Антон Дьячков: «Чим складніше, тим цікавіше. Проектів багато не буває
Електрична енергія є одним із найпоширеніших товарів у процесах купівлі-продажу. При цьому електрична енергія відрізняється особливими властивостями:
Збігом у часі процесів виробництва, передачі, розподілу та споживання;
Залежність характеристик якості електричної енергіїяк від процесів виробництва, передачі та розподілу, а й від процесів споживання.
Тобто електроенергія – це один із небагатьох товарів, якість якого може безпосередньо залежати і від споживача. Проте, на електроенергію як товар поширюються відповідні вимоги Цивільного кодексу РФ, ФЗ «Про захист споживачів» та інших. Норми якості електричної енергії визначаються міждержавним стандартом , керівними документамихоча ряд властивостей електричної енергії може безпосередньо створювати загрози безпеці життя, здоров'я, людей (табл. 4.1). Тому доцільно норми якості електроенергії регламентувати спеціальним технічним регламентом лише на рівні федерального закону.
Таблиця 4.1.
Збитки споживача за порушення нормативів якості електроенергії
| Властивості електроенергії | Вид шкоди |
| Відхилення частоти | Недопуск та брак продукції |
| Відхилення напруги | Недопуск та брак продукції, скорочення терміну служби електрообладнання, додаткові втрати потужності та енергії |
| Провал напруги | Збій роботи електронного обладнання, брак продукції, загроза безпеці життя людини |
| Імпульс напруги | Вихід з ладу обладнання, загроза безпеці життя, здоров'я людини |
| Тимчасова перенапруга | Вихід з ладу обладнання |
| Несиметрія трифазної системи напруги у 4-х провідній мережі – у 3-х провідній мережі | Додаткові втрати потужності та енергії, неможливість використання обладнання. Додаткові втрати потужності та енергії, скорочення терміну служби та вихід з ладу обладнання |
| Несинусоїдність напруги | Додаткові втрати потужності та енергії, скорочення терміну служби електрообладнання, збій роботи та вихід з ладу обладнання |
| Коливання напруги | Несприятливий вплив на зір людини, збій роботи та вихід з ладу обладнання |
Є й інші причини підвищення рівня статусу норм якості електроенергії. Деякі з них:
Норми якості електроенергії є обов'язковими до виконання у всіх режимах роботи систем електропостачання загального призначення крім режимів, обумовлених форс-мажорними обставинами.
Норми ГОСТ 13109-97 підлягають включенню до технічних умов (ТУ) на приєднання та в договорах енергопостачання.
Вимоги до якості електроенергії в ТУ та договорах енергопостачання для споживачів, які є джерелом погіршення якості електроенергії, можуть бути жорсткішими, ніж норми ГОСТ 13109-97.
Норми якості електроенергії повинні застосовуватися при проектуванні та експлуатації електричних мереж, встановленні рівнів перешкодостійкості та перешкоди технічних засобів.
Норми якості електроенергії, встановлені ГОСТ 13109-97, є обов'язковими для систем електропостачання споживачів електроенергії, якщо цих систем відсутні галузеві нормативні документи.
4.2. Вплив якості електроенергії на роботу споживачів, витрати енергії та ресурсів
Насправді спостерігаються відхилення параметрів електричної енергії, що подається споживачам, від необхідних стандартизованих значень. Ці відхилення негативно впливають на роботу споживачів, призводять до непродуктивних втрат енергії та матеріальних ресурсів. Причинами погіршення якості електроенергії можуть бути:
короткі замикання у розподільчій мережі;
аварії в електричній мережі;
нерівномірність розподілу навантаження у споживача за окремими фазами;
спрацьовування засобів захисту та автоматики;
електромагнітні та мережеві збурення (перехідні процеси), пов'язані з включенням, відключенням та роботою потужних споживачів електроенергії та ін.
Показники якості електричної енергії пов'язані зі зміною напруги, а також з умовами забезпечення навантажень трифазної мережіта повинні відповідати вимогам ГОСТ 13109-97 (2002).
Розглянемо вплив деяких показників якості працювати споживачів.
Відхилення напруги від номінального значення.Відхилення напруги від номінального значення відбуваються внаслідок добових, сезонних та технологічних змін електричного навантаження споживачів, зміни потужності пристроїв, що компенсують, регулювання напруги на висновках генераторів електростанцій і трансформаторів на підстанціях енергосистем, а також зміни схем і параметрів електричних мереж.
Відповідно до ГОСТ 13109-97 (2002) встановлюються нормально та гранично допустимі відхилення напруги на висновках приймачів електричної енергії, які становлять ±5 та ±10 % номінального значення напруги.
У першу чергу на споживачах відбивається відхилення напруги, що встановилося. При зниженні напруги щодо його номінального значення відбувається зменшення світлового потокувід ламп розжарювання, знижується освітленість у приміщенні, на робочих місцях. Так, зниження напруги на 10% призводить до зменшення освітленості робочої поверхнів середньому на 40%, що викликає зниження продуктивності праці, підвищену стомлюваність персоналу. Підвищення напруги для ламп розжарювання також на 10% призводить до скорочення їх терміну служби та викликає надмірне освітлення робочих поверхонь, що несприятливо позначається на сприйнятті інформації з моніторів та цифрових приладів. Газорозрядні люмінесцентні лампи при зазначеному діапазоні зміни напруги не настільки істотно змінюють світловіддачу, але збільшення напруги на 10-15% призводить до різкого зниження їх терміну служби, а зниження напруги на 20% викликає відмови запалювання ламп.
Відхилення напруги від номінального значення призводить до зміни технічних показників електроприводу. Зниження напруги на вході асинхронних двигунівсприяє зміні таких механічних характеристикяк електромагнітний момент, частота обертання (ковзання). При цьому зменшується продуктивність механізму, а при зниженні напруги рівня, коли механічний момент на валу двигуна перевищує електромагнітний, запуск двигуна стає неможливим. Встановлено, що з пониженні напруги на 15 % номінального значення електромагнітний момент асинхронного двигуна знижується до 72 %, а при провалах напруги двигун може зупинитися. При зниженні напруги на вході електродвигуна при тій же потужності, що споживається, збільшується споживаний струм і відбувається додатковий нагрівання обмоток двигуна, що призводить до скорочення терміну його служби. Працюючи двигуна на напрузі 0,9 номінального значення термін його служби скорочується майже вдвічі.
Підвищення напруги на вході електродвигуна спричинює збільшення споживання реактивної потужності. У середньому кожен відсоток підвищення напруги споживання реактивної потужності збільшується на 3 % для двигунів потужністю 20-100 кВт і 5-7 % для двигунів меншої потужності.
Використання електричної енергії в електротермічних установках з відхиленнями напруги змінює технологічний процес і собівартість продукції, що виробляється. Виділення теплоти в електротермічних системах пропорційно доданій напрузі в другому ступені, тому при відхиленні напруги навіть на 5% продуктивність може змінитися на 10-20%.
p align="justify"> Робота електролізних установок при зниженій напрузі пов'язана зі зниженням їх продуктивності, додатковим витратою електродних систем, підвищенням питомої витрати електроенергії і собівартості продукції, одержуваної в процесі електролізу.
Зниження напруги на 5% номінального значення призводить, наприклад, до зниження випуску продукції при виробництві хлору та каустичної соди на 8%. Підвищення напруги понад 1,05 Uном викликає неприпустиме перегрів ванн електролізера.
