Обеспечение качества электроэнергии

Технические средства контроля качества электроэнергии

Влияние качества электроэнергии на функционирование технических средств

Электроэнергия — особый продукт производства. Особенность ее состоит в том, что в любой момент времени «объем» производства электроэнергии равен «объему» потребления, включая потери. Этот процесс характеризуется балансом мощности, который должен обеспечить заданный режим системы электроснабжения по частоте и напряжению.

Отклонение частоты влияет на работу прежде всего вращающихся машин, доля которых в нагрузке системы составляет 50—60 %. Вместе с тем снижение частоты приводит и к снижению частоты вращения электродвигателей и снижению производительности вращаемых ими механизмов. Одновременно со снижением потребляемой активной мощности происходит рост потребляемой реактивной мощности, что способствует снижению напряжения в узлах системы электроснабжения. В статических аппаратах, например в трансформаторах, со снижением частоты возрастает ток намагничивания и, следовательно, растут потери в стали. Если пониженная частота поддерживается в результате ограниченного резерва активной мощности, то при резком и значительном увеличении нагрузки может возникнуть аварийная ситуация, требующая экстренной разгрузки системы с целью восстановления частоты в допустимых для нормальной работы пределах. Эта операция осуществляется средствами автоматической частотной разгрузки (АЧР). Предельным случаем нарушения баланса активной мощности является потеря синхронизма включенных в электроэнергетической системе электростанций или нарушение устойчивой работы системы в целом.

Что же касается отклонений напряжения, то они влияют прежде всего на потери электроэнергии и мощности. Эти потери пропорциональны квадрату приложенного напряжения. Таким образом, превышение допустимых отклонений напряжения в сторону их увеличения приводит к дополнительному нагреву электроприемника и, следовательно, сокращению срока его службы. Снижение напряжения может привести к нарушению функционирования ЭП. Чувствительны к снижению напряжения все ЭП. Так, для асинхронных двигателей (АД) цепочка последствий начинается со снижения электромагнитного момента, что приводит к росту скольжения (снижению числа оборотов) и снижению производительности, сопровождаемому дополнительным нагревом АД. При значительном снижении напряжения затрудняются условия пуска АД, возрастает пусковой ток, увеличивается время разворота АД до номинальной частоты вращения, что, в свою очередь, способствует дополнительному снижению напряжения.

Особенно чувствительны к отклонениям напряжения источники освещения. Так, лампы накаливания при δU = -10 % снижают световой поток на 40 %, правда, при этом возрастает срок их службы. Но при δU = +10 % световой поток возрастает тоже на 40 % при сокращении срока службы в 4 раза. Газоразрядные лампы менее чувствительны к отклонениям напряжения. В помещениях, оснащенных такими источниками, освещенность снижается на 10—15 % при δU = -(5—7) %, но при δU = -10 % лампы начинают мерцать и при δU = -20 % гаснут.

Несмотря на то что отклонения частоты и напряжения являются результатом единого процесса производства и передачи электроэнергии, поддержание их в допустимых пределах возлагается на энергоснабжающую организацию, которая только и располагает средствами регулирования напряжения и частоты.

Снижение эффективности функционирования ЭП происходит и при выходе за допустимые пределы ПКЭ, характеризующих несинусоидальность, несимметрию и колебания напряжения. Это проявляется в увеличении потерь мощности и электроэнергии, сокращении срока службы ЭП, увеличении капиталовложений в систему электроснабжения, увеличении потребления реактивной мощности, нарушении технологического процесса производства, отказах аппаратуры, приборов, электрооборудования и т. п. Наиболее значимо это проявляется в увеличении потерь электроэнергии в таких видах электрооборудования, как асинхронные двигатели, синхронные машины, трансформаторы, конденсаторные батареи, осветительные приборы, линии электропередачи.

К таким средствам относятся приборы для измерения ПКЭ. До настоящего времени парк таких приборов был невелик.

