристики по напряжению характеризует регулиру­ющий эффект нагрузки. Регулирующим эффектом нагрузки называют изменение потребляемой активной и реактивной мощности Нагрузки в процентах при изменении напряжения на 1 %.

При снижении напряжения на нагрузке, как следует из статиче­ских характеристик, регулирующий эффект нагрузки способствует поддержанию напряжения на приемном конце линии, т.е. на нагрузке, из-за снижения потребляемой мощности и, следовательно, потерь напряжения в линии. В этом заключается положительный регулиру­ющий эффект нагрузки. В отличие от этого конденсаторная батарея, особенно нерегулируемая, обладает отрицательным регулирующим эффектом. При снижении напряжения на ее вводе снижается и гене­рируемая реактивная мощность. Это способствует увеличению реак­тивной мощности Q_n = Qнагр — Qкб , передаваемой по линии, и, следо­вательно, увеличению потерь напряжения в линии и снижению их на нагрузке.

Влияние отклонения напряжения на асинхронный двигатель

Рассмотрим влияние отклонений напряжения на работу асинхрон­ного двигателя. Электромагнитный момент, создаваемый вращаю­щимся полем статора АД, описывается функцией М_э =f(U) (рисунок 2). На этом рисунке приведена зависимость вращающего момента рабо­чего механизма М_мсх от его скорости вращения. Точка 1 соответ­ствует работе двигателя при номинальной нагрузке, при этом сколь­жение равно s1 = sном. При понижении напряжения, определяемого положением характеристик в точке 1, до напряжения, определяемого положением характеристик в точке 3 (U_H0_M > U2 > U3), скольжение увеличивается s_HOM < s2 < s3, а электромагнитный момент снижается M_H0_M > M2 > M3 т.е.производительность механизма, приводимого во вращение электродвигателем, снижается. Запуск двигателя при пониженном напряжении, когда s -> 1, невозможен, так как М_эл < М_мех.

Рисунок 2 — Влияние изменений напряжения на электромеханические характеристики асинхронного двигателя

Известно, что при снижении напряжения на зажимах двигателя на 15% номинального его электромагнитный момент снижается до 72 % номинального.

При уменьшении напряжения снижается амплитуда характери­стики М_эл =f(U), увеличивается его скольжение s и снижается ско­рость вращения. При останове АД, например при глубоком провале напряжения, s = 0,9-1, исключается возможность самозапуска, что может быть очень необходимо для некоторых технологических про­цессов. Асинхронный двигатель не запускается в тех случаях, когда М_эл < М_мех.

Повышение напряжения приводит к увеличению потребляемой реактивной мощности и соответствующим потерям в распредели­тельной сети. В среднем при повышении напряжения на 1 % потреб­ляемая реактивная мощность (регулирующий эффект) возрастает на 3 % для АД мощностью 20—100 кВт и на 5—7 % для АД меньшей мощности.

При работе ламп накаливания на пониженном по отношению к номинальному напряжении происходит уменьшение светового потока, а следовательно, снижение освещенности рабочей поверхности. При напряжении, равном 0,9Uном, световой поток снижается на 40 %. Это приводит к резкому снижению производительности труда персонала, работающего в помещениях, где используются лампы накаливания. При увеличении напряжения до 1,1U_HОM свето­вой поток возрастает примерно на 40 %, однако это сопровождается сокращением срока службы ламп в 4 раза [5.1]. Регулирующий эффект ламп накаливания равен 1,6 %.

Газоразрядные и люминесцентные лампы менее чувствительны к изменению напряжения. При уменьшении напряжения до 0,93—0,95 U_HОM освещенность рабочего места снижается на 10—15 %. Но при уменьшении напряжения до 0,8U_HОM и ниже зажигание газоразряд­ных ламп становится невозможным. Регулирующий эффект по актив­ной мощности люминесцентных ламп, включенных по схеме с рас­щепленной фазой, составляет 1,9%, а по реактивной мощности — 1,5 %. Для ламп ДРЛ с пускорегулирующей аппаратурой регулирую­щие эффекты соответственно равны 1,6 и 4,5 %.

Уровень напряжения существенно влияет на качество сварки. При U= 0,9U_HОM время сварки увеличивается на 20 %. Полный брак свар­ных швов при сварке обычных металлов наступает при выходе напряжения за пределы +15 %, а при сварке жаропрочных сталей — при 10 % U_HОM. В показано, что технологический и экономиче­ский ущерб при сварке существенно зависит от среднего значения напряжения, поддерживаемого в технологическом цикле производ­ства, а также от его среднеквадратического отклонения. Обеспечить требуемый диапазон изменения этих статистических характеристик можно, используя для этого известные средства регулирования напряжения, например РПН и ПБВ, или регулируемые средства ком­пенсации реактивной мощности.

Мероприятия по улучшению качества электрической энергии по отклонению напряжения описаны в статье на примере сельских электрических сетей, для которых проблема отклонение напряжения стоит достаточно остро. Это связано и с большой протяженностью линий 10 кВ и с несимметрией по фазам для таких сетей. Поэтому рассмотрим на примере них мероприятия по улучшению качества электрической энергии.