Коливання напруги.Коливання напруги відбуваються внаслідок різкої змінної зміни навантаження на ділянці електричної мережі, наприклад, через включення асинхронного двигуна з великою кратністю пускового струму, технологічних установокз швидкозмінним режимом роботи, що супроводжується стрибками активної та реактивної потужностей, таких як привід реверсивних прокатних станів, дугові сталеплавильні печі, зварювальні апаратиі т.п.
Коливання напруги часто відбиваються на джерелах світла. Людське око починає сприймати коливання світлового потоку, спричинені коливаннями напруги. Коливання напруги мережі негативно позначаються на зоровому сприйнятті об'єктів, графічної та текстової інформації. Від меж зміни напруги і частоти коливань у разі залежить виникнення фликкер-эффектов (миготіння світла), що пов'язані з погіршенням умов праці, зниженням його продуктивності і стомлюваністю працівників.
Коливання напруги негативно позначаються на роботі високочастотних перетворювачів, синхронних двигунів, як роботи індукційних нагрівальних пристроїв. При зміні напруги в мережі може випускатися бракована продукція у текстильній та паперовій промисловості. Коливання частоти двигунів намотувальних та протяжних пристроїв призводять до обривів ниток та паперу, до випуску продукції різної товщини.
Коливання напруги можуть призвести до неправильної роботи захисних та автоматичних керуючих систем. При зміні напруги та її коливаннях понад 15 % можливе відключення магнітних пускачів.
Відхилення частоти змінної напруги від номінального значення.Одним з найважливіших параметрівелектричної системи, що забезпечує генерацію та споживання електроенергії змінного струмує стабільність частоти мережі. Частота змінної напруги електричної системі визначається частотою обертання генераторів на електростанціях. У разі відсутності балансу з вироблення та споживання електроенергії генератори починають обертатися з іншою частотою, що відбивається на частоті мережі. Таким чином, відхилення частоти мережі є загальносистемним показником, що характеризує баланс потужності у системі. Для компенсації зміни частоти та напруги у вузлах мережі система повинна мати резерв активної та реактивної потужностей, а також пристрої регулювання, які дозволяють підтримувати відхилення режимних параметрів у межах нормованих значень. Відхилення частоти мережі часто служить сигналом для збільшення вироблення електроенергії генеруючими станціями та для відключення частини навантаження під час перевантажень та при аваріях з короткими замиканнями в системі. Нормалізації частоти можна домогтися в результаті суворого дотримання балансу потужностей, що генерується і споживається, виключенням аварійних ситуацій і несанкціонованих комутацій на електричних станціях і підстанціях.
При зміні частоти змінюється потужність металорізальних верстатів, вентиляторів, відцентрових насосів. Зниження частоти часто призводить до зміни продуктивності обладнання, а часто і до погіршення якості продукції, що випускається.
Несиметрія напруги у трифазній системі при нерівномірному розподілі навантаження по фазах.Несиметрія напруг обумовлена наявністю потужних однофазних навантажень, нерівномірним розподілом навантаження між фазами, урвищем одного з фазних проводів.
Неоднакові значення напруги та струму у фазах зазвичай свідчать про нерівномірний розподіл навантажень у споживача за окремими фазами.
Несиметричні значення фазної напруги призводять до того, що в електричних мережах з'являються додаткові втрати. При цьому суттєво скорочується термін служби асинхронних двигунів внаслідок додаткового теплового нагрівуПри цьому доцільно вибирати двигуни більшої номінальної потужності, ніж потрібна.
Несиметрія фазної напруги в електричних машинах змінного струму рівнозначна появі магнітних полів, вектори магнітної індукції яких обертаються в протилежному напрямку з подвоєною синхронною частотою, що може порушити технологічні процеси.
При несиметрії напруги мережі, за допомогою якої живляться синхронні двигуни, можуть додатково виникати небезпечні вібрації. При значній несиметрії фазної напруги вібрації можуть виявитися настільки суттєвими, що виникає небезпека руйнування фундаментів, на яких встановлюються двигуни та порушення зварних з'єднань.
Несиметрія фазних напруг помітно впливає на роботу силових трансформаторів, викликаючи скорочення терміну їхньої служби. Аналіз роботи трифазних силових трансформаторів показав, що при номінальному навантаженні та коефіцієнті несиметрії струмів, що дорівнює 10%, термін служби ізоляції трансформаторів скорочується на 16%.
Несинусоїдальність кривої напруги при нелінійному навантаженні.Несинусоїдальність кривої напруги рівнозначна виникненню вищих гармонійних складових у напрузі живлення. Найчастіше поява вищих гармонік пов'язані з підключенням устаткування з нелінійної залежністю опору навантаження. До такого обладнання можна віднести перетворювальні пристрої (випрямлячі, перетворювачі, стабілізатори), газорозрядні прилади (люмінесцентні лампи), установки з перериванням струму в технологічному процесі (електрозварювання, дугові печі та ін.).
Несинусоїдність кривої напруги впливає всі групи споживачів. Це спричинено додатковим нагріванням елементів електроприймачів від найвищих гармонік. Вищі гармоніки викликають додаткові втрати потужності в двигунах, трансформаторах, а також теплові втрати в ізоляції. силових кабеляхта системах, у яких використовуються електричні конденсатори, погіршують умови роботи батарей конденсаторів пристроїв компенсації реактивної потужності. При несинусоїдальної кривої напруги відбувається прискорене старіння ізоляції електричних машин, трансформаторів, конденсаторів і кабелів в результаті незворотних фізико-хімічних процесів, що протікають під впливом високочастотних полів, підвищеного нагрівання струмопровідних частин осердя і ізоляції.
Таким чином, зниження якості електроенергії призводить до погіршення умов праці, зменшення обсягів виробництва, втрат ресурсів через погіршення якості продукції та зниження терміну служби обладнання, а також додаткових витрат електричної енергії.
Показники якості електроенергії можуть бути визначені за допомогою спеціальних приладів. В результаті аналізу показань цих приладів у ряді випадків можна визначити і винуватців погіршення якості електроенергії, якими можуть бути енергопостачальна організація, споживачі зі змінним, нелінійним або несиметричним навантаженням.
В даний час існують пристрої для покращення якості електроенергії. Зменшити вплив вищих гармонік на напругу живлення вдається за допомогою спеціальних активних фільтрів, які пригнічують вищі гармоніки. Для рівномірного розподілу навантаження застосовують симетруючі пристрої, що включають ємнісні та індуктивні елементи.
4.3. Перевірка якості роботи енергоустановок
Як показано вище, від якості роботи елементів енергоустановки та систем енергопостачання часто залежить і стан промислового виробництва, та якість життя населення. Якість енергопостачання безпосередньо впливає забезпечення ефективності, надійності та безпеки в енергоспоживачів.
Завдання енергоаудиту якості– отримати докази про фактичні значення вихідних параметрів (споживчих властивостей) енергоустановки, енергоносія, енергообладнання та перевірити відповідність цих параметрів обґрунтованим потребам промислових та побутових споживачів, проектної та технічної документації, встановленим нормам та правилам, а також сучасному рівню технологічного розвитку.
Основна інформація про технічні характеристикиелектроустаткування міститься у їх технічних паспортах. Крім того, стандарти наказують виробникам обладнання наносити на його поверхню номінальні параметри роботи.
Робочі характеристики обладнання, необхідні споживачам, зазвичай можна почерпнути з проектної та експлуатаційної документації на об'єкт, у якому встановлено це устаткування.
