Как бороться с низким напряжением в сети. Проблема качества электроэнергии Методов повышения качества электроэнергии

Электричество — самый универсальный и удобный вид энергии. Оно стало настолько привычным и так плотно вошло в наш быт и производство, что даже кратковременное его отсутствие вызывает массу не- удобств. В ряде случаев непредвиденное отключение электроэнергии представляет социальную опасность, может стать причиной техногенных катастроф, в связи с чем действующими техническими нормативными правовыми актами (ТНПА) — Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), ТКП 339-2011 (02230) и др. — предусмотрены категории надёжности электроснабжения, требующие для отдельных потребителей резервирования и автономных источников питания. По разным причинам, в основе которых пребывание преимущественно в государственной собственности большинства промышленных потребителей и монополия на производство, передачу и распределение электроэнергии, последняя не рассматривалась как товар. Товар соответствующего качества, определяемого совокупностью его характеристик, а также обладающего спецификой и особенностями, заключающимися в его одновременном, как правило, производстве и потреблении. Даже сейчас, когда электрическая энергия определяется в ТНПА как товар, её восприятие в этом статусе отодвинуто в нашей стране на второй и даже на третий план. Традиционный товар можно посмотреть, оценить по качеству и цене, выбрать производителя и т. д. В отношении электрической энергии, по большому счёту, должно быть аналогично (естественно, с учётом специфики этого товара).
Если не принимать во внимание малоэффективные попытки, предпринятые в последние полтора десятилетия, связанные с введением в практику ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», то можно сказать, что несмотря на высокую значимость электроэнергии, вопросам её качества, как одной из основных характеристик этого товара, у нас в стране должного внимания не уделяется. Сложность и актуальность вопроса обусловлена как её всеобъемлющим, повсеместным применением, так и тем, что эта проблема напрямую затрагивает взаимоотношения потребителя и продавца электроэнергии. При этом, если при покупке товара претензии к его качеству может предъявить покупатель, то в нашем случае всё может быть и наоборот: виновником плохого качества электроэнергии может оказаться и потребитель.
Требования к параметрам качества электроэнергии на законодательном уровне Правила устанавливают порядок взаимоотношений между потребителем и энергоснабжающей организацией, в том числе по таким вопросам, как условия снабжения и пользования электрической энергией. В Правилах она имеет статус товара, который в том числе должен быть соответствующего качества, которое определяется показателями качества электроэнергии (ПКЭ), отражающими соответствие её параметров требованиям, установленным действующими ТНПА. Приведём те положения Правил, которые касаются качества электроэнергии:
- в заявлении на получение технических условий (ТУ) должны содержаться специальные требования к качеству электрической энергии, допустимым перерывам в электроснабжении, обусловленные технологическим процессом использования электрической энергии (п. 10);
- энергоснабжающая организация при подготовке ТУ должна включить в них требования к мероприятиям по обеспечению требуемого ка- чества электрической энергии (п. 13);
-существенными условиями договора электроснабжения является предмет договора — обязанность энергоснабжающей организации обеспе- чить подачу электрической энергии в количестве, сроки и по качеству, соответствующим условиям договора электроснабжения и требованиям ТНПА (п. 57);
-энергоснабжающая организация обязана на границе балансовой принадлежности обеспечивать подачу абоненту электрической энергии в количестве, сроки и по качеству, соответствующим условиям договора электроснабжения, Правилам и иным положениям законодательства (пп. 84, 88);
- энергоснабжающая организация после предварительного письменного предупреждения потребителя имеет право прекратить подачу электрической энергии на его электроустановки полностью или частично в случаях снижения ПКЭ по вине абонента, потребителя до значений, нарушающих нормальное функционирование электроустановок энергоснабжающей организации и других потребителей (п. 92);
- в целях обеспечения надёжной, экономичной и безопасной эксплуатации электроустановок абоненты (кроме граждан, использующих электрическую энергию для бытового потребления) обязаны производить контроль показателей ка-чества электрической энергии, определяемых работой электроустановок, проводить мероприятия по улучшению качества электрической энергии в электрических сетях, находящихся в их хозяйственном ведении (п. 98);
- гражданину, использующему электрическую энергию для бытового потребления, не допускается включение в электрическую сеть электроприёмников, ухудшающих качество электрической энергии (п. 105);
- энергоснабжающая организация несёт ответ- ственность перед абонентом за невыполнение требований по качеству поставляемой электри-ческой энергии и надёжности электроснабжения, определённых условиями договора электро- снабжения. При подаче абоненту электрической энергии несоответствующего качества (с отклонениями от установленных в договоре электроснабжения параметров) энергоснабжающая организация возмещает причинённый абоненту реальный ущерб (п. 221);
- при нарушении абонентом условий договора электроснабжения или требований Правил, в результате чего произошёл недоотпуск электрической энергии другим потребителям или отклонение параметров качества электрической энергии, абонент возмещает энергоснабжающей организации реальный ущерб с учётом сумм, выплаченных энергоснабжающей организацией другим потребителям (п. 228);
- потребитель обязан принимать меры по предотвращению негативного влияния электроприёмников на качество электрической энергии в элек трической сети энергоснабжающей организации (п. 233). Упомянутым выше ГОСТ 13109-97 установлены 11 основных нормируемых ПКЭ:
- установившееся отклонение напряжения;
- размах изменения напряжения;
- доза фликера;
- коэффициент искажения синусоидальности кри- вой напряжения;
- коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения;
- коэффициент несимметрии напряжений по об- ратной последовательности;
- коэффициент несимметрии напряжений по нуле- вой последовательности;
- отклонение частоты; Ε длительность провала напряжения;
- импульсное напряжение; Ε коэффициент временного перенапряжения. Несоответствие каждого из ПКЭ по-своему сказы- вается на работе электроустановок разного типа.

Заключение
Развитие сетей и внедрение новых электрических устройств только повышают актуальность проблем качества электроэнергии. Возрастающее количество нелинейной нагрузки, с одной стороны, ухудшает ПКЭ в сети, а применение чувствительных электронных устройств, с другой стороны, требует, чтобы эти ПКЭ находились в жёстко заданных пределах.
Очевидно, что с развитием электроэнергетики актуальность нормирования и контроля параметров качества электроэнергии будет возрастать.
Начинать нужно с малого: решать существующие проблемы и не доводить ситуацию до критической.
Ключевыми моментами в вопросах качества электроэнергии являются законодательная база (построение отношений между энергоснабжающей организацией и потребителем) и наличие инженерных (технических) возможностей для выявления и устранения недопустимых отклонений ПКЭ.
Недостаточная проработка любого из указанных факторов внесёт диссонанс в р шение общей проблемы: механизмы выявления причин отклонения ПКЭ, определение виновной стороны, порядок расчёта ущерба и пр. должны быть установлены нормативными актами.
Если некоторые законодательные основы созданы Правилами, то инженерную (техническую) базу необходимо развивать. Простая констатация фактов несоответствия ПКЭ требованиям ТНПА (что имеет место сегодня) не позволяет решать принципиальные вопросы.

