Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

Качество электроэнергии и энергосбережение в электроэнергетике

Конспект лекций
для магистрантов специальности 6М071800 – Электроэнергетика

Алматы 2013

СОСТАВИТЕЛИ: Г.Г. Трофимов, О.П. Живаева. Качество электроэнергии и энергосбережение в электроэнергетике. Конспект лекций для магистрантов специальности 6М071800 – Электроэнергетика. – Алматы: АУЭС, 2013. – 63 с.

В данном курсе лекций освещены вопросы качества электроэнергии и энергосбережения, рассмотрены основные показатели качества электроэнергии и влияния их на работу электрооборудования, технологический расход мощности и энергии в электрических сетях, энергетическое обследование и энергоаудит.

Ил. 13, библиогр. - 15 назв.

Рецензент: канд. техн. наук, профессор Цыба Ю.А.

Печатается по плану издания НАО «Алматинский университет энергетики и связи» на 2011 год.

Содержание

1 Лекция. Основные показатели качества электроэнергии	4
2 Лекция. Отклонения напряжения	7
3 Лекция. Отклонение частоты	9
4 Лекция. Колебания напряжения	12
5 Лекция. Несинусоидальность напряжения	18
6 Лекция. Несимметрия напряжения	22
7 Лекция. Провал напряжения	26
8 Лекция. Импульс напряжения и временное перенапряжение	29
9 Лекция. Статистическая оценка показателей качества электроэнергии	33
10 Лекция. Контроль качества электроэнергии	37
11 Лекция. Электромагнитная совместимость	40
12 Лекция. Влияние качества электрической энергии на электромагнитную совместимость	43
13 Лекция. Энергосбережение	48
14 Лекция. Технологический расход мощности и энергии в электрических сетях	53
15 Лекция. Энергетическое обследование и энергоаудит	58
Список литературы	62

1 Лекция. Основные показатели качества электроэнергии

Содержание лекции: основные показатели качества, требования к показателям качества.

Цель лекции: изучить основные показатели качества.

Под термином «качество электроэнергии» понимается соответствие основных параметров энергосистемы установленным нормам производства, передачи и распределения электроэнергии [1, 7].

Стандартом устанавливаются следующие показатели качества электроэнергии (ПКЭ):

– установившееся отклонение напряжения dU_y,;

– размах изменения напряженияdU_f ;

– доза фликера Р_t;

– коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения K_u;

– коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения K_u₍_n₎;

– коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности К₂_u;

– коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности K₀_u;

– отклонение частоты ∆f;

– длительность провала напряжения ∆t_n;

– импульсное напряжение U_имп;

– коэффициент временного перенапряжения К_пер_U.

При определении значений некоторых ПКЭ стандартом вводятся следующие вспомогательные параметры электрической энергии:

– частота повторений изменений напряжения F_d_Ut;

– интервал между изменениями напряжения ∆t_i_,_i₊₁;

– глубина провала напряжения dU_g;

– частота появления провалов напряжения F_п;

– длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды ∆t_имп0,5;

– длительность временного перенапряжения ∆t_пер_U;

Количественная характеристика качества электроэнергии выражается отклонениями напряжения и частоты, размахом колебаний напряжений и частоты, коэффициентом несинусоидальности формы кривой напряжения, коэффициентом несимметрии напряжения основной частоты.

Отклонение частоты – разность, усредненная за 10 минут между фактическим значением основной частоты и номинальным её значением. Отклонение частоты от номинального значения в нормальном режиме работы допускается в пределах ±0,1 Гц. Кратковременные отклонения могут достигать ±0,2 Гц.

Колебание частоты – разность между наибольшим и наименьшим значениями основной частоты в процессе достаточно быстрого изменения параметров режима, когда скорость изменения частоты не меньше 0,2 Гц в секунду. Колебания частоты не должны превышать 0,2 Гц сверх допустимых отклонений 0,1 Гц:

Колебание напряжения оценивается следующими показателями [4,8]:

1) Размахом изменения напряжения dU (см. рисунок 1.1), т.е. разностью между наибольшим и наименьшим действующими значениями напряжения в процессе достаточно быстрого изменения параметров режима, когда скорость изменения напряжения не менее 1% в секунду.