Це ж стосується і систем енергопостачання в цілому, для яких має існувати також спеціалізований документ: Схема енергопостачання.
На жаль, найчастіше трапляється так, що знайти необхідну документацію не вдається, маркування обладнання зафарбоване, а вимоги, на основі яких розроблявся проект енергоустановки, не відповідає сучасним.
Якість енергоносія фіксується в договорах енергопостачання та, як правило, має підтверджуватись сертифікатом або гарантуватися постачальником.
Однак те й інше в нашій країні знаходиться поки що на початковій стадії розвитку, а в договірній практиці прийнято обмежуватися вказівкою лише енергетичних характеристик енергоносія.
Тому на сьогоднішній день одним з основних джерел аудиторських доказів щодо якісним характеристикамроботи енергоустановок є вахтові журнали оперативного обліку та контрольні виміри, виконані самим аудитором.
Особливості енергоаудиту якості розглянемо з прикладу систем електропостачання.
Якість електричної енергіїяк відомо, обумовлюється її придатністю для забезпечення нормального функціонуваннятехнічних засобів (електричних, електронних, радіоелектронних та інших) споживачів електричної енергії
Ще раз підкреслимо, що особливість електричної енергії, як продукції, зокрема полягає в нерозривності та одночасності процесів виробництва та споживання, внаслідок чого спотворюючий вплив на якість енергії може бути як електроприймачами споживача, так і привнесено ззовні у вигляді конструктивної електромагнітної перешкоди, що поширюється із загальної електричної мережі. При цьому джерелами спотворень якості електричної енергії можуть бути як електроприймачі, так і електроприймачі інших споживачів, а також електротехнічне обладнання електричних станцій і мереж. У частині термінів та визначень параметрів якості електричної енергії енергоаудитору слід керуватися ГОСТ 23875-88.
Якість електричної енергії (КЕ) істотно впливає на надійність та економічність роботи електроустаткування. Погіршення КЕ може призвести до майнових збитків у споживачів (вихід з ладу електротехнічного обладнання), порушення роботи пристроїв автоматики, телемеханіки, зв'язку, електронної техніки, збільшення втрат електроенергії, нерегламентованих змін технологічного процесу, зниження якості продукції, продуктивності праці та ін. В окремих випадках, КЕ може вплинути на безпеку життя і здоров'я людей.
Найчастіше через незадовільний КЕ виявляються безглуздими капіталовкладення в сучасні технологіїі промислове обладнання, вимогливе до параметрів електропостачання
Багато в чому становище, що склалося з КЕ в електричних мережах, пояснюється тим, що тривалий час електроенергетика Росії розвивалася по екстенсивному шляху. Насамперед вирішувалися завдання забезпечення електроенергією зростаючих потреб промисловості, сільського та комунально-побутового господарства країни, підвищення надійності електропостачання та ін.
На цьому етапі розвитку електроенергетики забезпечення КЕ, що постачається споживачам, не розглядалося енергопостачальними організаціями як одне з основних завдань у взаєминах із ними.
У зв'язку з цим, енергопостачальні організації не приділяли належної уваги створенню системи управління КЕ, що відпускається споживачам, у тому числі створенню організаційної структури, розробці внутрішніх документів, організації системи контролю та аналізу КЕ та ін. приєднання споживачів.
Нині попит на аудит КЕ постійно зростає. Споживачі електроенергії, як юридичні, і фізичні особи, не бажають миритися зі становищем, коли енергопостачальні організації не забезпечують якість енергії, що поставляється.
У зв'язку з цим завданням енергетичного аудиту якості є не лише встановлення ступеня відповідності параметрів енергоносія або енергообладнання встановленим вимогам, а й вироблення комплексу заходів, що забезпечують стабільність підтримки необхідних показників якості та їх захист від можливого спотворення.
Кваліфікований аудит системи управління якістю електричної енергії дозволить енергопостачальним організаціям покращити якість енергії, що поставляється, зменшити збитки від претензій з боку споживачів, підвищити надійність електропостачання та стабільність виручки.
Під системою якості енергопостачальної організації розуміють сукупність організаційної структури, методик, процесів та ресурсів енергопостачальної організації, яка необхідна для здійснення адміністративного керівництва забезпеченням якості електричної енергії, що поставляється.
Аудиторські перевірки проводяться шляхом контролю за виробництвом електричної енергії та/або системи якості, а також експертизи протоколів періодичного або безперервного контролю КЕ.
Контроль якості електричної енергії має на увазі оцінку відповідності показників встановленим нормам та визначення сторони винної у погіршенні цих показників.
Норми якості електричної енергії у системах електропостачання загального призначення встановлені для наступних показників КЕ:
Відхилення частоти;
Усталені відхилення напруги;
Коефіцієнт спотворення синусоїдальності кривої напруги;
Коефіцієнт n-ої гармонійної складової напруги;
Коефіцієнт несиметрії напруг по зворотній послідовності;
Коефіцієнт несиметрії напруг за нульовою послідовністю.
Перші два показники є найбільш критичними для споживачів, тому з урахуванням лише цих двох показників встановлено найбільш масову процедуру обов'язкової сертифікації електричної енергії.
Визначення показників якості електричної енергії завдання нетривіальне.
Більшість процесів в електричних мережах – швидкоплинні, всі нормовані показники якості електричної енергії не можуть бути одномоментно виміряні безпосередньо – їх необхідно розраховувати, а остаточний висновок можна дати лише статистично опрацьованими результатами.
Тому для визначення показників КЕ необхідно виконати великий обсяг вимірювань з високою швидкістю та одночасною математичною та статистичною обробкою значень цих параметрів. Причому найбільший потік вимірювань необхідний визначення несинусоїдності напруги. Для визначення всіх гармонік до 40 включно і в межах допустимих похибок потрібно виконувати вимірювання миттєвих значень трьох міжфазних напруг 256 разів за період (3 256 50 = 38400 в секунду). А для визначення винної сторони одночасно вимірюються миттєві значення фазних струмів і фазовий зсув між напругою і струмом, тільки в цьому випадку можливо визначити, з якого боку і якої величини внесена та чи інша перешкода. Найбільш складна математика задіяна в оцінці коливань напруги. ГОСТ 13109-97 нормує ці явища для огибающей меандрової (прямокутної) форми, а мережі коливання напруги мають випадковий характер.
Тут необхідно вказати на найбільш масові причини, що погіршують показники КЕ:
Відстань споживача від центру харчування;
Малий переріз проводів у високовольтних зовнішніх мережах, якими поставляється електроенергія споживачеві;
Погана якість електричних з'єднаньу внутрішній мережі споживача;
Перевищення споживачами потужності електроприймачів, узгодженої з електропостачальною організацією;
Самовільне підключення абонентів, які не зареєстровані в електропостачальній організації;
використання споживачами приймачів електроенергії з різко змінним навантаженням, імпульсними блоками живлення;
Перехідні процеси в електричних мережах через короткі замикання, удари блискавок в елементи мережі, дії систем релейного захисту та автоматики, комутації різного електроустаткування, обриви нульового дроту в мережах 0,4 кВ;
Помилкові дії персоналу та помилкові спрацьовування засобів захисту та автоматики;
Відсутність чи недостатність централізованого регулювання напруги, засобів компенсації реактивної потужності.
