,建筑供配电与照明课程,吉林建筑大学,建筑供配电与照明课程,吉林建筑大学,1,2,第六章 供配电系统电能质量,3,电压偏移及改善措施,电压波动及其抑制,电网谐波及其抑制,衡量电能的指标：,要提高电力系统的电能质量主要是提高,电压、频率和波形,的质量。,电能质量主要指标包括,电压偏移、电压波动和闪变、频率偏差、谐波,（电压谐波畸变率和谐波电流含有率）。,本章主要讲述电压偏移、电压波动及谐波的概念、影响、国家标准对它们的质量评价指标及改善措施,。,第一节 电压偏移及改善措施,电压偏移，或称电压偏差,，,是指,供配电系统在正常运行方式下，系统各点瞬间的端电压,U,与其系统标称电压,之偏差，通常用它对标称电压 的百分值来表示，即,（一）电压偏移的含义及其计算,一、电压偏移,（二）电压偏移对设备运行的影响,电压偏移对设备的工作性能和使用寿命有很大的影响,对感应电动机的影响,当感应电动机的端电压过低时，由于其转矩与端电压平方成正比，因此当电压下降时转矩降低更为严重，会使电动机的运行情况恶化,。,当,感应电动机的端电压比其额定电压低,10,时，其实际转矩将只有额定转矩的,81,，而负荷电流将增大,5,10,以上，温升将增高,10,15,以上，绝缘老化程度将比规定增加一倍以上，从而明显地缩短电机的寿命。而且由于转矩减少，转速下降，不仅会降低生产效率，减少产量，而且还会影响产品质量，增加废、次品。当其端电压偏高时，负荷电流和温升也将增加，绝缘老化加剧，甚至击穿，缩短电机寿命。,对同步电动机的影响,当同步电动机的端电压偏高或偏低时，转矩也要按电压平方成正比变化，因此同步电动机的端电压偏差，除了不会影响其转速外，其它如对转矩、电流和温升等的影响，与感应电动机相同。,对电光源的影响,电压偏差对白炽灯的影响最为显著,。,电压过低,会使白炽灯不能正常发光。当白炽灯的端电压降低,10,时，灯泡的使用寿命将延长,2,3,倍，但发光效率将下降,30,以上，灯光明显变暗，照度降低，严重影响人的视力健康，降低工作效率，还可能增加事故。当其端电压升高,10,时，发光效率将提高,1,3,，但其使用寿命将大大缩短，只有原来的,1,3,。,电压偏差对日光灯及其它气体放电灯的影响不像对白炽灯那么明显，但也有一定的影响。,当其端电压偏低时，灯管不易起燃。如果多次反复起燃，则灯管寿命将大受影响。而且电压降低时，照度下降，影响视力工作。当其电压偏高时，灯管寿命又要缩短。,另外，,电压过低使电气设备不能充分利用,。当电压降低到额定值的,80,时，线路和变压器的电能输送容量只为额定值的,64,，移相电容器的无功功率也降低为额定值的,64,。,电压过低也会使功率和电能损失增加,，设备所需的功率不变，线路输送的功率也不变时，由于电压降低，使线路中电流增大，从而使系统中功率损耗和电能损耗也增大。,（二）,国家标准对电压偏差的评价指标,我国有关电能质量的国家标准，其中,GB/T12325,2008,电能质量,供电电压允许偏差,是对电压偏差的质量评估指标。其规定：,35kV,及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的,10,。如供电电压上下偏差同号时，按较大偏差的绝对值作为衡量的依据。,20kV,及以下三相供电电压允许偏差为,7,。,220V,单相供电电压允许偏差为,7,、,10,。,国家标准,GB50052,2009,供配电系统设计规范,规定：正常运行情况下，用电设备端子处电压偏差的,允许值宜符合下列要求：,电动机为,5,照明：在一般工作场所为,5,；对于远离变电所的小面积 一般工作场所，难以满足上述要求时，可为,5,、,10,；应急照明、道路照明和警卫照明等为,5,、,10,。,其它用电设备，当无特殊规定时为,5,。,不满足以上要求时，需采取措施进行改善。