2) Частотой изменений напряжения (1/с, 1/мин., 1/ч.).

3) Интервал между следующими друг за другом изменений напряжения. Dt_kj

Рисунок 1.1 – Размах изменения напряжения

Несинусоидальность напряжения сети характеризуется коэффициентом несинусоидальности (искажения) кривой напряжения.

Под несимметрией напряжений понимают неравенство фазных или линейных напряжений по амплитуде и углам сдвига между ними.

Физический смысл и нормирование значения показателей качества электроэнергии, согласно ГОСТ 13 109-97.

Нормирование значений показателей качества электроэнергии относится к числу главных вопросов проблемы качества электроэнергии. Систему показателей качества электроэнергии образуют количественные характеристики медленных (отклонения) и быстрых (колебания) измерений действующего значения напряжения, его формы и симметрии в трехфазной системе, а также изменений частоты. Принципы нормирования показателей качества электроэнергии по напряжению основываются на технико-экономических предпосылках и состоят в следующем:

а) показателей качества электроэнергии по напряжению имеют энергетический смысл, т.е. характеризуют мощность (энергию) искажения кривой напряжения, степень отрицательного воздействия энергии искажения на электрооборудование и технологические процессы соизмеряются со значением показателей качества электроэнергии;

б) предельно допустимые значения показателей качества электроэнергии выбираются из технико-экономических соображений;

в) показатели качества электроэнергии нормируются в течение определенного интервала времени с заданной вероятностью для получения достоверных и сопоставимых значений;

г) допустимые значения показателей качества электроэнергии указываются на зажимах ЭП в узлах электросетей.

В большинстве стран СНГ принят стандарт ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», в котором в качестве допустимых значений показателей качества электроэнергии приняты, в основном, уровни электромагнитной совместимости в СЭС, приведенные в публикациях МЭК в качестве рекомендаций для составления национальных стандартов.

Согласно стандарту ГОСТ 13109-97, систему ПКЭ при питании от электросетей трехфазного тока образуют отклонение напряжения, размах изменений напряжения (амплитуда КН), интенсивность (доза) фликера, коэффициент искажения синусоидальности кривой линейного (фазного) напряжения, коэффициент n-ой ВГ, коэффициент обратной и нулевой последовательности напряжения, импульс напряжения, коэффициент временного перенапряжения, отклонение частоты.

Стандартом ГОСТ установлено 2 вида норм на качества электроэнергии – нормативно допустимые и предельно допустимые величины. Оценка соответствия показателям качества электроэнергии требованиям стандарта производится в течение расчетного времени, равного 24 ч.

Требования к качеству электроэнергии.

Согласно стандарту в течение не менее 95% времени каждых суток фазное напряжение должно находиться в диапазоне 209-231 В (отклонение 5%), частота в пределах 49.8-50.2 Гц, а коэффициент несинусоидальности не должен превышать 5%.

Остальные 5 или менее процентов времени каждых суток напряжение может изменяться от 198 до 242 В (отклонение 10%), частота от 49,6 до 50,4 Гц, а коэффициент несинусоидальности должен быть не более 10%. Допускаются также более сильные изменения частоты: от 49,5 Гц до 51 Гц, но общая длительность таких изменений не должна превышать 90 часов за год.

Авариями электроснабжения называются ситуации, когда показатели качества электроэнергии кратковременно выходят за установленные пределы. Частота может отклоняться на 5 Гц от номинального значения. Напряжение может снижаться до нуля. В дальнейшем показатели качества должны восстанавливаться.

2 Лекция. Отклонения напряжения

Содержание лекции: отклонения напряжения, влияние отклонения напряжения на работу электрооборудования, способы снижения отклонения напряжения.

Цель лекции: изучить основные формулы, расчета отклонения напряжения и способы снижения отклонения напряжения.

Отклонение напряжения – отличие фактического напряжения в установившемся режиме работы системы электроснабжения от его номинального значения [7, 8].