При висловленні думки про способи підвищення КЕ аудитору доцільно розглянути ефективність таких технічних заходів:
1. проведення поетапної реконструкції найвіддаленіших ділянках розподільчої електромережі 6-10/0,4 кВ, де рівень напруги неприпустимо низький;
2. збільшення перерізу ліній електропередач;
3. приєднання до потужнішої системі енергопостачання;
4. організація роботи з виявлення абонентів, що самовільно підключилися до електромережі;
5. періодичне перефазування навантажень;
6. живлення потужних спотворюючих навантажень від окремої системи шин;
7. впровадження автоматизованих систем комерційного обліку електроенергії з контролем КЕ чи автоматизованих систем управління КЕ;
8. виконання сезонних перемикань споживачів на трансформаторних підстанціях;
9. застосування ЧРП чи пристроїв плавного пускуелектроприймачів із великими пусковими струмами;
10. застосування конденсаторних установок для компенсації реактивної потужності в розподільчій мережі;
Крім того, важливо висловити думку щодо договорів енергопостачання щодо чіткого розподілу відповідальності сторін за неприпустиме відхилення показників від встановлених норм.
Примітка: Питання впливу на різні компоненти довкіллята застосовності, а також економічні аспекти обговорюються у розділі 3.6.7
Проблемі забезпечення якості електричної енергії (КЕ) в електроенергетичних системах Росії завжди приділялася велика увага. Розроблено багато методик складання загальних схем заміщення систем електропостачання з несинусоїдальним та несиметричним навантаженням з урахуванням взаємного впливу енергоспоживачів.
В даний час практичного вирішення цієї проблеми не спостерігається через відсутність важелів управління на законодавчому рівні. Досі в країні не затверджено регламенту якості електричної енергії. Сертифікація електричної енергії в Росії за двома показниками (відхилення напруги і відхилення частоти, що встановилося) не здатна вирішити задачу забезпечення якості в мережах електропостачання навіть малою мірою. Багато в чому це є примусовим та витратним заходом для мережевих організацій, а неплатежі абонентів ще більше ускладнюють це завдання.
Разом з тим, вже зараз можна зробити значний крок у напрямку забезпечення необхідного рівня КЕ мережевих енергосистем (СЕС), витрачаючи при цьому з боку мережевих компаній незначні кошти. Йдеться про поступовий перехід до принципів економічної зацікавленості всіх сторін у забезпеченні необхідного КЕ, який визначається ступенем спотворення напруги електричної мережі за рахунок перешкод, що вносяться як енергопостачальною організацією, так і споживачами.
Ключовими тут є такі моменти:
Практичне запровадження договірних зобов'язань щодо поділу взаємної відповідальності за КЕ між постачальниками та споживачами електроенергії;
Розробка системи заходів економічного заохочення чи покарання залежно від впливу суб'єкта СЕС на КЕ у мережі;
Розробка технічних засобів вимірювання та їх серійного виробництва, які дозволять інструментально реалізовувати вжиті економічні заходи;
- запровадження обов'язкової сертифікації всіх новоприєднаних та реконструйованих споживачів та електричних станцій за допустимим вкладом (емісією) у спотворення напруги.
Для забезпечення якості електроенергії у системах електропостачання необхідно вирішити основні завдання:
1. Необхідно розробити та офіційно затвердити методику визначення винуватця спотворень ПКЕ
2. Забезпечити застосування засобів обліку електроенергії за одночасного безперервного контролю її якості.
Ухвалена в даний час система знижок та надбавок є, по суті, заохочувальною і на практиці, наскільки нам відомо, ще не застосовувалася. Однією з основних причин тут є те, що в даний час відсутні прилади, які б вимірювали показники якості електроенергії (ПКЕ) на досить тривалих інтервалах часу (не менше місяця) з одночасним урахуванням спожитої електроенергії та визначенням винуватця спотворень, що вносяться. Ключову роль цьому питанні має зіграти широке застосування лічильника електричної енергії, який здійснює розрахунок за спожиту (відпущену) електроенергію залежно від показників її якості. Такий прилад повинен мати високу точність(клас 0,5) та вимірювати одночасно активні та реактивні потужності (у тому числі й потужності спотворень) у всіх квадрантах.
Якість електроенергії проявляється через якість роботи кожного електроприймача. Сучасні електричні прилади, в тому числі й побутові, обов'язково оснащені стабілізуючим блоком живлення (холодильник, кондиціонер, пральна, посудомийна машина, комп'ютер і телевізор), вони покликані стабілізувати показники якості електричної енергії з метою максимально продовжити термін служби самого приладу. Але формуючи придатні показники для живлення приладів, вони неминуче псують криві струми та напруги в мережі 220В через генерацію ними вищих гармонік. Це відбувається навіть у режимі холостого ходу, коли телевізор увімкнено в мережу, але не працює.
Гармоніки, що генеруються, надають стимулюючий ефект на лічильники електроенергії, вони «розганяють» лічильник, змушують його працювати в межах своєї похибки, але в діапазоні завищення значень.
Чому так важливо для споживача звертати увагу на клас точності? Яку похибку лічильника вибрати вигідніше?
При порівнянні різниця показань у похибках між класом точності 0,5 і 1,0 електролічильника становить 3,0%. Річна переплата за похибку у вимірах електричної енергії складе близько 30% вартості лічильника, за три роки така покупка повністю окупить себе.
З урахуванням постійного зростання вартості електричної енергії використання лічильника з класом точності 0,5 дозволить точно враховувати споживання та економити свій бюджет.
Найкращим рішенням для споживача із заміни електронного приладу з обліку електричної енергії буде лічильник із класом точності 0,5.
ЛІТЕРАТУРА
1. ГОСТ 13109-97. Електрична енергія. Сумісність технічних засобів електромагнітна. Норми якості електричної енергії у системах електропостачання загального призначення. - Мінськ: Міждерж. рада зі стандартизації, метрології та сертифікації, 1998.
2. РД 153-34.0-15.502-2002. Методичні вказівкиз контролю та аналізу якості електричної енергії в системах електропостачання загального призначення. - М.: Енергосервіс, 2002.
3. Г.С. Кудряшев, О.М. Третьяков, О.М. Шпак, Рахмет Халимійн // Актуальні проблеми експлуатації машинно-тракторного парку, технічного сервісу, енергетики та екологічної безпекив АПК. - Іркутськ: ІРДСГА, 2007.
УДК 621.311
У типовому договорі енергопостачання детально прописано зобов'язання постачальника. Одне стосується показників якості електроенергії. Буде корисним дізнатися, що конкретно мається на увазі під цим терміном, про які показники йдеться, а також отримати інформацію про чинні нормативні документи. Ці відомості дозволять грамотно скласти претензію до постачальника, якщо якість електроенергії відповідає встановленим вимогам стандарту ГОСТ.
Що таке якість електроенергії?
Для кожного типу електромережі встановлено певні характеристики (параметри якості). Відповідність між ними та дійсними значеннями визначає якість електричної енергії.
Зміни ПКЕ можуть виникнути внаслідок втрат електроенергії під час передачі на відстань, збільшенням споживаного навантаження, електромагнітних явищ тощо.
Для оцінки якості електрики здійснюються вимірювання основних показників КЕ. Детально вони розписані в нормах ГОСТу 13109-97, а також у його новій редакції 13109-99, наведемо витримки з коротким описомкожного показника.