Электрическая энергия является одним из самых распространенных товаров в процессах купли-продажи. При этом электрическая энергия отличается особыми свойствами:

Совпадением во времени процессов производства, передачи, распределения и потребления;

Зависимостью характеристик качества электрической энергии не только от процессов производства, передачи и распределения, но и от процессов потребления.

То есть, электроэнергия – это один из немногих товаров, качество которого может напрямую зависеть и от потребителя. Тем не менее, на электроэнергию как товар распространяются соответствующие требования Гражданского кодекса РФ, ФЗ «О защите прав потребителей» и др. Нормы качества электрической энергии определяются межгосударственным стандартом , руководящими документами , хотя ряд свойств электрической энергии может напрямую создавать угрозы безопасности жизни, здоровья, людей (табл. 4.1). Поэтому целесообразно нормы качества электроэнергии регламентировать специальным техническим регламентом на уровне федерального закона.

Таблица 4.1.

Ущерб потребителя при нарушении нормативов качества электроэнергии

Есть и другие причины повышения уровня статуса норм по качеству электроэнергии. Некоторые из них:

Нормы качества электроэнергии являются обязательными для исполнения во всех режимах работы систем электроснабжения общего назначения за исключением режимов, обусловленных форс-мажорными обстоятельствами.

Нормы ГОСТ 13109-97 подлежат включению в технические условия (ТУ) на присоединение и в договорах энергоснабжения.

Требования к качеству электроэнергии в ТУ и договорах энергоснабжения для потребителей, являющихся источником ухудшения качества электроэнергии, могут быть более жесткими, чем нормы ГОСТ 13109-97.

Нормы качества электроэнергии должны применяться при проектировании и эксплуатации электрических сетей, установлении уровней помехоустойчивости и помехоэмиссии технических средств.

Нормы качества электроэнергии, установленные ГОСТ 13109-97, являются обязательными для систем электроснабжения потребителей электроэнергии, если для этих систем отсутствуют отраслевые нормативные документы.

4.2. Влияние качества электроэнергии на работу потребителей, затраты энергии и ресурсов

На практике наблюдаются отклонения параметров электрической энергии, подаваемой потребителям, от требуемых стандартизированных значений. Эти отклонения негативно влияют на работу потребителей, приводят к непроизводительным потерям энергии и материальных ресурсов. Причинами ухудшения качества электроэнергии могут являться:

короткие замыкания в распределительной сети;

аварии в электрической сети;

неравномерность распределения нагрузки у потребителя по отдельным фазам;

срабатывание средств защиты и автоматики;

электромагнитные и сетевые возмущения (переходные процессы), связанные с включением, отключением и работой мощных потребителей электроэнергии и др.

Показатели качества электрической энергии связаны с изменением напряжения, а также с условиями обеспечения нагрузок в трехфазной сети и должны соответствовать требованиям ГОСТ 13109-97 (2002) .

Рассмотрим влияние некоторых показателей качества на работу потребителей.

Отклонение напряжения от номинального значения. Отклонения напряжения от номинального значения происходят вследствие суточных, сезонных и технологических изменений электрической нагрузки потребителей, изменения мощности компенсирующих устройств, регулирования напряжения на выводах генераторов электростанций и трансформаторов на подстанциях энергосистем, а также изменения схем и параметров электрических сетей.

В соответствии с ГОСТ 13109-97 (2002) устанавливаются нормально и предельно допустимые отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии, которые составляют ±5 и ±10 % номинального значения напряжения.

В первую очередь на потребителях отражается установившееся отклонение напряжения. При понижении напряжения по отношению к его номинальному значению происходит уменьшение светового потока от ламп накаливания, снижается освещенность в помещении, на рабочих местах. Так, понижение напряжения на 10 % приводит к уменьшению освещенности рабочей поверхности в среднем на 40 %, что вызывает снижение производительности труда, повышенную утомляемость персонала. Повышение напряжения для ламп накаливания также на 10 % приводит к сокращению их срока службы и вызывает избыточное освещение рабочих поверхностей, что неблагоприятно сказывается на восприятии информации с мониторов и цифровых приборов. Газоразрядные люминесцентные лампы при указанном диапазоне изменения напряжения не столь существенно изменяют светоотдачу, но увеличение напряжения на 10-15 % приводит к резкому снижению их срока службы, а понижение напряжения на 20 % вызывает отказы зажигания ламп.

Отклонение напряжения от номинального значения приводит к изменению технических показателей электропривода. Снижение напряжения на входе асинхронных двигателей способствует изменению таких механических характеристик, как электромагнитный момент, частота вращения (скольжение). При этом уменьшается производительность механизма, а при понижении напряжения до уровня, когда механический момент на валу двигателя превышает электромагнитный, запуск двигателя становится невозможным. Установлено, что при понижении напряжения на 15 % номинального значения электромагнитный момент асинхронного двигателя снижается до 72 %, а при провалах напряжения двигатель вообще может остановиться. При понижении напряжения на входе электродвигателя при той же потребляемой мощности увеличивается потребляемый ток и происходит дополнительный нагрев обмоток двигателя, что приводит к сокращению срока его службы. При работе двигателя на напряжении 0,9 номинального значения срок его службы сокращается практически вдвое.

Повышение напряжения на входе электродвигателя вызывает увеличение потребления реактивной мощности. В среднем на каждый процент повышения напряжения потребление реактивной мощности увеличивается на 3 % для двигателей мощностью 20-100 кВт и на 5-7 % для двигателей меньшей мощности.

Использование электрической энергии в электротермических установках с отклонениями напряжения изменяет технологический процесс и себестоимость производимой продукции. Выделение теплоты в электротермических системах пропорционально приложенному напряжению во второй степени, поэтому при отклонении напряжения даже на 5 % производительность может измениться на 10-20 %.

Работа электролизных установок при пониженном напряжении связана со снижением их производительности, дополнительным расходом электродных систем, повышением удельного расхода электроэнергии и себестоимости продукции, получаемой в процессе электролиза.

Понижение напряжения на 5 % номинального значения приводит, например, к снижению выпуска продукции при производстве хлора и каустической соды на 8 %. Повышение напряжения более 1,05U ном вызывает недопустимый перегрев ванн электролизера.

Колебания напряжения. Колебания напряжения происходят вследствие резкого переменного изменения нагрузки на участке электрической сети, например, из-за включения асинхронного двигателя с большой кратностью пускового тока, технологических установок с быстропеременным режимом работы, сопровождающимся скачками активной и реактивной мощностей, таких как привод реверсивных прокатных станов, дуговые сталеплавильные печи, сварочные аппараты и т.п.