Отклонение напряжения в той или иной точке сети происходит под воздействием изменения нагрузки в соответствии с её графиком.

Отклонения напряжения от номинальных значений происходят из-за суточных, сезонных и технологических изменений электрической нагрузки потребителей; изменения мощности компенсирующих устройств; регулирования напряжения генераторами электростанций и на подстанциях энергосистем; изменения схемы и параметров электрических сетей.

Отклонение напряжения определяется разностью между действующим U и номинальным значениями напряжения U_НОМ, В [4,8]:

или, %

Установившееся отклонение напряжения dU_уравно, %:

где – установившееся (действующее) значение напряжения за интервал усреднения.

В электрических сетях однофазного тока действующее значение напряжения определяется как значение напряжения основной частоты U₍₁₎без учета высших гармонических составляющих напряжения, а в электрических сетях трехфазного тока – как действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты U₁₍₁₎.

Стандартом нормируются отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии. Нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения равны соответственно ±5 и ±10 % от номинального значения напряжения и в точках общего присоединения потребителей электрической энергии должны быть установлены в договорах энергоснабжения для часов минимума и максимума нагрузок в энергосистеме с учетом необходимости выполнения норм стандарта на выводах приемников электрической энергии в соответствии с нормативными документами.

Влияние отклонения напряжения на работу электрооборудования.

Освещение.

Снижается срок службы ламп освещения. При повышении напряжения на 10% срок службы ламп накаливания снижается в 4 раза. При снижении напряжения на 10% снижается световой поток ламп накаливания на 40 % и люминесцентных ламп на 15 %. При величине снижении напряжения более чем на 10% люминесцентные лампы мерцают, а при снижении более чем на 20% просто не загораются.

Электропривод.

При снижении напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя на 15 % момент снижается на 25 %. Двигатель может не запуститься или остановиться. При снижении напряжения увеличивается потребляемый от сети ток, что влечёт разогрев обмоток и снижение срока службы двигателя. При длительной работе на пониженном на 10% напряжении срок службы электродвигателя снижается вдвое. При повышении напряжения на 1 % увеличивается потребляемая двигателем реактивная мощность на 3...7 %. Снижается эффективность работы привода и сети.

Электронная аппаратура и компьютеры.

При снижении напряжения могут возникать сбои в работе, приводящие к потере данных. Нередки отказы блоков питания вследствие повышенного тока потребления при пониженном напряжении и их перегрева при повышенном. В современной электронной технике часто устанавливают специальные блоки, отключающие устройство при отклонении напряжения для предотвращения его выхода из строя. Поэтому многие устройства теряют работоспособность при отклонении напряжения от нормы.

Технологические установки.

При снижении напряжения существенно ухудшается технологический процесс, увеличивается его длительность. Следовательно, увеличивается себестоимость производства. При повышении напряжения снижается срок службы оборудования, повышается вероятность аварий. При значительных отклонениях напряжения происходит срыв технологического процесса.

Снизить отклонение напряжения можно двумя способами: снижением потерь напряжения и регулированием напряжения.

Снижение потерь напряжения достигается:

- выбором сечения проводников линий электропередач по условиям потерь напряжения;

- применением продольной емкостной компенсации реактивного сопротивления линии. Однако это опасно повышением токов короткого замыкания при X→0;

- компенсацией реактивной мощности для снижения ее передачи по электросетям, с помощью конденсаторных установок и синхронных электродвигателей, работающих в режиме перевозбуждения.

Кроме снижения потерь напряжения, компенсация реактивной мощности является эффективным мероприятием энергосбережения, обеспечивающим снижение потерь электроэнергии в электрических сетях.

Регулирование напряжения U:

- в центре питания регулирование напряжения осуществляется с помощью трансформаторов, оснащенных устройством автоматического регулирования коэффициента трансформации в зависимости от величины нагрузки – регулирование под нагрузкой (РПН). Такими устройствами оснащены ~ 10 % трансформаторов. Диапазон регулирования ±16 % с дискретностью 1,78 %;

- напряжение может регулироваться на промежуточных трансформаторных подстанциях с помощью трансформаторов, оснащённых устройством переключения отпаек на обмотках с различными коэффициентами трансформации – переключение без возбуждения (ПБВ), т.е. с отключением от сети. Диапазон регулирования ±5% с дискретностью 2,5%.