,二、改善电压偏差的主要措施,1.,合理选择变压器的电压比和电压分接头,2.,正确选择无载调压型变压器的电压分接头或采用有载调压型变压器,3.,减小线路电压损失,4.,尽量使系统的三相负荷均衡,第二节,电压波动及其抑制,（一）电压波动的含义及其计算,一、电压波动有关概念,电压波动是指电压方均根值（有效值）一系列的变动或连续的改变。它是波动负荷引起连续的电压变动或电压幅值包络线的周期性变动。其变动过程中相继出现的电压最大值,U,max,与最小值,U,min,之差称之为电压波动值，常用,U,max,与,U,min,之差对电网标称电压,U,N,的百分值来表示，即,式中：,m,某一规定时间内电压变化的次数；电压波动波形上相邻两个极值之间的变化过程称为一次电压波动，如图,6-1,中,t1,t2,和,t2,t3,等各为一次电压波动。,T,统计频度的时段，取引起电压波动的冲击性负荷一个周期；根据规定，电压变化的速度低于,0.2,的电压变化不统计在变化次数中，如图,6-1,中,t6,t7,；同一方向的变化，如间隔时间（一次变化结束到下次变化开始的时间段）不大于,30ms,，则算一次变化。,电压变动的频度,r,用单位时间内电压变动的次数来表示，即,r=m/T,第六章 供配电系统电能质量,（,二）电压波动的产生与危害,电压波动是由于负荷急剧变动的冲击性负荷所引起。例如电动机的起动，电焊机的工作，特别是大型电弧炉和大型轧钢机等冲击性负荷的工作，均会引起电网电压的波动。,电压波动可影响电动机的正常起动，甚至使电动机无法起动；对同步电动机还可引起其转子振动；可使电子设备、计算机和自控设备无法正常工作；可使照明灯发生明显的闪烁，严重影响视觉，使人无法正常生产、工作和学习。,（三）闪变及等效闪变值,闪变是指灯光照度不稳定造成的视觉感受，是电压波动在一段时间内的累计效果。由短时间闪变值,P,st,和长时间闪变值,P,lt,来衡量。引起灯光（照度）闪变的波动电压，称为闪变电压。,短时间闪变值,P,st,是衡量短时间（若干分钟）内闪变强弱的一个统计值，短时间闪变的基本记录周期为,10 min,。,长时间闪变值,P,lt,由短时间变值,P,st,推算出，反映长时间（若干小时）闪变强弱的量值，长时间闪变的基本记录周期为,2 h,。,当负荷为周期性等间隔矩形波（或阶跃波）时，闪变也可通过其电压变动,d,和频度,r,的曲线（或对应表格）进行有关估算,。,二、国家标准对电压波动和闪变的评价指标,国家标准对电压波动和闪变的质量评估指标为,GB12326,2008,电能质量,电压波动和闪变,。,规定,1.,电压波动的允许值,电力系统公共供电点由冲击性负荷产生的电压波动允许值,本标准中系统标称电压,U,N,等级按以下划分：,低压（,LV,）：,UN1KV,中压（,MV,）：,1KVUN35KV,高压（,HV,）：,35KVUN220KV,第六章 供配电系统电能质量,电压波动允许值,（依据国标,GB12326,2008,）,变动频度,r(,次,/h),电压波动允许值,d/%,低、中压,高压,r1,4,3,1,r10,3,2.5,10,r100,2,1.5,100,r1000,1.25,1,第六章 供配电系统电能质量,2.,闪变电压的允许值,电力系统公共连接点，在系统正常运行的较小方式下，以一周（,168 h,）为测量周期，所有长时间闪变值,P,lt,都应满足表闪变允许值的要求。,闪变电压允许值,（依据国标,GB12326,2008,）,P,lt,110 kV,110 kV,1,0.8,第六章 供配电系统电能质量,任何一个波动负荷用户在电力系统公共连接点单独引起的闪变值一般应满足下列要求。,电力系统正常运行的较小方式下，并保证波动负荷的最大工作周期包含在内，测量获得的最大时间内闪变值和波动负荷退出时的背景闪变值，通过下列计算获得波动负荷单独引起的长时间闪变值：,式中：,Plt1,波动负荷投入时的长时间闪变值；,Plt0,背景闪变值，是波动负荷退出时一段时期内的长时间闪变测量值；,Plt2,波动负荷单独引起的长时间闪变值。,第六章 供配电系统电能质量,三、电压波动和闪变的抑制,抑制电压波动和闪变，可采取下列措施：,1,）采用合理的接线方式。