Колебания напряжения часто отражаются на источниках света. Человеческий глаз начинает воспринимать колебания светового потока, вызванные колебаниями напряжения. Колебания напряжения сети отрицательно сказываются на зрительном восприятии объектов, графической и текстовой информации. От пределов изменения напряжения и частоты колебаний в этом случае зависит возникновение фликкер-эффектов (мерцание света), что связано с ухудшением условий труда, понижением его производительности и утомляемостью работников.

Колебания напряжения отрицательно сказываются на работе высокочастотных преобразователей, синхронных двигателей, на качестве работы индукционных нагревательных устройств. При изменении напряжения в сети может выпускаться бракованная продукция в текстильной и бумажной промышленности. Колебания частоты двигателей намоточных и протяжных устройств приводят к обрывам нитей и бумаги, к выпуску продукции разной толщины.

Колебания напряжения могут привести к неправильной работе защитных и автоматических управляющих систем. При изменении напряжения и его колебаниях свыше 15 % возможно отключение магнитных пускателей.

Отклонение частоты переменного напряжения сети от номинального значения. Одним из важнейших параметров электрической системы, обеспечивающей генерацию и потребление электроэнергии переменного тока, является стабильность частоты сети. Частота переменного напряжения в электрической системе определяется частотой вращения генераторов на электростанциях. В случае отсутствия баланса по выработке и потреблению электроэнергии генераторы начинают вращаться с другой частотой, что отражается на частоте сети. Таким образом, отклонение частоты сети является общесистемным показателем, характеризующим баланс мощности в системе. Для компенсации изменения частоты и напряжения в узлах сети система должна иметь резерв активной и реактивной мощностей, а также устройства регулирования, которые позволяют поддерживать отклонения режимных параметров в пределах нормированных значений. Отклонение частоты сети часто служит сигналом для увеличения выработки электроэнергии генерирующими станциями и для отключения части нагрузки во время перегрузок и при авариях с короткими замыканиями в системе. Нормализации частоты можно добиться в результате строгого соблюдения баланса генерируемой и потребляемой мощностей, исключением аварийных ситуаций и несанкционированных коммутаций на электрических станциях и подстанциях.

При изменении частоты меняется мощность металлорежущих станков, вентиляторов, центробежных насосов. Снижение частоты часто приводит к изменению производительности оборудования, а зачастую и к ухудшению качества выпускаемой продукции .

Несимметрия напряжений в трехфазной системе при неравномерном распределении нагрузки по фазам. Несимметрия напряжений обусловлена наличием мощных однофазных нагрузок, неравномерным распределением нагрузки между фазами, обрывом одного из фазных проводов.

Неодинаковые значения напряжения и тока в фазах обычно свидетельствуют о неравномерном распределении нагрузок у потребителя по отдельным фазам.

Несимметричные значения фазных напряжений приводят к тому, что в электрических сетях появляются дополнительные потери. При этом существенно сокращается срок службы асинхронных двигателей вследствие дополнительного теплового нагрева, при этом целесообразно выбирать двигатели большей номинальной мощности, чем требуемая.

Несимметрия фазных напряжений в электрических машинах переменного тока равнозначна появлению магнитных полей, векторы магнитной индукции которых вращаются в противоположном направлении с удвоенной синхронной частотой, что может нарушить технологические процессы.

При несимметрии напряжений сети, посредством которой питаются синхронные двигатели, могут дополнительно возникать опасные вибрации. При значительной несимметрии фазного напряжения вибрации могут оказаться столь существенными, что возникает опасность разрушения фундаментов, на которых устанавливаются двигатели, и нарушения сварных соединений.

Несимметрия фазных напряжений оказывает заметное влияние на работу силовых трансформаторов, вызывая сокращение срока их службы. Анализ работы трехфазных силовых трансформаторов показал, что при номинальной нагрузке и коэффициенте несимметрии токов, равном 10%, срок службы изоляции трансформаторов сокращается на 16 %.

Несинусоидальность кривой напряжения при нелинейной нагрузке. Несинусоидальность кривой напряжения равнозначна возникновению высших гармонических составляющих в питающем напряжении. Чаще всего появление высших гармоник связано с подключением оборудования с нелинейной зависимостью сопротивления нагрузки. К такому оборудованию можно отнести преобразовательные устройства (выпрямители, преобразователи, стабилизаторы), газоразрядные приборы (люминесцентные лампы), установки с прерыванием тока в технологическом процессе (электросварка, дуговые печи и др.).

Несинусоидальность кривой напряжения влияет на все группы потребителей. Это вызвано дополнительным нагревом элементов электроприемников от высших гармоник. Высшие гармоники вызывают дополнительные потери мощности в двигателях, трансформаторах, а также тепловые потери в изоляции, силовых кабелях и системах, в которых используются электрические конденсаторы, ухудшают условия работы батарей конденсаторов устройств компенсации реактивной мощности. При несинусоидальной кривой напряжения происходит ускоренное старение изоляции электрических машин, трансформаторов, конденсаторов и кабелей в результате необратимых физико-химических процессов, протекающих под воздействием высокочастотных полей, повышенного нагрева токоведущих частей сердечников и изоляции.

Таким образом, снижение качества электроэнергии приводит к ухудшению условий труда, уменьшению объемов производства, потерям ресурсов из-за ухудшения качества продукции и снижению срока службы оборудования, а также к дополнительным затратам электрической энергии.

Показатели качества электроэнергии могут быть определены с помощью специальных приборов. В результате анализа показаний этих приборов в ряде случаев можно определить и виновников ухудшения качества электроэнергии, которыми могут быть энергоснабжающая организация, потребители с переменной, нелинейной или несимметричной нагрузкой.

В настоящее время существуют устройства для улучшения качества электроэнергии. Уменьшить влияние высших гармоник на питающее напряжение удается с помощью специальных активных фильтров, которые подавляют высшие гармоники. Для равномерного распределения нагрузки применяют симметрирующие устройства, включающие в себя емкостные и индуктивные элементы.

4.3. Проверка качества работы энергоустановок

Как показано выше, от качества работы элементов энергоустановки и систем энергоснабжения зачастую зависит и состояние промышленного производства, и качество жизни населения. Качество энергоснабжения напрямую влияет на обеспечение эффективности, надежности и безопасности у энергопотребителей.

Задача энергоаудита качества – получить доказательства о фактических значениях выходных параметров (потребительских свойств) энергоустановки, энергоносителя, энергооборудования и проверить соответствие этих параметров обоснованным потребностям промышленных и бытовых потребителей, проектной и технической документации, установленным нормам и правилам, а также современному уровню технологического развития.