Ответственность за поддержание напряжения в пределах, установленных ГОСТ 13109-97, возлагается на энергоснабжающую организацию.

ГОСТ 13109-97 устанавливает допустимые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприемника. А пределы изменения напряжения в точке присоединения потребителя должны рассчитываться с учетом падения напряжения от этой точки до электроприемника и указываться в договоре энергоснабжения.

3 Лекция. Отклонение частоты

Содержание лекции: отклонение частоты, влияние отклонения частоты на работу электрооборудования, способы снижения отклонения частоты.

Цель лекции: изучить основные формулы расчета отклонения частоты и способы снижения отклонения частоты.

Отклонение частоты – разность между действительным и номинальным значениями частоты, Гц [4, 8]:

или, %

Стандартом устанавливаются нормально и предельно допустимые значения отклонения частоты, равные ± 0,2 Гц и ± 0,4 Гц соответственно.

Снижение частоты происходит при дефиците мощности работающих в системе электростанций.

Для устранения этих явлений необходимо ремонтировать или модернизировать существующие и строить новые электростанции. А пока их нет, активно применяется радикальная мера — автоматическая частотная разгрузка (АЧР), то есть отключение части потребителей при снижении частоты. Это ещё называют веерными отключениями.

Для потребителя важно знать, в какую очередь отключат его оборудование от сети, при таком развитии событий (указывается при заключении договора электроснабжения) аргументированно требовать изменения очерёдности или иметь собственные резервные генерирующие мощности.

Повышение частоты происходит при резком сбросе нагрузки в системе электроснабжения – ситуация аварийная и действие ГОСТ 13109-97 на неё не распространяется, а в установившемся режиме работы сети такое событие весьма редкое.

Жесткие требования стандарта к отклонениям частоты питающего напряжения обусловлены значительным влиянием частоты на режимы работы электрооборудования, ход технологических процессов производства и, как следствие, технико-экономические показатели работы промышленных предприятий.

Электромагнитная составляющая ущерба обусловлена увеличением потерь активной мощности в электрических сетях и ростом потребления активной и реактивной мощностей. Известно, что снижение частоты на 1% увеличивает потери в электрических сетях на 2% .

Технологическая составляющая ущерба вызвана в основном недовыпуском промышленными предприятиями своей продукции и стоимостью дополнительного времени работы предприятия для выполнения задания. Согласно экспертным оценкам, значение технологического ущерба на порядок выше электромагнитного.

Анализ работы предприятий с непрерывным циклом производства показал, что большинство основных технологических линий оборудовано механизмами с постоянным и вентиляторным моментами сопротивлений, а их приводами служат асинхронные двигатели. Частота вращения роторов двигателей пропорциональна изменению частоты сети, а производительность технологических линий зависит от частоты вращения двигателя.

Степень влияния частоты на производительность ряда механизмов может быть выражена через потребляемую ими активную мощность:

где a – коэффициент пропорциональности, зависящий от типа механизма;

f – частота сети;

n – показатель степени.

В зависимости от значений показателя степени n, ЭП можно разбить на следующие группы:

1) механизмы с постоянным моментом сопротивления - поршневые насосы, компрессоры, металлорежущие станки и др.; для них n = 1;

2) механизмы с вентиляторным моментом сопротивления - центробежные насосы, вентиляторы, дымососы и др.; для них n = 3; на ТЭС, КЭС, АЭС обычно это двигатели насосов питательной воды, циркуляционных насосов, дымовых вентиляторов, маслонасосов и т.д.;

3) механизмы, для которых n = 3,5-4 - центробежные насосы, работающие с большим статическим напором (противодавлением), например, питательные насосы котельных.

ЭП 2-й и 3-й групп, наиболее подверженые влиянию частоты, имеют регулировочные возможности, благодаря которым потребляемая ими мощность из сети остается практически неизменной.