Основні показники якості електроенергії
Оскільки ідеальної відповідності номінальним параметрам досягти неможливо, у нормуванні показників передбачено відхилення. Вони можуть бути допустимими та гранично допустимими. Нижче наведено основні показники якості та вказано прийнятні норми для кожного з них
Відхилення напруги
Даний показник визначається за допомогою спеціального коефіцієнта, що характеризує відхилення по відношенню до номінальних. Для розрахунку використовується наступна формула: U уст = 100% * (U т - U н) / Uн, де U т - поточний показник, U н - номінальний. Вимірювання показників якості провадиться на приймачах електроенергії. Осцилограма даного процесу представлена нижче.
Мал. 1. Відхилення і коливання напруги, що сталося.Такі відхилення якості характерні при істотних змінах навантаження або великих втрат у процесі електроенергії. Допустимими вважаються показники при U вуст не більше 5,0%, гранично допустимі – 10,0%.
Коливання напруги
Цей параметр характеризує тимчасові відхилення амплітуди коливань електроструму. Осцилограма процесу представлена малюнку 1. Це складовий параметр якості електроенергії, оскільки характеристики коливань напруги необхідно враховувати:
- розмах змін;
- дозу коливань (частоту повторень);
- тривалість відхилень.
Для перших двох пунктів необхідно надати невеликі пояснення.
Розмах зміни напруги.
Цей параметр якості електроенергії описується різницею між максимальними та мінімальними відхиленнями. Коефіцієнт розмаху визначається наступною формулою: (U Pmax - U Pmin) / U ном, де U Pmax - максимальна величина розмаху, U Pmin - мінімальна, U ном - номінальне значення. Допустиме значення для коефіцієнта розмаху – не більше 10%.
Доза коливань напруги.
Цей критерій служить для опису частоти, з якою відбуваються відхилення. Слід враховувати, що й тимчасовий період між коливаннями менше 30,0 мілісекунд, їх необхідно розглядати як одне відхилення.
Для розрахунку використовується наступний вираз: F повт = m/T , при цьому m визначає кількість змін за певний часовий період вимірювань – Т, що дорівнює 10 хвилин. Норми цього показника безпосередньо пов'язані з дозою флікера, вона буде описана нижче.
Відхилення частоти
У системах загального призначення цього параметра встановлено значення 50,0 Гц. Норми стандарту допускають збільшення або зменшення частоти на 2,0% або 4,0% (допустимі та граничні показники, відповідно). Перевищення допустимих відхилень частоти призводить до виходу з ладу імпульсних БП, збоїв у роботі електрогенераторів.
Доза флікеру
Даний параметр описує вплив на людину, що виробляється мерехтінням джерел світла через зміну амплітуди електроструму. Вимірювання здійснюються за допомогою спеціальних приладів, що визначають допустиме мерехтіння.
Коефіцієнт тимчасового перенапруги
Ця характеристика визначає наскільки поточна амплітуда вище за гранично допустимий поріг. Такі відхилення характерні при КЗ чи комутаційних процесах. Випадковий характер відхилень не дозволяє нормувати показник, але зібрана статистика використовується для визначення якості електроенергії однофазної або трифазної мережі.
Провал напруги
Під цим параметром мається на увазі значне зниження амплітуди (понад 10,0% від номінального) з подальшим відновленням. Причиною провалів напруги може бути КЗ, різке збільшення навантаження.
Характеристики даного показника якості електроенергії описуються такими складовими:
- Глибина просідання напруги, в деяких випадках вона може прагнути до нуля.
- Кількість відхилень за певний проміжок часу.
- Тривалістю.
Остання вимагає пояснення.
Тривалість провалу напруги.
За цим критерієм можна судити як про якість, так і надійність електропостачання. "Просідання" з мінімальною тривалістю може не викликати збоїв у роботі електричних та електронних пристроїв. При тривалості в кілька секунд велика ймовірність відключення обладнання з електричними або електронними схемами управління. Крім цього, зростає реактивна складова електродвигунів, що призводить до зниження коефіцієнта потужності.
У зв'язку з випадковою природою явища його нормування не передбачено.
Імпульсна напруга
Виявляється у вигляді короткострокового (до 10 мілісекунд) збільшення амплітуди електроенергії. Викликати такий різкий стрибок можуть комутаційні чи грозові розряди. Оскільки такі стани мережі мають випадковий характер, нормування імпульсів не передбачено.
Для опису високочастотних імпульсів використовуються такі характеристики:
- Параметр максимальної амплітуди. У мережах до 1-го кВ, при прямому попаданні розряду блискавки, амплітуда викиду може досягати 6 кВ.
- Тривалість. Тривалість високоамплітудного (грозового) імпульсу, як правило, не перевищує кількох мілісекунд.
Несиметрія напруг у трифазній системі
Таке явне погіршення якості електроенергії може призвести неправильно розподілене навантаження між фазами одного ланцюга, КЗ на землю, обрив нейтралі, приєднання споживача з несиметричним навантаженням.
У зв'язку з цим встановлено вимогу, згідно з якою різниця навантаження між фазами одного ланцюга не повинна бути більше 30,0% в межах одного електрощита і 15,0% в початковій точці лінії живлення.
Для визначення показників несиметрії використовуються коефіцієнти нульової та зворотної послідовностей. Перший розраховується за формулою: К нп = 100% U нп / U ном, другий: Коп = 100% U оп / U ном, де U нп - амплітуда нульової послідовності, U оп - зворотної.
Відповідно до встановлених норм регулювання напруги в мережах до 1-го кВ значення U нп і U оп повинні бути не більше 2% і 4% (допустиме та граничне значення).
Несинусоїдальність форми кривої напруги
Рис 5. Гармоніка високого порядку Причиною такого відхилення є підключення до мережі споживача з нелінійною ВАХ. Характерний приклад- Перетворювач на тиристорах.
Мал. 6. Гармоніка третього порядку Для опису даного відхилення від якісних показників використовується коефіцієнт синусоїдальних спотворень, що визначається формулою Kі = ⎷ ∑U N 2 /U ном * 100%, де U – амплітуда гармонік.
Допустимі та гранично допустимі норми, що характеризують якісну або неякісну електроенергію для різних мереж, наведені в таблиці нижче.
Як перевірити та виміряти якість електричної енергії?
Перш ніж братися до вимірювань, що визначають якість електрмережі, слід взяти до уваги, що ПКЕ мають бути зафіксовані представниками постачальника електроенергії. За наслідками перевірки складається акт, на підставі якого можна пред'являти претензію.
Для перевірки всіх характеристик електроенергії на відповідність вимогам ГОСТ 53144-2013, ГОСТ Р 54149-2010 та іншим нормативним документам, потрібна спеціальна вимірювальна техніка. Але частину основних показників можна виміряти, використовуючи звичайний мультиметр чи визначити невідповідність за непрямими ознаками.
Як самостійно виявити зниження якості електроенергії?
Перерахуємо показники, які можна перевірити, використовуючи мультиметр у режимі вимірювання змінної напруги:
- Усталене відхилення.
- Перенапруження (включаючи перекіс фаз).
- Провали.
Другий і третій пункт досить умовні, тривалість спотворення може бути недостатньою реакції приладу, а перепади напруги буде важко від перенапруг і провалів.
До непрямих методів визначення якості електроенергії відноситься аналіз стану мережі роботи лампи з ниткою розжарення. Надто яскраве свічення вкаже на підвищену напругу, тьмяне – свідчить про «просідання», миготіння засвідчить перепади.