Основная информация о технических характеристиках электрооборудования содержится в их технических паспортах. Кроме того, стандарты предписывают производителям оборудования наносить на его поверхность номинальные параметры работы.

Рабочие характеристики оборудования, необходимые для потребителей, обычно можно почерпнуть из проектной и эксплуатационной документации на объект, в котором установлено данное оборудование.

Это же касается и систем энергоснабжения в целом, для которых должен существовать также и специализированный документ: схема энергоснабжения.

К сожалению, зачастую случается так, что найти необходимую документацию не удается, маркировка оборудования закрашена, а требования, на основе которых разрабатывался проект энергоустановки, не соответствует современным.

Качество энергоносителя фиксируется в договорах энергоснабжения и, как правило, должно подтверждаться сертификатом или гарантироваться поставщиком.

Однако то и другое у нас в стране находится пока еще в начальной стадии развития, а в договорной практике принято ограничиваться указанием только энергетических характеристик энергоносителя.

Поэтому на сегодняшний день одним из основных источников аудиторских доказательств по качественным характеристикам работы энергоустановок являются вахтенные журналы оперативного учета и контрольные измерения, выполненные самим аудитором.

Особенности энергоаудита качества рассмотрим на примере систем электроснабжения.

Качество электрической энергии, как известно,обуславливается ее пригодностью для обеспечения нормального функционирования технических средств (электрических, электронных, радиоэлектронных и других) потребителей электрической энергии.

Еще раз подчеркнем, что особенность электрической энергии, как продукции, в частности состоит в неразрывности и одновременности процессов производства и потребления, в результате чего искажающее влияние на качество энергии может быть оказано как электроприемниками потребителя, так и привнесено извне в виде конструктивной электромагнитной помехи, распространяемой по общей электрической сети. При этом источниками искажений качества электрической энергии могут быть как собственные электроприемники, так и электроприемники других потребителей, а также электротехническое оборудование электрических станций и сетей. В части терминов и определений параметров качества электрической энергии энергоаудитору следует руководствоваться ГОСТ 23875-88 .

Качество электрической энергии (КЭ) оказывает существенное влияние на надежность и экономичность работы электрооборудования. Ухудшение КЭ может привести к имущественному ущербу у потребителей (выход из строя электротехнического оборудования), нарушение работы устройств автоматики, телемеханики, связи, электронной техники, увеличение потерь электроэнергии, нерегламентируемым изменениям технологического процесса, снижению качества выпускаемой продукции, производительности труда и др. В отдельных случаях, КЭ может повлиять на безопасность жизни и здоровья людей.

Зачастую из-за неудовлетворительного КЭ оказываются бессмысленными капиталовложения в современные технологии и промышленное оборудование, требовательное к параметрам электроснабжения.

Во многом сложившиеся положение с КЭ в электрических сетях объясняется тем, что длительное время электроэнергетика России развивалась по экстенсивному пути. В первую очередь решались задачи обеспечения электроэнергией растущих потребностей промышленности, сельского и коммунально-бытового хозяйства страны, повышения надежности электроснабжения и др.

На этом этапе развития электроэнергетики обеспечение КЭ, поставляемой потребителям, не рассматривалось энергоснабжающими организациями как одна из основных задач во взаимоотношениях с ними.

В связи с этим, энергоснабжающие организации не уделяли должного внимания созданию системы управления КЭ, отпускаемой потребителям, в том числе созданию организационной структуры, разработке внутренних документов, организации системы контроля и анализа КЭ и др. Вопросы КЭ не затрагивались в договорах энергоснабжения и технических условиях на присоединение потребителей.

В настоящее время спрос на аудит КЭ постоянно повышается. Потребители электроэнергии, как юридические, так и физические лица, не желают мириться с положением, когда энергоснабжающие организации не обеспечивают качество поставляемой энергии.

В связи с этим, задачей энергетического аудита качества является не только установление степени соответствия параметров энергоносителя или энергооборудования установленным требованиям, но и выработка комплекса мероприятий, обеспечивающих стабильность поддержания требуемых показателей качества и их защиту от возможного искажения.

Квалифицированный аудит системы управления качеством электрической энергии позволит энергоснабжающим организациям улучшить качество поставляемой энергии, уменьшить убытки от претензий со стороны потребителей, повысить надежность электроснабжения и стабильность выручки.

Под системой качества энергоснабжающей организации понимают совокупность организационной структуры, методик, процессов и ресурсов энергоснабжающей организации, которая необходима для осуществления административного руководства обеспечением качества поставляемой электрической энергии.

Аудиторские проверки проводятся путем контроля производства электрической энергии и/или системы качества, а также экспертизы протоколов периодического или непрерывного контроля КЭ.

Контроль качества электрической энергии подразумевает оценку соответствия показателей установленным нормам и определение стороны виновной в ухудшении этих показателей.

Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения установлены для следующих показателей КЭ:

Отклонение частоты;

Установившиеся отклонение напряжения;

Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения;

Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения;

Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;

Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности.

Первые два показателя являются наиболее критичными для электропотребителей, поэтому с учетом только этих двух показателей установлена наиболее массовая процедура обязательной сертификации электрической энергии.

Определение показателей качества электрической энергии задача нетривиальная.

Большинство процессов в электрических сетях – быстротекущие, все нормируемые показатели качества электрической энергии не могут быть одномоментно измерены напрямую – их необходимо рассчитывать, а окончательное заключение можно дать только статистически обработанными результатами.

Поэтому для определения показателей КЭ необходимо выполнить большой объем измерений с высокой скоростью и одновременной математической и статистической обработкой значений этих параметров. Причем самый большой поток измерений необходим для определения несинусоидальности напряжения. Для определения всех гармоник до 40-ой включительно и в пределах допустимых погрешностей требуется выполнять измерения мгновенных значений трех междуфазных напряжений 256 раз за период (3·256·50=38400 в секунду). А для определения виновной стороны, одновременно измеряются мгновенные значения фазных токов и фазовый сдвиг между напряжением и током, только в этом случае возможно определить, с какой стороны и какой величины внесена та или иная помеха. Наиболее сложная математика задействована при оценке колебаний напряжения. ГОСТ 13109-97 нормирует эти явления для огибающей меандровой (прямоугольной) формы, а в сети колебания напряжения имеют случайный характер.

Здесь же необходимо указать на наиболее массовые причины, ухудшающие показатели КЭ:

Удаленность потребителя от центра питания;

Малое сечение проводов в высоковольтных внешних сетях, по которым поставляется электроэнергия потребителю;

Плохое качество электрических соединений во внутренней сети потребителя;

Превышение потребителями мощности электроприемников, согласованной с электроснабжающей организацией;

Самовольное подключение абонентов, не зарегистрированных в электроснабжающей организации;

Использование потребителями приемников электроэнергии с резкопеременной нагрузкой, импульсными блоками питания;

Переходные процессы в электрических сетях из-за коротких замыканий, ударов молний в элементы сети, действий систем релейной защиты и автоматики, коммутаций различного электрооборудования, обрывов нулевого провода в сетях 0,4 кВ;

Ошибочные действия персонала и ложные срабатывания средств защиты и автоматики;

Отсутствие или недостаточность централизованного регулирования напряжения, средств компенсации реактивной мощности.