Наиболее чувствительны к понижению частоты двигатели собственных нужд электростанций. Снижение частоты приводит к уменьшению их производительности, что сопровождается снижением располагаемой мощности генераторов и дальнейшим дефицитом активной мощности и снижением частоты (имеет место лавина частоты).

Такие ЭП, как лампы накаливания, печи сопротивления, дуговые электрические печи на изменение частоты практически не реагируют.

Отклонения частоты отрицательно влияют на работу электронной техники: отклонение частоты более +0,1 Гц приводит к яркостным и геометрическим фоновым искажениям телевизионного изображения, изменения частоты от 49,9 до 49,5 Гц влечет за собой почти четырехкратное увеличение допустимого размаха телевизионного сигнала к фоновой помехе. Изменение частоты до 49,5Гц требует существенного ужесточения требований к отношению сигнал/фоновая помеха во всех звеньях телевизионного тракта – от оборудования аппаратно-студийного комплекса до телевизионного приемника, выполнение которых сопряжено со значительными материальными затратами .

Кроме этого, пониженная частота в электрической сети влияет и на срок службы оборудования, содержащего элементы со сталью (электродвигатели, трансформаторы, реакторы со стальным магнитопроводом), за счет увеличения тока намагничивания в таких аппаратах и дополнительного нагрева стальных сердечников.

Для предотвращения общесистемных аварий, вызванных снижением частоты, предусматриваются специальные устройства автоматической частотной разгрузки (АЧР), отключающие часть менее ответственных потребителей. После ликвидации дефицита мощности, например, после включения резервных источников, специальные устройства частотного автоматического повторного включения (ЧАПВ) включают отключенных потребителей и нормальная работа системы восстанавливается.

Поддержание нормальной частоты, соответствующей требованиям стандарта, является технической, а не научной задачей, основной путь решения которой - ввод генерирующих мощностей с целью создания резервов мощности в сетях энергоснабжающих организаций.

4 Лекция. Колебания напряжения

Содержание лекции: колебания напряжения, влияние колебания напряжения на работу электрооборудования, способы снижения колебания напряжения.

Цель лекции: изучить основные формулы расчета колебания напряжения и способы снижения колебания напряжения.

Колебания напряжения – быстрые изменения действующего значения напряжения, происходящие со скоростью 1-2% в секунду и более. Колебания напряжения амплитудой (размахом изменения напряжения), частотой и интервалами между следующими друг за другом изменениями напряжения [4].

Причина возникновения колебания напряжения – электроприемники с быстропеременными режимами работы

Колебания напряжения действуют на: увеличение потерь в сети; утомление зрения, снижение производительности, травматизм; снижение срока службы электронной аппаратуры; выход из строя конденсаторных батарей; неустойчивая работа систем возбуждения синхронных генераторов и двигателей; вибрации аппаратуры; возможны отпадания контакторов.

При работе ЭП с резкопеременной ударной нагрузкой в электросети возникают резкие толчки потребляемой мощности. Это вызывает изменения напряжения сети, размахи которых могут достигнуть больших значений. Эти явления имеют место при работе прокатных электродвигателей, дуговых электропечей, сварочных машин и т.д. Указанные обстоятельства крайне неблагоприятно отражаются на работе всех ЭП, подключенных к данной сети, в том числе и ЭП, вызывающих эти изменения.

Так, например, если время сварки у контактных машин в пределах от 0,02 до 0,4 с, то колебания напряжения даже малой длительности сказываются на качестве сварки.

При колебаниях напряжения, в результате которых напряжение снижается более чем на 15% ниже номинального, возможно отключение магнитных пускателей, работающих электродвигателей.

На предприятиях с существенной синхронной нагрузкой колебания напряжения могут приводить к выпадению привода из синхронизма и расстройству технологического процесса.

Колебания напряжения отрицательно сказывается на работе осветительных приемников. Они приводят к миганиям ламп, которые при превышении порога раздражительности могут отражаться на длительном восприятии людей.