Нехарактерна робота електроустаткування також свідчить про недостатню якість електроенергії. Наприклад, компресор холодильника постійно функціонує, нестабільна робота електроніки, мимовільне відключення побутової техніки, все це вказує на недостатню напругу в побутовій мережі. Перевищення напруги спричинить спрацювання реле захисту, якщо воно було встановлено.
Не розглядаючи неминучі перехідні процеси, наведені на рис. 10.7, відзначимо, що тривале підвищення або зниження мережі живлення призводить до скорочення терміну служби двигунів і джерел живлення. Зниження менш бажане через значне зростання струму споживання, порушення та виходу з ладу електроніки та обчислювальної техніки. Негативний вплив надає повне пропадання напруги живлення. Короткочасні сплески та провали викликаються перехідними процесами в електричній системі, супроводжуючись високочастотними перешкодами, що призводять до збою електронної апаратури. Сплеск може призвести до виходу з ладу споживача, якщо комутаційна та особливо захисна апаратура не задовольняє вимоги щодо швидкодії та селективності.
Що впливає на якість електропостачання
Негативний впливна силове електрообладнання та вимірювальні приладинадають тривалі спотворення кривої напруги, особливо спотворення напруги, що мають характер «зазубрин», спричинені комутацією силових тиристорів та діодів у потужних джерелах спотворення. Найбільш небезпечними є спотворення кривої ження через нуль. Ці спотворення можуть спричинити додаткові комутації діодів малопотужних джерел живлення, прискорення старіння конденсаторів, збій комп'ютерів та принтерів та іншої апаратури.
Проблема якості у вітчизняних електричних мережах дуже специфічна. У всіх промислово розвинених країнпідключення потужних нелінійних навантажень, що спотворюють форму кривих струму та електричної мережі, допускається лише за дотримання вимог щодо забезпечення якості електроенергії та за наявності відповідних коригувальних пристроїв. При цьому сумарна потужність нововведеного нелінійного навантаження не повинна перевищувати 3...5% від потужності всього навантаження енергокомпанії. Інша картина спостерігається у нашій країні, де такі споживачі підключаються досить хаотично.
Видача технічних умовна приєднання багато в чому формальна через відсутність чітких методик та масових сертифікованих приладів, які фіксують «хто винен». При цьому промисловістю практично не випускалися необхідні фільтрокомпенсуючі, симетруючі, багатофункціональні пристрої, що оптимізують та ін.
В результаті електричні мережі Росії виявилися перенасиченими обладнанням, що спотворює.
В окремих регіонах сформувалися унікальні за своєю потужністю та ступенем спотвореності кривих струму та комплекси електричних мереж енергосистем та розподільчих мереж споживачів, що суттєво загострило проблему електропостачання споживачів якісною електроенергією.
Для визначення відповідності значень вимірюваних показників якості електроенергії норм стандарту, за винятком тривалості провалу напруги, імпульсної напруги, коефіцієнта тимчасового перенапруги, встановлюється мінімальний інтервал часу вимірювань, що дорівнює 24 год, що відповідає розрахунковому періоду. Загальна тривалість вимірювань ПКЕ повинна бути обрана з урахуванням обов'язкового включення характерних для ПКЕ вимірюваних робочих і вихідних днів. Рекомендована загальна тривалість виміру становить 7 діб. Зіставлення ПКЕ з нормами стандарту необхідно проводити за кожну добу загальної тривалості вимірювань окремо для кожного ПКЕ. Крім того, вимірювання ПКЕ слід проводити на вимогу енергопостачальної організації чи споживача, а також до та після підключення нового споживача.
Методів підвищення якості електроенергії
Існують три основні групи методів підвищення якості електроенергії:
- раціоналізація електропостачання, що полягає, зокрема, у підвищенні потужності мережі, у харчуванні нелінійних споживачів підвищеною напругою;
- поліпшення структури 1УР, наприклад, забезпечення номінального завантаження двигунів, використання багатофазних схем випрямлення, включення до складу споживача коригувальних пристроїв;
- використання пристроїв корекції якості - регуляторів одного або кількох показників якості електроенергії або пов'язаних з ними параметрів потужності, що споживається.
Економічно найкращою є третя група, оскільки зміна структури мережі та споживачів веде до значних витрат.
Проектування нових мереж споживачів необхідно вести з урахуванням сучасних вимог до якості, орієнтуючись на розробку регуляторів якості електроенергії різних типів. Цілеспрямоване вплив зміну одного виду спотворень викликає непрямий вплив інші види спотворень. Наприклад, компенсація коливань напруги викликає зниження рівнів гармонік і призводить до зміни відхилень напруги.
Відхилення є повільними і викликаються зміною рівня в центрі живлення, або втратами в елементах мережі (рис. 10.8). вимоги щодо відхилень для останніх електроприймачів не виконуються через значні втрати в кабельній лінії та на шинах живлення. сумарні втрати л/ц.п, %, визначають за виразом:
Аналізуючи епюру (див. рис. 10.8), можна зробити висновок, що забезпечити вимоги щодо відхилень можна за рахунок регулювання в центрі живлення (гпп, рп) та шляхом зниження втрат в елементах мережі.
Регулювання реалізується за допомогою зміни коефіцієнта трансформації трансформатора, що живить. для цього трансформатори оснащуються засобами регулювання під навантаженням (рпн) або мають можливість перемикання відпайок регулювальних відгалужень без збудження (пбв), тобто з відключенням їх від мережі на час перемикання відгалужень. трансформатори з РПН дозволяють регулювати в діапазоні від ±10 до ±15% з дискретністю 1,25 ... 2,50%. трансформатори з пбв мають регулювальний діапазон ±5 %.
Зниження втрат в лініях живлення або кабелях може бути реалізовано за рахунок зниження активного і (або) реактивного опору. Зниження опору досягається шляхом збільшення перерізу проводів або застосуванням пристроїв поздовжньої компенсації (КПК).
Поздовжня ємнісна компенсація параметрів лінії полягає в послідовному включенні конденсаторів у розсічення лінії, завдяки чому її реактивний опір зменшується: Х'л = XL ХC< Хл.
Коливання у системі електропостачання промислового підприємства викликаються начерками реактивної потужності навантажень. На відміну від відхилень коливання відбуваються значно швидше. Частоти повторення коливань досягають 10...15 Гц при швидкостях накидів реактивної потужності до десятків і навіть сотень мегаварів на секунду. Розмах коливань напруг
З виразу (10.33) випливає, що для зниження bU необхідно зменшити Хкз або начерки реактивної потужності навантаження QH, для зниження яких повинні застосовуватися швидкодіючі джерела реактивної потужності, здатні забезпечити швидкості накидів реактивної потужності, порівняні з характером зміни навантаження. При цьому виконується умова
Підключення ІРМ призводить до зниження амплітуд коливань результуючої реактивної потужності, але збільшує їхню еквівалентну частоту. При недостатній швидкодії застосування ІРМ може призвести навіть до погіршення становища.
Для зниження впливу різко змінного навантаження на чутливі електроприймачі застосовують спосіб поділу навантажень, при якому найбільш часто застосовують здвоєні реактори, триобмотувальні трансформатори, з розщепленою обмоткою або живлять навантаження від різних трансформаторів. Ефект використання здвоєного реактора заснований на тому, що коефіцієнт взаємоіндукції між обмотками здвоєного реактора не дорівнює нулюа падіння напруги, що зменшується на 50…60 % за рахунок магнітного зв'язку обмоток реактора, у кожній секції визначається за формулами:
де Км – коефіцієнт взаємоіндукції між обмотками секцій реактора; XL – індуктивний опір секції обмотки реактора.