При выражении мнения о способах повышения КЭ аудитору целесообразно рассмотреть эффективность следующих технических мероприятий:

1. проведение поэтапной реконструкции в самых удаленных участках распределительной электросети 6-10/0,4 кВ, где уровень напряжения недопустимо низок;

2. увеличение сечения линий электропередач;

3. присоединение к более мощной системе энергоснабжения;

4. организация работы по выявлению самовольно подключившихся к электросети абонентов;

5. периодическая перефазировка нагрузок;

6. питание мощных искажающих нагрузок от отдельной системы шин;

7. внедрение автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии с контролем КЭ или автоматизированных систем управления КЭ;

8. выполнение сезонных переключений потребителей на трансформаторных подстанциях;

9. применение ЧРП или устройств плавного пуска электроприемников с большими пусковыми токами;

10.применение конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности в распределительной сети;

Кроме того, важно выразить мнение по договорам энергоснабжения на предмет четкого распределения ответственности сторон за недопустимое отклонение показателей от установленных норм.

Примечание: Вопросы воздействия на различные компоненты окружающей среды и применимости, а также экономические аспекты обсуждаются в разделе 3.6.7

Качество электроэнергии требуется выражать количественными показателями для оценки питающей сети. Провайдеры обязаны поддерживать соответствие ГОСТам таких характеристик, как колебание напряжения и частоты. В зависимости от подключенных потребителей значения основных показателей меняются, что может при значительных их отклонениях приводить к выходу из строя бытовых приборов.

Что влияет на характеристики питающей сети?

Качество электроэнергии зависит от огромного числа факторов, изменяющих показатели сверх установленных нормативами пределов. Так, напряжение может оказаться завышенным из-за аварии на подстанции. Заниженные значения появляются в вечернее время суток или в летний сезон, когда люди возвращаются домой и включают телевизоры, электрические плиты, сплит-системы.

Качество электроэнергии согласно ГОСТам может незначительно колебаться. В очень плохих питающих сетях потребителям приходится пользоваться стабилизаторами напряжения. Контроль над характеристиками возложен на Роспотребнадзор, куда можно обращаться при возникающих несоответствиях.

Качество электроэнергии может зависеть от следующих факторов:

• Суточных колебаний, связанных с неравномерным подключением потребителями либо с влиянием приливов и отливов на морских станциях.
• Изменениями воздушной среды: влажности, образование льда на питающих проводах.
• Изменением ветра, когда питание вырабатывают ветровики.
• Качеством проводки, со временем она изнашивается.

Зачем нужны основные характеристики питающей сети?

Количественная величина и погрешности отклонения параметров устанавливаются согласно ГОСТ. Качество электроэнергии прописано в документе 32144-2013. Потребовалось узаконить эти показатели из-за риска возгорания приборов потребителя, а также нарушения функционирования электроприборов чувствительных к перепадам напряжения установок. Последние устройства распространены в медицинских учреждениях, научных центрах, на военных объектах.

Электроэнергии обновлены в 2013 году в связи с развитием рынка сбыта энергии и появлением новых электронных устройств. Рассматривать электричество в рамках его поставки следует как продукцию, соответствующую определённым критериям. При отклонении установленных характеристик к провайдерам может применяться административная ответственность. Если же по вине колебаний входящего напряжения пострадали или могло пострадать люди, то может возникнуть уже уголовная ответственность.

Что происходит с потребителями при отклонении нормальных режимов питания?

Параметры качества электроэнергии влияют на длительность работы подключаемых устройств, часто это становится критично на производствах. Падает производительность линий, увеличивается Так на валу двигателей снижается вращающий момент при падении значений показателей питающей сети. Укорачивается срок службы ламп освещения, световой поток ламп становится меньше либо мерцает, что сказывается на выпускаемой продукции в теплицах. Существенное влияние оказывается на процессы других биохимических реакций.

Согласно законам физики снижение напряжения при неизменной нагрузке на валу двигателя приводит к стремительному росту тока. Это, в свою очередь, приводит к сбоям в работе защитных выключателей. В результате плавится изоляция, в лучшем случае горят в худшем безвозвратно портятся обмотки двигателей, элементы электроники. При аналогичных обстоятельствах электросчетчик начинает вращаться с большей скоростью. Хозяин помещения терпит убытки.

Критерии оценки питающей сети

Что же содержит ГОСТ? Качество электроэнергии определяется характеристиками трёхфазных сетей и распространенных в быту цепей частотой 50 Гц:

• Установившееся значение отклонения напряжения определяет величину характеристики, при которой потребители могут функционировать без сбоя. Устанавливается нижний нормальный предел от 220 В это 209 В и верхний равен 231 В.
• Размах изменения входного напряжения представляет собой разность величин действующей и амплитудной. Замеры производят за цикл перепада параметра.
• Доза фликера подразделяется на кратковременную в пределах 10 минут и длительную, определяемую 2 часами. Обозначает степень восприимчивости человеческого глаза к мерцанию света, причиной которого стало колебание питающей сети.
• Импульсное напряжение описывается временем восстановления, имеющего разную величину в зависимости от причины возникновения скачка.
• Коэффициенты для оценки качества питающей сети: по искажению синусоидальности, значения временного перенапряжения, гармонических составляющих, несимметричности по обратной и нулевой последовательностях.
• Интервал провала напряжения определяется периодом восстановления параметра, установленного согласно ГОСТ.
• Отклонение питающей частоты приводит к повреждениям электрических частей и проводников.

Фиксируемое отклонение входной величины

Показатели качества электроэнергии стараются сделать соответствующими установленным номиналам, прописанным в законодательных актах. Внимание уделяется погрешностям, возникающим при замерах U и f. Если имеются погрешности, то можно обращаться в надзорные органы, чтобы привлечь к ответственности поставщика электричества.

Общие требования к качеству электроэнергии включают параметр отклонения питающего напряжения, который подразделяют на две группы:

• Нормальный режим, когда отклонение составляет ±5 %.
• Предел допустимого режима установлен для колебаний ±10 %. Это составит для сети 220 В минимальный порог 198 В и максимальный 242 В.

Восстановление напряжения должно происходить во временной интервал не более двух минут.

Размах изменения питающей сети

Нормы качества электроэнергии содержат надзор за таким параметром, как колебание составляющих напряжения. Он устанавливает разницу между верхним порогом амплитуды и нижним. Учитывая, что допуски отклонения параметра от установленного укладываются в предел ±5 %, то размах предельный режим не может превышать ±10 %. Питающая сеть 220 В не может колебаться более или менее 22 В, а 380 В работает нормально в границах ±38 В.

