Источник: http://www.news.elteh.ru/arh/2001/10/03.php
Электрическая энергия используется во всех сферах жизнедеятельности человека, обладает совокупностью специфических свойств и непосредственно участвует в создании других видов продукции, влияя на их качество.
Каждый электроприемник (ЭП) предназначен для работы при определенных параметрах электрической энергии: номинальных частоте, напряжении и т. п., поэтому для нормальной его работы должно быть обеспечено требуемое качество электрической энергии (КЭ). Таким образом, КЭ определяется совокупностью характеристик электрической энергии, при которых ЭП могут нормально работать и выполнять заложенные в них функции.
Важность проблемы повышения КЭ нарастала вместе с развитием и широким внедрением на производстве вентильных преобразователей и различных высокоэффективных технологических установок, таких как дуговые сталеплавильные печи, сварочные установки и др. В быту в последние годы широкое распространение получили телевизоры, компьютеры и другие устройства, работающие на постоянном токе через вторичный источник питания и ухудшающие КЭ в питающей сети. В итоге возник своего рода парадокс: применение новых технологий, которые экономичны и технологически эффективны, которые улучшают жизнь людей, отрицательно сказывается на КЭ в электрических сетях.
Ущерб, который несут потребители и энергосистема вследствие ухудшения КЭ, принято делить на электромагнитный и технологический.
Основные формы электромагнитного ущерба:
1.Снижение эффективности процессов генерации, передачи и потребления электроэнергии за счет увеличения потерь в элементах сети;
2.Уменьшение срока службы и выход из строя электрооборудования из-за нарушения его нормальных режимов работы и старения изоляции;
3.Нарушение нормальной работы и выход из строя устройств релейной защиты, автоматики и связи.
Все это в итоге приводит к снижению надежности системы электроснабжения в целом.
К технологическому ущербу относят снижение производительности и порчу технологического оборудования, что приводит к ухудшению качества и недоотпуску продукции.
ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» определяет 11 показателей качества электрической энергии. Каждый из этих показателей характеризует какое-либо свойство электрической энергии. Рассмотрим отклонение напряжения с указанием причин возникновения, возможных последствий и мер компенсации.
Нормируемый показатель: установившееся отклонение напряжения. Причины выхода показателя за пределы норм: суточные, сезонные и технологические изменения токовой нагрузки; изменение мощности генераторов и компенсирующих устройств; изменения схемы и параметров электрической сети.
Отклонения напряжения оказывают значительное влияние на работу электродвигателей. В случае снижения напряжения на зажимах двигателя уменьшается реактивная мощность намагничивания, при той же потребляемой мощности увеличивается ток двигателя, что вызывает перегрев изоляции. Повышенный износ изоляции приводит к сокращению срока службы двигателя. При значительном снижении напряжения на зажимах асинхронного двигателя возможно его «опрокидывание» из-за уменьшения вращающего момента и частоты вращения ротора. Снижение напряжения ухудшает и условия пуска двигателя, так как при этом уменьшается его пусковой момент. Повышение напряжения на выводах двигателя приводит к увеличению потребляемой им реактивной мощности, которую необходимо каким-то образом компенсировать.
Вентильные преобразователи обычно имеют систему автоматического регулирования постоянного тока путем фазового управления. Угол регулирования автоматически изменяется прямо пропорционально изменению напряжения питающей сети. Повышение напряжения на 1 % приводит к увеличению потребления реактивной мощности преобразователем на (1,0 ... 1,5) %, что приводит к ухудшению коэффициента мощности. Электротермическое оборудование, электролизные и сварочные установки также чувствительны к отклонениям напряжения. Отрицательные отклонения напряжения приводят к увеличению производственного процесса во времени, а иногда и к браку продукции. Следует также отметить одно простое, но очень важное правило, общее для любых ЭП: при повышении напряжения сверх номинального происходит перерасход электроэнергии по сравнению с уровнем ее потребления в номинальном режиме работы электрооборудования.
Согласно ГОСТ ответственность за поддержание отклонения напряжения в пределах норм лежит на энергоснабжающих организациях. Существуют два основных способа обеспечения требований по отклонениям напряжения в электрической сети. Первый способ заключается в регулировании уровня напряжения в центре питания (ЦП) и у потребителя. Технически это осуществляется путем изменения коэффициента трансформации с помощью систем переключения витков обмоток трансформатора без возбуждения (ПБВ) и регулирования под нагрузкой (РПН). Также используются линейные регуляторы напряжения. На рис. 1 качественно показано, как изменяется уровень отклонения напряжения вдоль участка сети от ЦП до потребителей
Рисунок 1
Отсюда видно, что требования по отклонениям напряжения для удаленных ЭП могут не выполняться. Автоматическая система РПН на трансформаторе может существенно исправить положение. Второй способ, основанный на снижении потерь напряжения в питающих линиях, может быть реализован за счет снижения активного и реактивного сопротивлений. Снижение активного сопротивления достигается увеличением сечения проводов, а реактивного – применением устройств продольной емкостной компенсации (УПК). Продольная емкостная компенсация параметров линии заключается в последовательном включении конденсаторов в рассечку линии, благодаря чему уменьшается ее реактивное сопротивление.
Эффективным средством регулирования напряжения являются источники реактивной мощности (ИРМ). Их воздействие основано на снижении перетоков реактивной мощности по линиям питающей сети, т. е. на снижении составляющей потерь напряжения. В качестве ИРМ используются синхронные двигатели, работающие в режиме перевозбуждения, конденсаторные батареи, синхронные компенсаторы и статические тиристорные компенсаторы.
В заключение хочется отметить, что с ростом научно-технического прогресса, с внедрением новых технологий острота проблемы повышения качества электричsеской энергии нарастала и будет нарастать. Наряду с определенными успехами исследователей в этой области следует признать, что эта проблема еще до конца не изучена и требует дальнейшей проработки.