Трансформатори з розщепленою обмоткою дозволяють підключати до однієї гілки обмотки нижчого різко змінне навантаження (джерело спотворень), а до іншої - стабільне. Зв'язок між змінами в обмотках визначається за виразом
Зниження несиметрії напрузі досягається зменшенням опору мережі струмів зворотної та нульової послідовностей та зниженням значень самих струмів. Враховуючи, що опори зовнішньої мережі (трансформаторів, кабелів, ліній) однакові для прямої та зворотної послідовностей, знизити ці опори можна лише шляхом підключення несиметричного навантаження до окремого трансформатора.
Основним джерелом несиметрії є однофазні навантаження. При співвідношенні між потужністю короткого замикання у вузлі мережі SK 3 до потужності однофазного навантаження більше 50 коефіцієнт зворотної послідовності зазвичай не перевищує 2%, що відповідає вимогам ГОСТ.
Знизити несиметрію можна, збільшивши SK3 на затискачі навантаження. Це досягається, наприклад, підключенням потужних однофазних навантажень через власний трансформатор на шини 110 – 220 кВ. Зниження систематичної несиметрії в низьких мережах здійснюється раціональним розподілом однофазних навантажень між фазами з таким розрахунком, щоб опори цих навантажень були приблизно рівні між собою. Якщо несиметрію не вдається знизити за допомогою схемних рішень, застосовуються спеціальні пристрої.
Як такі симетруючі пристрої застосовують несиметричне включення конденсаторних батарей (рис. 10.9, а) або спеціальні схеми симетрування (рис. 10.9 б) однофазних навантажень.
Якщо несиметрія змінюється за імовірнісним законом, то для її зниження застосовуються автоматичні симетруючі пристрої, в схемах яких конденсатори і реактори набираються з декількох невеликих паралельних груп і підключаються залежно від зміни струму або зворотної послідовності (недолік - додаткові втрати в реакторах). Ряд пристроїв заснований на базі застосування трансформаторів, наприклад трансформаторів з обертовим магнітним полем, що є несиметричним навантаженням, або трансформаторами, що дозволяють здійснити пофазне регулювання напруги.
Як зменшити несинусоїдність напруги
Зниження несинусоїдального досягається:
- схемними рішеннями: - виділення нелінійних навантажень на окрему систему шин; розподіл навантажень по різних вузлах живлення з підключенням паралельно їм електродвигунів; угруповання перетворювачів за схемою множення фаз; підключення навантаження до системи з більшою потужністю SK3;
- використанням фільтрових пристроїв: включення паралельно до навантаження вузькосмугових резонансних фільтрів; включення фільтрокомпенсуючих пристроїв; застосування фільтросимметруючих пристроїв; застосування ІРМ, що містять фільтрокомпенсуючі пристрої;
- застосуванням спеціального обладнання, що характеризується зниженим рівнем генерації вищих гармонік: використання «трансформаторів, що не насичуються»; застосування багатофазних перетворювачів із покращеними енергетичними показниками.
Розвиток сучасної базисилової електроніки та методів високочастотної модуляції призвело до створення пристроїв, що покращують якість електроенергії - активних фільтрів, що підрозділяються на послідовні та паралельні, на джерела струму та напруги. Це спричинило отримання чотирьох базових схем (рис. 10.10).
Як накопичувач енергії в перетворювачі, що служить джерелом струму, використовується індуктивність, а в перетворювачі, що служить джерелом напруги, використовується ємність. Схема заміщення силового резонансного фільтра наведено на рис. 10.11.
Опір фільтра Z на частоті з дорівнює При XL = Хс на частоті з настає резонанс напруг, що означає, що опір фільтра для гармонійної компоненти з частотою дорівнює 0.
При цьому гармонійні компоненти з частотою будуть поглинатися фільтром і не будуть проникати в мережу. На цьому явищі засновано принцип побудови резонансних фільтрів.
У мережах з нелінійними навантаженнями виникають, як правило, гармоніки канонічного ряду, порядковий номер яких v = 3, 5, 7,... Рівні гармонік з таким порядковим номером зазвичай зменшуються зі збільшенням частоти. Тому на практиці застосовують ланцюжки з паралельно включених фільтрів, налаштованих на 3, 5, 7 і 11 гармоніки. Такі пристрої називаються вузькосмуговими резонансними фільтрами. Якщо XL і Хс - опір реактора та конденсаторної батареї на основній частоті, то, використовуючи вираз (10.38), отримуємо
Фільтр, який крім фільтрації гармоніки генеруватиме реактивну потужність і компенсуватиме втрати потужності в мережі та напруги, називається фільтрокомпенсуючим (ФКУ).
Якщо пристрій крім фільтрації вищих гармонік виконує функції симетрування напруги, такий пристрій називається филыросиметрирующим (ФСУ). Конструктивно ФСУ є несиметричний фільтр, включений на лінійне мережі. Вибір лінійних напруг, на які підключаються фільтруючі ланцюги ФСУ, а також співвідношення потужностей конденсаторів, включених у фази фільтра, визначаються умовами симетрування напруги.
Таким чином, пристрої типу ФКУ та ФСУ впливають одночасно на кілька показників (несинусоїдність, несиметрія, відхилення напруги). Такі пристрої для підвищення якості електричної енергії отримали назву багатофункціональних пристроїв, що оптимізують (рис. 10.12). Доцільність їх розробки полягає в тому, що різко перемінні навантаження типу ДСП викликають одночасне спотворення за рядом показників, що і зажадало комплексного вирішення проблеми.
До категорії таких пристроїв відносяться швидкодіючі статичні джерела реактивної потужності. За принципом регулювання реактивної потужності їх можна поділити на ІРМ прямої та непрямої компенсації. Такі пристрої, маючи високу швидкодію, дозволяють знижувати коливання напруги. Пофазне регулювання та наявність фільтрів забезпечують симетрування та зниження рівнів вищих гармонік.
При розробці стратегії підвищення якості електроенергії в електричних мережах та забезпечення умов електромагнітної сумісності слід враховувати, що для виправлення становища необхідні значні матеріальні ресурси та досить тривалий період. Розробка всього комплексу заходів потребує технічної та економічної оцінки наслідків зниженої якості, що утруднено через такі обставини:
- вплив якості електроенергії на якість і кількість продукції, що випускається, а також на терміни служби електроприймачів носить інтегральний характер; зміни більшості показників якості в часі є стохастичними через їх залежність від режимів роботи великої кількості електроприймачів;
- наслідки зниженої якості електроенергії часто виявляються в кінцевому продукті, на якісні та кількісні характеристики якого впливають інші фактори;
- відсутність даних звітного характеру, що дозволяють встановити причинно-наслідкові зв'язки між реальними показниками якості, з одного боку, та роботою електрообладнання та якістю продукції, що випускається - з іншого;
- слабка оснащеність вітчизняних електричних мереж засобами виміру показників якості електроенергії.
Проте задля забезпечення необхідних ГОСТ 13109 – 97показників необхідне виконання комплексу організаційних та технічних заходів, спрямованих на встановлення причин та джерел порушень та полягають в індивідуальному та централізованому придушенні перешкод із забезпеченням підвищеної перешкодозахищеності чутливих до спотворень електроприймачів.