Результирующий размах колебаний напряжения рассчитывается по следующему выражению ΔU = U max −U min , в нормативах результаты указываются в % согласно расчетам ΔU = ((U max −U min)/U nominal)*100%.

Неустойчивость входного значения

Система качества электроэнергии включает замеры дозы фликера. Этот показатель фиксирует специальный прибор — фликерметр, который снимает амплитудно-частотную характеристику. Полученные результаты сравнивают с кривой чувствительности зрительного органа.

ГОСТом установлены допустимые пределы изменения дозы фликера:

• Кратковременные колебания показатель не должен быть выше 1,38.
• Длительные изменения должны укладываться в значение параметра 1,0.

Если речь идет о верхнем пределе показателя цепи ламп накаливания, то требуется, чтобы результат попал в следующие границы:

• Кратковременные колебания — показатель установлен равным 1,0.
• Продолжительные изменения параметра — 0,74.

Ощутимые перепады

Измерения качества электроэнергии предусматривают замеры такой составляющей, как импульсы питающего напряжения. Он объясняется резкими спадами и подъемами электричества в пределах выбранного интервала. Причинами такого явления может быть одновременная коммутация большого числа потребителей, влияние электромагнитных помех из-за грозы.

Установлены периоды восстановления напряжения, не влияющие на работу потребителей:

• Причины перепадов — это гроза и другие природные электромагнитные помехи. Период восстановления равен не более 15 мкс.
• Если импульсы появились из-за неравномерной коммутации потребителей, то период намного больше и равен 15 мс.

Наибольшее число аварий на подстанциях происходит по причине удара молнии в установку. Сразу страдает изоляция проводников. Величина перенапряжения может достигать сотен киловольт. Для этого предусмотрены защитные приспособления, но иногда они не выдерживают, и наблюдается остаточный потенциал. В эти моменты неисправность не возникает благодаря прочности изоляции.

Продолжительность спада входной величины

Измеренный параметр описывают как провал напряжения, укладывающийся в границы ±0,1U nominal за интервал в несколько десятков миллисекунд. Для сети 220 В изменение показателя допускается до 22 В, если 380 В, то не более 38 В. Глубина спада рассчитывается согласно выражению: ΔU n =(U nominal −U min)/U nominal .

Продолжительность спадла рассчитывается согласно выражению: Δt n =t k −t n , здесь t k — это период, когда напряжение уже восстановилось, а t n — точка начала отсчета, момент когда произошло падение напряжения.

Контроль качества электроэнергии обязывает учитывать частоту появления провалов, определяемую по формуле: Fn=(m(ΔU n ,Δt n)/M)*100%. Здесь:

• m(ΔU n ,Δt n) определяется как количество спадов в установленное время при глубине ΔU n и продолжительности Δt n .
• М - общий счет спадов в течение выбранного периода.

Зачем нужна величина спада

Параметр продолжительность спада входной величины требуется для оценки надежности подводящей энергии в количественном выражении. На этот показатель может влиять периодичность аварий на подстанции из-за халатности персонала, молний. Результатом исследования провалов становятся прогнозы по степени отказа в рассматриваемой сети.

Статистика позволяет делать приближенные выводы о стабильности подачи Провайдеру электричества предоставляются рекомендуемые данные для проведения профилактических мероприятий на установках.

Отклонение частоты

Соблюдение частоты в определенных границах относится к необходимому требованию потребителя. При снижении показателя на 1 %, потери составляют более 2 %. Это выражается в экономических затратах, снижение производительности предприятий. Для обычного человека это приводит к повышенным суммам в квитанциях по оплате за электричество.

Скорость вращения асинхронного двигателя напрямую зависит от частоты питающей сети. Нагревающие ТЭНы имеют меньшую производительность при снижении параметра меньше 50 ГЦ. При завышенных значениях может происходить повреждение потребителей либо других механизмов, не рассчитанных на высокий момент вращения.

Отклонение частоты может повлиять на работу электроники. Так на экране телевизора возникают помехи при изменении показателя на ±0,1Гц. Кроме визуальных дефектов, возрастает риск вывода из строя микроэлементов. Методом борьбы с отклонениями качества электроэнергии выступает введение резервных питающих узлов, позволяющих в автоматическом режиме восстанавливать напряжение в установленные промежутки времени.

Коэффициенты

Для нормальной работы питающей сети введен контроль следующих коэффициентов:

• Несинусоидальности кривой напряжения. Искажение синусоиды происходит за счет мощных потребителей: ТЭНов, конвекционных печей, сварочных аппаратов. При отклонениях этого параметра снижается срок службы обмоток двигателей, нарушается работа релейной автоматики, выходят из строя приводные системы на тиристорном управлении.
• Временного перенапряжения является количественной оценкой импульсного изменения входной величины.
• N-ой гармоники является характеристикой синусоидальности получаемой на входе характеристики напряжения. Расчетные значения получают из табличных данных для каждой гармоники.
• Несимметрия входной величины по обратной или нулевой последовательности важно учитывать для исключения случаев неравномерного распределения фаз. Такие условия возникают чаще при обрыве питающей сети, подключенной по схеме звезды или треугольника.

Виды защиты от непредсказуемых изменений в питающей сети

Повышение качества электроэнергии нужно проводить в определенные законом сроки. Но защиту своего оборудования потребитель вправе выстраивать применением следующих средств:

• Стабилизаторы питания гарантируют поддержание входной величины в указанных границах. Достигается качественная энергия даже при отклонениях входной величины более чем на 35 %.
• Источники предназначены для поддержания работоспособности потребителя в течение установленного промежутка времени. Питание приборов происходит за счет накопленной энергии в собственной батарее. При отключении электричества, бесперебойники способны поддерживать работоспособность аппаратуры целого офиса в течение нескольких часов.
• Приборы защиты от скачков напряжения работают по принципу реле. После превышения входной величины установленного предела происходит размыкание цепи.

Все виды защиты приходится комбинировать для обеспечения полной уверенности в том, что дорогостоящая техника останется целой во время аварии на подстанции.

Увеличение количества и повышение установленной мощности электроприемников с нелинейным и несимметричным характером нагрузок, появление новых электротехнических установок сделали искаженные режимы характерной и неотъемлемой чертой работы современной системы электроснабжения. При этом нарушение ГОСТ 13109—97 возможно как со стороны энергоснабжающей организации (установившееся отклонение напряжения, отклонение частоты; длительность провала напряжения; импульсное напряжение; коэффициент временного перенапряжения, так и со стороны потребителей.