Колебания напряжения, имеющие место при работе крупных синхронных двигателей с резкопеременной нагрузкой, определяются с учетом переходных процессов, т.к. при этом мощность, потребляемая ЭД, значительно отличается от мощности установившегося режима.

В соответствующих точках системы колебание напряжения, вызываемое изменениями (набросами) активной нагрузки на DР и реактивной нагрузки на DQ, может быть ориентировочно определено по формуле [4, 8]:

где DU – потеря напряжения, о.е.

DР, DQ – изменения (набросы) активной и реактивной трехфазной мощности ЭП, (МВт и Мвар);

R, X – активное и реактивное сопротивление на фазу (см. таблицу 4.1), Ом;

Z – полное сопротивление, Ом;

S_K – мощность к.з. в точке, в которой проверяется колебания напряжения, МВА.

Таблица 4.1 – Значения сопротивлений элементов сети

Элемент сети	Соотношения между активными и индуктивными сопротивлениями элементов сети r/x
Воздушные линии 110¸220 кВ	0,125¸0,5
Кабельные линии 6¸10 кВ	1,25¸5
Токопроводы 6¸10 кВ	0,04¸0,11
Трансформаторы 2,5¸6,3	0,06¸0,143
Трансформаторы 63¸500 МВА	0,02¸0,05
Реакторы РБА 6¸10 кВ до 1000 А	0,02¸0,067
Паротурбинные генераторы 12¸60 МВт	0,012¸0,02
Паротурбинные генераторы 100¸500 МВт	0,0075¸0,01
Подстанции в распределительных сетях	0,067 и выше

Активное сопротивление всех элементов сети, кроме кабелей, значительно меньше индуктивного. Но в заводских сетях крупных предприятий при широком внедрении токопроводов 6¸10 кВ и глубоких вводов 110¸220 кВ. Они становятся малопротяженными, и их доля резко снижается. Поэтому они не оказывают большого влияния на результирующее значение отношения r/x в целом по предприятию. Это позволит упрощенно рассчитать колебания напряжения при резкопеременных ударных нагрузках.

Исходя из вышеприведенных соотношений r/x при расчетах колебания напряжения, в среднем можно принять, что лежит она в пределах 0,1¸0,03. При этом отношение z/x получается примерно равным 1. С учетом этих допущений:

Учитывая малое отношение r/x элементов сети, активным сопротивлением вообще можно пренебречь. Тогда колебания напряжения можно определить по еще более простой формуле:

На основе изложенного, можно сделать вывод о том, что при заданных набросах DР и DQ значение колебаний определяется мощностью к.з. питающей сети, и чем последняя выше, тем меньше колебания.

Вторым существенным источником колебаний напряжения являются дуговые сталеплавильные печи (ДСП). При работе ДСП имеют место частые отключения, число которых достигают 10 и более в течение одной плавки. Наиболее тяжелые условия получаются в период расплавления металла и в начале окисления. При этом возникают эксплуатационные толчки тока. Значение тока при толчке зависит от вместимости печи, параметров печного трансформатора, полного сопротивления короткой сети.

При совместном питании ДСП и так называемой «спокойной» общецеховой нагрузки размах изменения напряжения DU на шинах вторичного напряжения 6¸10 кВ понизительного трансформатора ГПП можно с достаточной для практических целей точностью определить по формуле:

Таким образом, значения размахов изменения напряжения в основном определяется мощностью к.з. питающей сети.

Колебания напряжения вызываются резким изменением нагрузки на рассматриваемом участке электрической сети, например, включением асинхронного двигателя с большой кратностью пускового тока, технологическими установками с быстропеременным режимом работы, сопровождающимися толчками активной и реактивной мощности, такими, как привод реверсивных прокатных станов, дуговые сталеплавильные печи, сварочные аппараты и т.п.

Колебания напряжения характеризуются двумя показателями:

- размахом изменения напряжения dU_t;

- дозой фликера P_t.

Размах изменения напряжения dU_t вычисляют по формуле, %:

где U_i, U_i₊₁ – значения следующих один за другим экстремумов (или экстремума и горизонтального участка) огибающей среднеквадратичных значений напряжения, в соответствии с рисунком 4.1.