Збільшення кількості та підвищення встановленої потужності електроприймачів з нелінійним та несиметричним характером навантажень, поява нових електротехнічних установок зробили спотворені режими характерною та невід'ємною рисою роботи сучасної системиелектропостачання. При цьому порушення ГОСТ 13109-97 можливе як з боку енергопостачальної організації (відхилення напруги, відхилення частоти; тривалість провалу напруги; імпульсна напруга; коефіцієнт тимчасового перенапруги, так і з боку споживачів).
Споживач зі змінним навантаженням може порушити стандарт по розмаху зміни 8 U, і дозі флікера з нелінійною - за коефіцієнтом спотворення синусоїдальності кривої Кі і коефіцієнта гармонійної складової з несиметричної - за коефіцієнтом несиметрії напруги по зворотній послідовності та коефіцієнта несиметрії напруги за нульовою послідовністю Коі.
Показники відхилення частоти та залежать від балансу активної та реактивної потужностей в енергосистемі, тому підтримка їх покладається на енергопостачальні організації, мережі яких є винуватцем провалів напруги, імпульсів та короткочасних перенапруг. Провал - неминуче явище для мережі будь-якого - призводить до миттєвих наслідків, тим більш значущим, чим більша їх глибина та тривалість.
Причиною, що викликає несинусоїдність, несиметрію, коливання та відхилення напруги, є той чи інший вид електроприймача, що визначається технологічним процесом (виробництвом). Відхилення викликає зміну навантаження будь-якого виробництва. Підприємства з потужними зварювальними пристроямипороджують і коливання, несиметрію напруги; дугові сталеплавильні печі - ще й несинусоїдність; електроліз кольорової металургії - коливання, несинусоїдність; однофазна навантаження - несиметрію; тягові підстанції - несинусоїдність і несиметрію напружень.
Ми розглянули спотворення в режимах роботи. Але існують промислові джерела спотворень напруги, що створюють перешкоди у пускових режимах чи регулюванні. Вищі гармоніки породжують при пуску та гальмуванні електродвигуни змінного струму з регульованою швидкістю, перетворювачі при рекуперативному гальмуванні Трансформатори при включенні та відключенні викликають короткочасні перенапруги.
Споживач може бути джерелом спотворень з кількох ПКЕ. Кількість і місцезнаходження джерел у схемі відомо приблизно, а рівень спотворень, що вносяться ними, практично невідомий. Спотворюючі струми розтікаються мережами залежно від схеми мережі, її частотних характеристик тощо. п. Струми підсумовується у вузлах, тому спотворення визначається дією кількох винуватців.
Якщо розглядати всі точки (вузли), де слід витримувати (і перевіряти) ПКЕ, то є об'єкт з цінологічними властивостями. Але існуюча теорія розрахунку ПКЕ ґрунтується на нормальному розподілі. Стан, що склалося аналогічно положенню з розрахунком електричних навантажень в 50-60-і рр.. XX ст., коли вважали, що ймовірнісний гауссів підхід вирішить проблему навантажень. Вочевидь, що є велика область теорії та практики, найважливіша під час використання електроенергії, потребує нових уявлень.
Для забезпечення вимог, що висуваються до якості споживачами, значення напруги в кожній точці електричної мережі повинні знаходитись у певних допустимих межах. Практично без спеціальних регулюючих пристроїв допустимий режим напруги може бути забезпечений тільки в тому випадку, коли невеликі сумарні втрати. Це може бути тільки в мережах невеликої протяжності та з малим числом проміжних трансформацій.
У розподільних електричних мережах відхилення зазвичай визначаються для характерних точок - найбільш чутливих до відхилення споживачів та найбільш віддалених від трансформаторних підстанційточок підключення електроприймачів. У фіксований момент часу для будь-якої точки радіальної мережі величина bU визначається виразом
Розмахи зміни напруги, що йдуть один за одним, створюють коливання 5Ut. Нормування коливань проводиться у міру впливу зір людини. Процес зорового сприйняттяколивань (флікера) починається з верхньої межі частоти коливань близько 35 Гц при змінах менше 10%. Найбільш дратівлива дія миготіння світла настає у людини при частоті, що дорівнює 8,8 Гц, за певної величини розмаху U. Тривалість впливу коливань при цьому становить 10 хв. З погляду флікера лампи розжарювання є навантаженнями, найбільш чутливими до величини зміни напруги.
Джерелами коливань у сучасних електричних системахє потужні електроприймачі, що характеризуються імпульсним, різко змінним характером споживання активної та реактивної потужностей. Їх характерні: харчування від шин напругою 35 — 220 кВ; значні зміни споживаної активної Р та реактивної Q потужності (яка може перевищувати в 1,5 рази) з високою швидкістю протягом доби; наявність у струмоприймачів нелінійних елементів.
До таких електроприймачів належать у пріоритетному порядку за ступенем впливу на цей ПКЕ: дугові сталеплавильні печі; руднотермічні печі; електродвигуни великої потужності (зокрема, прокатних станів); індукційні печі; машини контактного зварювання; перетворювачі електролізних установок; синхронні двигуни; приводи насосів та компресорів у розподільчих мережах. Так, під час роботи печі ДСП100 на напрузі 35 кВ величина bU в мережі склала (4,3…8,2)% при cos
0,1 ... 0,3 в період розплаву металу та cos cp = 0,70 ... 0,77 - в інших режимах. При цьому коливань дорівнювала 8,3 Гц.
Нестабільність коливань багато в чому визначається мінливістю споживання реактивної потужності, тому, аналізуючи її процес зміни, можна отримати досить достовірну інформацію про характер коливань досліджуваної електричної мережі.
В електричних системах поширення коливань відбувається у напрямку до низьких шин практично без загасань, а до шин високого — із загасанням по амплітуді. Цей ефект проявляється в залежності від величини SK3 системи. При поширенні коливань у будь-якому напрямку їх частотний спектр зберігається, а коефіцієнт загасання або посилення визначається співвідношенням
де Sкз - потужність короткого замикання ступеня трансформації; Sт ном - номінальна потужність трансформатора; Ек - короткого замикання трансформатора.
Джерелами гармонічних спотворень є в основному навантаження, що мають нелінійні характеристики: дугові сталеплавильні печі; вентильні перетворювачі; трансформатори з нелінійними вольтамперними характеристиками; перетворювачі частоти; індукційні печі; обертові електричні машини, що живляться через вентильні перетворювачі; телевізійні приймачі; люмінісцентні лампи; ртутні лампи. Останні три джерела створюють при роботі невисокий рівень гармонійних спотворень на виході, але їх загальна кількість велика. Ефект накладення спотворень призводить до значного рівня, навіть у мережах високих напруг. Так, величина гармонійних спотворень КТшЯі в мережах 230 кВ за рахунок роботи телевізійних приймачів може досягати 1%. Поки що у вузлах електропостачання промислових підприємств значення коефіцієнта спотворення синусоїдальності кривої Кі та коефіцієнта лй гармонійної складової перевищують норми ГОСТ (табл. 10.4).
Поширення гармонік струму по мережі також залежить від параметрів схеми та конфігурації мережі. При поширенні гармонік струму від джерела у напрямі мережі вищого відбувається зниження амплітуд гармонійних складових, зазвичай викликане збільшенням величини SK3 системи. Якщо поширення гармонік відбувається у напрямку до мереж низької напруги, то згасання гармонік слабше. Істотний вплив на роботу електрообладнання, в першу чергу на електродвигуни та силові трансформатори, має несиметрія напруг. При коефіцієнті зворотної послідовності напруг
ном 4%, термін служби електродвигунів скорочується приблизно в