Потребитель с переменной нагрузкой может нарушить стандарт по размаху изменения 8 U, и дозе фликера с нелинейной — по коэффициенту искажения синусоидальности кривой Ки и коэффициенту гармонической составляющей с несимметричной — по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности и коэффициенту несимметрии напряжений по нулевой последовательности Кои.

Показатели отклонения частоты и зависят от баланса активной и реактивной мощностей в энергосистеме, поэтому поддержание их возлагается на энергоснабжающие организации, сети которых являются виновником провалов напряжения, импульсов и кратковременных перенапряжений. Провал — неизбежное явление для сети любого — приводит к мгновенным последствиям, тем более значимым, чем больше их глубина и длительность.

Причиной, вызывающей несинусоидальность, несимметрию, колебания и отклонения напряжения, является тот или иной вид электроприемника, определяемого технологическим процессом (производством). Отклонение вызывает изменение нагрузки любого производства. Предприятия с мощными сварочными устройствами порождают и колебания, несимметрию напряжения; дуговые сталеплавильные печи — еще и несинусоидальность; электролиз цветной металлургии — колебания, несинусоидальность; однофазная нагрузка — несимметрию; тяговые подстанции — несинусоидальность и несимметрию напряжений.

Мы рассмотрели искажения в установившихся режимах работы. Но существуют промышленные источники искажений напряжения, создающие помехи в пусковых режимах или при регулировании. Высшие гармоники порождают при пуске и торможении электродвигатели переменного тока с регулируемой скоростью, преобразователи при рекуперативном торможении. Трансформаторы при включении и отключении вызывают кратковременные перенапряжения.

Потребитель может быть источником искажений по нескольким ПКЭ. Количество и местоположение источников в схеме известно приблизительно, а уровень вносимых ими искажений практически неизвестен. Искажающие токи растекаются по сетям в зависимости от схемы сети, ее частотных характеристик и т. п. Токи суммируется в узлах, поэтому искажение определяется действием нескольких виновников.

Если рассматривать все точки (узлы), где следует выдерживать (и проверять) ПКЭ, то налицо объект с ценологическими свойствами. Но существующая теория расчета ПКЭ основана на нормальном распределении. Сложившееся положение аналогично положению с расчетом электрических нагрузок в 50—60е гг. XX в., когда полагали, что вероятностный гауссов подход решит проблему нагрузок. Очевидно, что существует большая область теории и практики, важнейшая при использовании электроэнергии, требующая новых представлений.

Для обеспечения требований, предъявляемых к качеству потребителями, значения напряжений в каждой точке электрической сети должны находиться в определенных допустимых пределах. Практически без специальных регулирующих устройств допустимый режим напряжений может быть обеспечен только в том случае, когда суммарные потери невелики. Это может быть только в сетях небольшой протяженности и с малым числом промежуточных трансформаций.

В распределительных электрических сетях отклонения обычно определяются для характерных точек — наиболее чувствительных к отклонению потребителей и наиболее удаленных от трансформаторных подстанций точек подключения электроприемников. В фиксированный момент времени для любой точки радиальной сети величина bU определяется выражением

Размахи изменения напряжения, следующие друг за другом, создают колебания 5Ut. Нормирование колебаний производится по степени воздействия на зрение человека. Процесс зрительного восприятия колебаний (фликера) начинается с верхнего предела частоты колебаний порядка 35 Гц при изменениях менее 10 %. Наиболее раздражающее действие мигания света наступает у человека при частоте, равной 8,8 Гц, при определенной величине размаха U. Длительность воздействия колебаний при этом составляет 10 мин. С точки зрения фликера лампы накаливания являются нагрузками, наиболее чувствительными к величине изменения напряжения.

Источниками колебаний в современных электрических системах являются мощные электроприемники, характеризующиеся импульсным, резко переменным характером потребления активной и реактивной мощностей. Для них характерны: питание от шин напряжением 35 — 220 кВ; значительные изменения потребляемой активной Р и реактивной Q мощности (которая может превышать в 1,5 раза) с высокой скоростью в течение суток; наличие у токоприемников нелинейных элементов.

К таким электроприемникам относятся в приоритетном порядке по степени воздействия на этот ПКЭ: дуговые сталеплавильные печи; руднотермические печи; электродвигатели большой мощности (в частности, прокатных станов); индукционные печи; машины контактной сварки; преобразователи электролизных установок; синхронные двигатели; приводы насосов и компрессоров в распределительных сетях. Так, при работе печи ДСП100 на напряжении 35 кВ величина bU в сети составила (4,3…8,2)% при cos

0,1 …0,3 в период расплава металла и cos cp = 0,70…0,77 — в остальных режимах. При этом колебаний оказалась равной 8,3 Гц.

Нестабильность колебаний во многом предопределяется изменчивостью потребления реактивной мощности, поэтому, анализируя ее процесс изменения, можно получить достаточно достоверную информацию о характере колебаний в исследуемой электрической сети.

В электрических системах распространение колебаний происходит в направлении к шинам низкого практически без затуханий, а к шинам высокого — с затуханием по амплитуде. Этот эффект проявляется в зависимости от величины SK 3 системы. При распространении колебаний в любом направлении их частотный спектр сохраняется, а коэффициент затухания или усиления К определяется соотношением

где Sкз — мощность короткого замыкания ступени трансформации; Sт ном — номинальная мощность трансформатора; Ек — короткого замыкания трансформатора.

Источниками гармонических искажений являются в основном нагрузки, обладающие нелинейными характеристиками: дуговые сталеплавильные печи; вентильные преобразователи; трансформаторы с нелинейными вольтамперными характеристиками; преобразователи частоты; индукционные печи; вращающиеся электрические машины, питаемые через вентильные преобразователи; телевизионные приемники; люминесцентные лампы; ртутные лампы. Последние три источника создают при своей работе невысокий уровень гармонических искажений на выходе, но их общее количество велико. Эффект наложения искажений приводит к их значительному уровню, даже в сетях высоких напряжений. Так, величина гармонических искажений КТшЯи в сетях 230 кВ за счет работы телевизионных приемников может достигать 1 %. Пока в узлах электроснабжения промышленных предприятий значения коэффициента искажения синусоидальности кривой Ки и коэффициента лй гармонической составляющей превышают нормы ГОСТ (табл. 10.4).

Распространение гармоник тока по сети также зависит от параметров схемы и конфигурации сети. При распространении гармоник тока от источника в направлении сети более высокого происходит снижение амплитуд гармонических составляющих, обычно вызванное увеличением величины SK3 системы. Если распространение гармоник происходит в направлении к сетям низкого напряжения, то затухание гармоник слабее. Существенное влияние на работу электрооборудования, в первую очередь на электродвигатели и силовые трансформаторы, оказывает несимметрия напряжений. При коэффициенте обратной последовательности напряжений, рав

ном 4%, срок службы электродвигателей сокращается примерно в

Основная масса электрического и электронного оборудования предусматривает работу от источника питания с определенными характеристиками, которые определяют минимальные и максимальные границы для среднеквадратического напряжения и частоты.