Рисунок 4.1 – Колебания напряжения

Частота повторения изменений напряжения F_d_Ut, (1/с, 1/мин) определяется по выражению:

где m – число изменений напряжения за время Т;
Т – интервал времени измерения, принимаемый равным 10 мин.

Если два изменения напряжения происходят с интервалом менее 30 мс, то их рассматривают как одно.

Интервал времени между изменениями напряжения равен:

Оценка допустимости размахов изменения напряжения (колебаний напряжения) осуществляется с помощью кривых зависимости допустимых размахов колебаний от частоты повторений изменений напряжения или интервала времени между последующими изменениями напряжения.

КЭ в точке общего присоединения при периодических колебаниях напряжения, имеющих форму меандра (прямоугольную) (см. рисунок 4.2), считают соответствующим требованиям стандарта, если измеренное значение размаха изменений напряжения не превышает значений, определяемых по кривым рисунка 4.2 для соответствующей частоты повторения изменений напряжения F_d_Ut, или интервала между изменениями напряжения Dt_i_,_i₊₁.

Предельно допустимое значение суммы установившегося отклонения напряжения δU_у и размаха изменений напряжения δU_t в точках присоединения к электрическим сетям напряжением 0,38 кВ равно ±10 % от номинального напряжения.

Доза фликера - это мера восприимчивости человека к воздействию колебаний светового потока, вызванных колебаниями напряжения в питающей сети, за установленный промежуток времени.

Рисунок 4.2 – Колебания напряжения произвольной формы (а) и имеющие форму меандра (б)

Стандартом устанавливаются кратковременная (P_st) и длительная дозы фликера (P_Lt) (кратковременную определяют на интервале времени наблюдения, равном 10 мин, длительную на интервале – 2 ч). Исходными данными для расчета являются уровни фликера, измеряемые с помощью фликерметра - прибора, в котором моделируется кривая чувствительности (амплитудно-частотная характеристика) органа зрения человека. В настоящее время в Российской Федерации началась разработка фликерметров для контроля колебаний напряжения.

КЭ по дозе фликера соответствует требованиям стандарта, если кратковременная и длительная дозы фликера, определенные путем измерения в течение 24 ч или расчета, не превышают предельно допустимых значений: для кратковременной дозы фликера – 1,38 и для длительной – 1,0 (при колебаниях напряжения с формой, отличающейся от меандра).

Предельно допустимое значение для кратковременной дозы фликера в точках общего присоединения потребителей электроэнергии, располагающих лампами накаливания в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение, равно 1,0, а для длительной - 0,74, при колебаниях напряжения с формой, отличающейся от меандра.

Влияние колебаний напряжения на работу электрооборудования.

Отклонения напряжения, усугублённые резкопеременным характером, ещё более снижают эффективность работы и срок службы оборудования. Вызывают брак продукции. Способствуют отключению автоматических систем управления и повреждению оборудования. Так, например, колебания амплитуды и, в большей мере, фазы напряжения вызывают вибрации электродвигателя, приводимых механизмов и систем. В частности, это ведёт к снижению усталостной прочности трубопроводов и снижению срока их службы. А при размахах колебаний более 15 % могут отключаться магнитные пускатели и реле.

Не менее опасна, вызываемая колебаниями напряжения, пульсация светового потока ламп освещения. Её восприятие человеком – фликер – утомляет, снижает производительность труда и, в конечном счёте, влияет на здоровье людей. Мера восприятия человеком пульсаций светового потока – доза фликера. Наиболее раздражающее действие фликера проявляется при частоте колебаний 8,8 Гц и размахах изменения напряжения δUt = 29 %. Причём, при одинаковых колебаниях напряжения отрицательное влияние ламп накаливания проявляется в значительно большей мере, чем газоразрядных ламп.

Мероприятия по снижению колебаний напряжения [4,5]:

1) Применение оборудования с улучшенными характеристиками. Применение электродвигателей со сниженным пусковым током и улучшенным cos φ при пуске.

2) Подключение к мощной системе электроснабжения.