,对负荷变动剧烈的大型电气设备，采用专用线或专用变压器单独供电。,2,）设法增大供电容量，减少系统阻抗，,如将单回路线路改为双回路线路，或将架空线路改为电缆线路等，使系统的电压损耗减小，从而减小负荷变动时引起的电压波动。在系统出现严重的电压波动时，减少或切除引起电压波动的负荷。,3,）对大功率电弧炉的炉用变压器宜由短路容量较大的电网供电，一般是选用更高电压等级的电网供电。,4),对大型冲击性负荷,，如采取上述措施达不到要求时，可装设能“吸收”冲击无功功率的静止型补偿装置（,SVC,）,。,SVC,是一种能吸收随机变化的冲击无功功率和动态谐波电流的无功补偿装置，,第六章 供配电系统电能质量,第三节,电网谐波及其抑制,一、电网谐波的有关概念,交流电网中，由于许多非线性电气设备的投入运行，其电压、电流波形实际上不是完全的正弦波形，而是不同程度畸变的周期性非正弦波。,谐波,，是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常又称为高次谐波。而基波是指其频率与工频相同的分量。谐波次数（,h,）是谐波频率与基波频率的整数比。,（一）电网谐波的含义及其估算,谐波含有率（电压或电流）是周期性电气量中含有的第,h,次谐波分量有效值与其基波分量有效值之比，用百分数表示。第,h,次谐波电压含有率（）按下式计算,式中，为第,h,次谐波电压和基波电压的有效值，,kV,；,第,h,次谐波电流含有率,(),按下式计算,式中，为第,h,次谐波电流和基波电流的有效值，,A,。,第六章 供配电系统电能质量,谐波含量（电压或电流）是周期性电气量中含有的各次谐波分量有效值的和方根（平方和的平方根）值。,谐波电压总含量,(,U,H,),按下式计算,谐波电流总含量（,I,H,）按下式计算,总谐波畸变率表征波形畸变程度，是用周期性电气量中的谐波含量与基波分量有效值之比，用百分数表示。,第六章 供配电系统电能质量,电压总谐波畸变率（）按下式计算,电流总谐波畸变率（）按下式计算,第六章 供配电系统电能质量,（二）谐波的产生与危害,系统中主要的,“,谐波源,”,可分为两大类：,1,）含半导体非线性元件的谐波源,2,）含电弧和铁磁非线性设备的谐波源。,例如：各种整流设备、交直流换流设备、,PWM,变频器、相控调制变频器及为节能和控制用的电力电子设备等；,例如：交流电弧炉、交流电焊机、荧光灯和高压汞灯等气体放电灯、发电机、变压器及铁磁谐振设备等。,第六章 供配电系统电能质量,如在系统和用户中存在谐波干扰，将会使系统中的电压和电流发生畸变。供电系统中的谐波源主要是谐波电流源，谐波电流通过电网将在电网阻抗上产生谐波电压降，从而导致谐波电压的产生。,谐波对电气设备的危害很大。,谐波电流通过变压器，可使变压器的铁心损耗明显增加，从而使变压器出现过热，不仅增加能耗，而且使其绝缘介质老化加速，缩短使用寿命。谐波还能使变压器噪声增大。,第六章 供配电系统电能质量,二、国家标准对电网谐波的的评价指标,GB,T14549,93,电能质量,公用电网谐波,是目前我国对电网谐波的质量评估主要指标。,电网标称电压,k,电压总谐波畸变率（,%,）,次谐波电压含有率（,%,）,奇次,偶次,0.38,5.0,4.0,2.0,6,4.0,3.2,1.6,10,35,3.0,2.4,1.2,66,110,2.0,1.6,0.8,公用电网谐波电压,（相电压）,限值（据,GB,T14549,93,）,（一）谐波电压限值,第六章 供配电系统电能质量,式中，,S,k1,为公共连接点的最小短路容量,(MV,A),；,S,k2,为基准短路容量,(MV,A),；,I,hp,为表,6-5,中的第,h,次谐波电流允许值,(A),；,I,h,为短路容量为第,h,次谐波电流允许值,(A),。,（二）谐波电流允许值,公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（方均根值）不应超过表,-4,规定的允许值。当公共连接