Пользователь в свою очередь надеется, что питание будет всегда непрерывным и в пределах погрешности. Поставщик этого не гарантирует, а при демократичной цене этого достичь практически невозможно.

Качество электропитания невозможно оценить заранее, т.к. оно проходит через несколько трансформаторов, много километров линий электропередач и смешивается с выходными параметрами других генераторов.

Понятие «хорошее качество электроэнергии» может быть использовано для описания постоянно поступающего электропитания в пределах допустимого отклонения напряжения и частоты и чистой синусоидальной волны.

«Плохое качество электроэнергии» описывает питание, которое отклоняется от норм, играет ли отклонение важную роль, зависит от цели установки, конструкции оборудования и установки.

Самые важные причины плохого качества электроэнергии подразделяются на две категории, описанные ниже.

1. Проблемы качества энергосистемы
2. Проблемы , связанные с установкой и нагрузкой

Четких границ между этими двумя категориями нет, т.к. помехи, вызванные с оборудованием на одной площадке, могут стать причиной поломки или повреждения оборудования на другой площадке. Например, сильная нагрузка от дуговых печей на производстве или в небольшом хозяйстве может вызвать при включении провал напряжения у нескольких соседних пользователей.

Результатом может быть полное отключение компьютерной сети, вызывающее более масштабный сбой, чем ожидает пользователь.

1. Проблемы качества энергосистемы

Обрыв электропитания

Полное отключение электропитания длительностью более минуты, вызванное выработкой или распределением электроэнергии, поломкой на подстанции, обрывом линии электропередач или распределением нагрузки в процессе перегрузки системы. Последствием является полное отключение подстанции.

Примеры обрывов электропитания

Временное прерывание

Отключение электропитания длительностью менее минуты, обычно вызванное устройством автоматического повторного включения, возобновляющим электропитание после временных прерываний. Компьютеры и оборудование связи отключаются, а при этом происходит потеря данных. Перезапуск может занять несколько минут, а восстановление данных может занять больше времени.

Переходные процессы

Резкие скачкообразные всплески напряжения, наложенные на напряжение электропитания. Могут быть вызваны несколькими факторами, включая остаточные явления от ударов молнии, от включения конденсаторов для компенсации реактивной мощности, а также включения индуктивной нагрузки.

Осциллограмма импульса напряжения

Недостаточное напряжение или перенапряжение

Долговременное резкое превышение расчетных параметров, вызванное поломкой переключателей ответвлений. При преднамеренном снижении напряжения для уменьшения нагрузки может стать причиной нестабильной работы оборудования, в том числе перезагрузки компьютеров, выхода из строя электромагнитных клапанов и перегревов двигателей с беличьей клеткой. Перенапряжение может стать причиной постоянного повреждения различного электрического и электронного оборудования.

Провалы или скачки напряжения

Кратковременные колебания напряжения, выходящие за рамки норм и вызванные включением или выключением мощных нагрузок, например больших моторов. В экстремальных условиях провалы напряжения могут стать причиной отключения оборудования, а скачки напряжения причиной поломок.

Асимметрия напряжения

Асимметрия фазного напряжения трехфазного электропитания по причине дифференциальной нагрузки фаз, что влет за собой появление циркулирующего ток (и перегрев) трансформаторов, а также пониженную эффективность работы трехфазных моторов.

Мерцания

Периодические колебания электропитания, вызванные изменениями циклической нагрузки, например, от работы системы приводов с переключающимися циклами. Результатом становится мерцание освещения

Гармонические колебания

Изменение напряжения, вызванное нелинейными нагрузками. Результатом становится перегрев из-за повышенного завихрения и гистерезисной потери в трансформаторах, перегрев и уменьшенный крутящий момент в моторах, а также перегрев в нулевых проводах и конденсаторах для компенсации реактивной мощности.

Искаженный сигнал, изображенный в виде ряда Фурье

Некоторые из дефектов, такие как прерывания и мерцания, пользователь замечает сразу, в то время как другие проявляются своим воздействием на оборудование и подстанции. Устойчивость оборудования к сбоям можно повысить несколькими способами.

Хотя данные проблемы и классифицируются как проблемы электропитания, причиной могут служить проблемы на площадке пользователя.

2. Установка и проблемы, связанные с нагрузкой

Существуют три основные проблемы с установками:

1. Токи утечки на землю
2. Провалы и скачки напряжения

Гармонические токи

Гармонические токи возникают из-за растущего преобладания используемых нелинейных нагрузок и вызывают проблемы в проводке, трансформаторах и моторах. Использование гармонических токов из сети электропитания налагает искажение на форму кривой напряжения, что при отсутствии проверки может стать причиной проблем для других пользователей электросети. Таким образом, устанавливаются рамки для дозволенной амплитуды основных гармоник.

Токи утечки на землю

Токи утечки на землю возникают из-за самого современного электронного оборудования.

Для отдельных единиц ток достаточно мал, часто менее 3.5мА, но что касается, например компьютеров, ток может быть достаточно большим. В дополнение ко всему существует значительный высокочастотный компонент в токе утечки, появляющийся в результате фильтрации переходных процессов в энергоблоках.

Основные системы заземления были созданы для функционирования в качестве защитного заземления (т.е. для обеспечения низко-импедансного тракта для тока короткого замыкания, для обеспечения защиты от перегрузки по току), а не для того чтобы справляться с постоянными токами утечки, особенно при высокой частоте. Высокая чувствительность к шумам от современных компьютеров и оборудования систем связи наложила дополнительные требования на систему заземления.

Провалы и скачки напряжения

Основные дефекты от отклонений напряжения приписываются к проблемам с электропитанием, но это не всегда является причиной.

Переключение тяжелых нагрузок, таких как большие моторы и дуговые печи, становятся причиной провалов напряжения и если нагрузка является индуктивной, то и переходных электрических перенапряжений. Провалы могут длиться несколько секунд, пока оборудование набирает скорость, становясь источником проблем для чувствительного к напряжению оборудования. Такие переходные перенапряжения могут вызывать поломку электронного оборудования, а посредством индуктивной связи с линией передачи данных и ошибки в обработке данных на компьютерах и системах связи.

В обстоятельствах, когда используются конденсаторы компенсации реактивной мощности, может возникнуть резонанс с индуктивным сопротивлением электропитания, что приводит к поломке конденсаторов.

Практические решения включают в себя отделение одной энергосистемы от другой и использование проводов с хорошей площадью поперечного сечений.

Определенные решения могут оказаться полезными когда источник проблемы не находится под контролем клиента.

В любом случае, использование превентивных мер на практике является наилучшим выбором.