Качество электрической энергии и способы его повышения

Качество электрической энергии и способы его повышения

Электроэнергия является товаром передаваемым и потребляемым практически мгновенно. Поэтому к качеству электроэнергии (КЭ) предъявляются повышенные требования, знание истинных параметров КЭ критически важны. Показатели качества электроэнергии представляют собой совокупность напряжения, частоты, форму синусоиды электротока, составляет совместимость этих параметров, характеризующих электромагнитную среду.

Рис №1 Таблица параметров качества электрической энергии

Рис №1 Таблица параметров качества электрической энергии

Большинство явлений, влияющих на качество электрической сети, происходит из-за особенностей совместимости электроприемников и электросети.

Требования к качеству электрической энергии состоят в нормировании показаний величины напряжения.

Параметры величин закреплены в Государственном стандарте качества электрической энергии. Существующие до недавнего времени нормы в ГОСТ 13109 за 1997 год изменены на ГОСТ 32144-2013, определены следующие требования: отклонения в показаниях напряжения для передачи электрической энергии в узлах не должны быть выше 10% от предельной величины напряжения за участок времени в течении 1 недели.






Ущерб при уменьшении качества электрической энергии

Виды ущерба при ухудшении КЭ делится на электромагнитный и технологический.

Электромагнитный ущерб:

  1. Неэффективность генерирующих процессов, большие потери при передаче и использовании энергии.
  2. Снижения времени эксплуатации оборудования, преждевременный его выход из строя, из-за нарушения режимов работы и износа изоляции.
  3. Преждевременный износ и выход из строя средств РЗАиГ.

Технологический ущерб:

  1. Понижение производительности технологических процессов.
  2. Прекращение выполнения производственных работ, влекущее значительные затраты на восстановление.
  3. Выход из строя оборудования.
  4. Брак получаемой продукции.

Примеры порчи электрооборудования при несоответствии параметров качества электроэнергии:

  1. Понижение напряжения на 10% время эксплуатации асинхронного двигателя уменьшается в 2 раза.
  2. Несимметрия напряжения в 2% срок эксплуатации АД снижается на 10% СТД – на 16,2%, силовых трансформаторов на 4%.
  3. Несинусоидальное напряжение влечет увеличение токов утечки в кабельной изоляции на 43%.

Снижение сроков службы оборудования влияет на надежность электроснабжающей системы.

Кто отвечает за качество электрической энергии?

Проблема КЭ очень серьезна, что стала синонимом «электромагнитной безопасности», потому как отвечает за безотказную работу технических средств и выполнение технических процессов, отвечающих за безопасность на транспорте в энергетике, и в других областях хозяйствования, нарушение которых может привести к человеческим жертвам, существенному экономическому ущербу, нанесение вреда окружающей среде.

Источником электромагнитных помех может оказаться сам потребитель, использующий электрическое оборудование с нелинейными характеристиками. Такие устройства используют токи высших гармоник, токи обратной и нулевой последовательности, вызывающие нарушения синусоидальности и симметричности падений. Даже в том случае если сетевая организация может обеспечить абсолютное соблюдение синусоидальности и симметричности напряжения питания, значение напряжение в узле общего присоединения пользователя будет искаженно.

Городские сети являются самыми «грязными» источниками искажений электрической сети и включают:

  1. Статические преобразователи (выпрямители, тиристорные регуляторы напряжения, стабилизаторы и т. д.).
  2. Импульсные источники питания (компьютеры, офисная техника, серверные станции рекламная светодиодная, плазменная, и ЖК-аппаратура).
  3. Газоразрядные осветительные устройства (90% от всех светильников).
  4. Сварочные аппараты (ЖКХ, строительство и т. д.).
  5. Частотный электропривод переменного тока (ЖКХ, большие офисные центры).
  6. Специальное медицинское оборудование.

Важно: Установка интеллектуальных ИБП, особенность ИБП заключается в том, что они могут устранить несколько сетевых помех, это: исчезновение, провалы, всплески, а также высокий и низкий уровень напряжения, переходные процессы, ЭМ- и РЧ-помехи, искажение частоты и синусоидальности, но такое действие, возможно, только при наличии корректора коэффициента мощности и активными фильтрами (кондиционерами) высших гармоник. ИБП являются источниками искажения электрической энергии, которые влияют на соседние потребители, не имеющие в своем составе ИБП.

Электросетевая компания является виновником нарушения качества электрической энергии и ее показателей, в случае приобретения и поставки линейным потребителям, некачественной электроэнергии.

Контроль за качеством электрической энергии в РФ осуществляет РЭС (районные электросети) Они следят за ПКЭ на границах балансовой принадлежности как у потребителей, так и у источников электрической энергии.

Способы повышения качества электрической энергии

Для управления качеством электрической энергии необходимо внедрять в структуру систем энергоснабжения:

  1. УКРМ (устройств компенсации реактивной мощности), для гарантированной высокопропускной способности электрической сети в обычном и послеаварийном режиме.
  2. Внедрение в работу силовых трансформаторов с наличием РПН (регулировка под нагрузкой), устройство способно регулировать уровень напряжения в сети при его падении при увеличении нагрузки, или при высоком уровне напряжения, без вывода трансформатора в ремонт.
  3. Применение в сети синхронных компенсаторов, рекомендуется их установка на силовых подстанциях в зависимости от баланса реактивной мощности в рассматриваемом узле.
  4. При напряжении до 1000 В и значениях мощности около 100кВт наиболее выгодно использовать асинхронные двигатели, более 300 кВт – рекомендуется применять синхронные машины, при величине напряжении 6 — 10 кВ– асинхронные машины, свыше 400 кВт – синхронные. Так как синхронные двигатели являются источниками реактивной энергии, целесообразно подключение конденсаторных батарей.
  5. Конденсаторных батарей (БСК) совместно с фильтрокомпенсирующими устройствами.
  6. Использование в сети линейных регуляторов или последовательных трансформаторов для регулировки напряжения в отдельных линиях и вторичных обмотках автотрансформаторов.
  7. Применение автотрансформаторов связи сетей различных номинальных напряжений с РПН, расположенным на линейном конце обмотки среднего напряжения, им можно регулировать под нагрузкой коэффициент трансформации.
  8. Для обеспечения КЭ регуляторы РПН должны работать автоматически, характеризуются устойчивостью работы, зоной нечувствительности, точностью регулирования и выдержкой времени.

Компенсирующие устройства помогают решить такие задачи как:

  1. Оптимизация перетоков индуктивной (реактивной) мощности в высоковольтных сетях.
  2. Сведение к минимуму наличия потерь мощности и энергии.
  3. Поддержание статической и динамической устойчивости в узлах повышенной нагрузки.

Контроль качества электрической энергии

Для учета ПКЭ на промышленных предприятиях применяется система АИИС-ПКЭ, которая позволяет привести качество электроэнергии у жестким нормам по ГОСТу, что способствует сокращению срока окупаемости системы до 1-1,5 лет.

АИИС-ПКЭ может быть встроена в систему АИИС КУЭ или создает принципиально новую систему АСУТП

Рис №2 Архитектура построения систем АСУТП в энергетике

Рис №2 Архитектура построения систем АСУТП в энергетике

Система производит учет электроэнергии и оперативное управление, осуществляет операции по контролю качества электроэнергии, выполняет функции релейной защиты и автоматики, производит осциллографирование аварийных и переходных процессов.


Поделитесь полезным материалом в соцсетях