Одно из основных требований, предъявляемых к приборам, — их сертификация. Это относится и к зарубежным приборам. Сертификация приборов для измерения ПКЭ является компетенцией Госстандарта России. Требования к самим приборам определяются рядом стандартов, одним из которых является ГОСТ 13109-97. Именно этим стандартом определяются номенклатура измеряемых ПКЭ, пределы допустимых погрешностей измерения, алгоритмы измерения, а также процедура контроля при оценке КЭ. При сертификации электроэнергии необходимо контролировать выполнение требований именно этого ГОСТ по всем нормируемым ПКЭ.

Согласно ГОСТ измерения должны проводиться 24 ч непрерывно, а оценка КЭ производиться по результатам статистически обработанных измерений. За сутки прибор должен произвести 1440 измерений откло­нений напряжения, 4320 измерений отклонений частоты и 28 800 измерений остальных ПКЭ (кроме колебаний напряжения, которые оцениваются на 10-минутных интервалах). Такое количество измерений и подлежит статистической обработке, а их интегральные значения — сравнению с нормально и предельно допустимыми значениями за каждые сутки измерений. Очевидно, что такие измерения должны быть автоматизированы, что и достигается применением микропроцессорных программируемых средств измерения.

Современные приборы способны в реальном времени измерять и регистрировать в энергонезависимой памяти ПКЭ по напряжению и току, а также мощности по высшим гармоникам и обратным последовательностям. Они предназначены для измерения в трехфазных сетях напряжением 0,4; 6, 10, 35 и 110 кВ и выше. Приборы могут использоваться как для контроля КЭ, так и для определения источника искажения и вносимого им вклада в искажения напряжения, обладают высоким уровнем помехо­устойчивости.

Система электроснабжения является электромагнитной средой, по которой распространяются кондуктивные ЭМП, а электроснабжающая организация — субъектом этой системы, поставляющим электроэнергию потребителю, следовательно, в соответствии с Гражданским кодексом РФ (ст. 542) электроснабжающая организация и должна позаботиться об обеспечении КЭ.

Какими же правами в этом отношении она располагает, какими механизмами обеспечения КЭ?

Энергоснабжающая организация определяет и контролирует технические условия (ТУ) присоединения потребителя к электрической сети.

В ТУ особо оговариваются требования к допустимому уровню помех, которые присоединяемый потребитель может вносить в точке его подключения по всем нормируемым ПКЭ. Этот так называемый допустимый вклад потребителя всегда меньше нормативного значения ПКЭ, установленного ГОСТ. Выполнение этого условия должно обязательно контролироваться с помощью измерительных приборов.

В дальнейшем аналогичные требования переносятся в договор между энергоснабжающей организацией и потребителем. В договоре первая сторона обязуется поддерживать ПКЭ на уровне, соответствующем ГОСТ 13109-97, при выполнении второй стороной требований по допустимому вкладу. При этом в том, что касается отклонений частоты и напряжения, энергоснабжающая организация всю ответственность берет на себя и ограничений по КЭ перед потребителем не ставит. Потребитель же не имеет права вносить искажения по несинусоидальности, несимметрии и колебаниям напряжения, превышающие установленный для него допустимый вклад.

При невыполнении этих условий, т.е. если требования ГОСТ 13109-97 нарушены, виновная сторона несет ответственность, если она предусмотрена договором энергоснабжения. Это может быть реализовано только при контроле КЭ в точке присоединения потребителя и измерении фактического вклада потребителя в сравнении с его допустимым вкладом.

В техническом отношении КЭ может быть обеспечено при условии, что энергоснабжающая организация располагает резервом активной мощности, средствами регулирования напряжения, содержит оборудование электрических сетей в соответствии с установленными требованиями, систематически проводит контроль КЭ.

Потребитель должен применять исправное оборудование и приборы, оборудование с нормированным уровнем вносимых им помех или использовать специальные средства, позволяющие ограничивать вносимые помехи, и таким образом ограничивать свое влияние на КЭ в точке присоединения.