3) Разнесение питания спокойной и резкопеременной нагрузок на разные трансформаторы или секции сборных шин.

4) Снижение сопротивления питающего участка сети.

На практике не обоснованно, но активно применяют последние два мероприятия.

5 Лекция. Несинусоидальность напряжения

Содержание лекции: несинусоидальность напряжения, влияние несинусоидальности напряжения на работу электрооборудования.

Цель лекции: изучить основные формулы расчета несинусоидальности напряжения.

Несинусоидальность напряжения – искажение синусоидальной формы кривой напряжения (см. рисунок 5.1). Несинусоидальность напряжения характеризуется значением коэффициента искажения кривой, %, и коэффициентом n-ой гармонической составляющей напряжения, % [4, 8].

Рисунок 5.1 – Несинусоидальность напряжения

Причина возникновения несинусоидальности напряжения – это силовое оборудование с тиристорным управлением, люминесцентные лампы, сварочные установки, преобразователи частоты, импульсные преобразователи напряжения.

Источниками искажений являются синхронные генераторы электростанций, силовые трансформаторы, работающие при повышенных значениях магнитной индукции в сердечнике (при повышенном напряжении на их выводах), преобразовательные устройства переменного тока в постоянный и ЭП с нелинейными вольт - амперными характеристиками (или нелинейные нагрузки).

Искажения, создаваемые синхронными генераторами и силовыми трансформаторами, малы и не оказывают существенного влияния на систему электроснабжения и на работу ЭП. Главной причиной искажений являются вентильные преобразователи, электродуговые сталеплавильные и руднотермические печи, установки дуговой и контактной сварки, преобразователи частоты, индукционные печи, ряд электронных технических средств (телевизионные приемники, ПЭВМ), газоразрядные лампы и др. Электронные приемники электроэнергии и газоразрядные лампы создают при своей работе невысокий уровень гармонических искажений на выходе, но общее количество таких ЭП велико.

Несинусоидальность влияниет на рост потерь в электрических машинах, вибрации; нарушение работы автоматики защиты; увеличение погрешностей измерительной аппаратуры; отключение чувствительных ЭПУ.

ЭП с нелинейной вольтамперной характеристикой потребляют ток, форма кривой которого отличается от синусоидальной. А протекание такого тока по элементам электросети создаёт на них падение напряжения, отличное от синусоидального, это и является причиной искажения синусоидальной формы кривой напряжения.

Например, полупроводниковые преобразователи потребляют ток трапециевидной формы, образно говоря - выхватывают из синусоиды кусочки прямоугольной формы.

35% электроэнергии преобразуется и потребляется на постоянном напряжении.

Источниками несинусоидальности напряжения являются статические преобразователи, дуговые сталеплавильные и индукционные печи, трансформаторы, СД, сварочные установки, газоразрядные осветительные приборы, офисная и бытовая техника и так далее.

Строго говоря, все потребители имеют нелинейную вольтамперную характеристику, кроме ламп накаливания, да и те запрещены.

Несинусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями:

- коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения;

- коэффициентом n-ой гармонической составляющей напряжения.

Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения К_U определяется по выражению, %:

где U₍_n₎ – действующее значение n-ой гармонической составляющей напряжения, В;

n – порядок гармонической составляющей напряжения;

N – порядок последней из учитываемых гармонических составляющих напряжения, стандартом устанавливается N=40;

U₍₁₎ – действующее значение напряжения основной частоты, В.

Допускается К_U определять по выражению, %:

где U_ном – номинальное напряжение сети, В.

Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения равен, %:

Допускается К_U_(п) вычислять по выражению, %:

Для вычисления необходимо определить уровень напряжения отдельных гармоник, генерируемых нелинейной нагрузкой.

Фазное напряжение гармоники в расчетной точке сети находят из выражения:

где I₍_n₎ – действующее значение фазного тока n-ой гармоники;

U_КП – напряжение нелинейной нагрузки (если расчетная точка совпадает с точкой присоединения нелинейной нагрузки, то U_КП =U_ном);

U_ном – номинальное напряжение сети;

S_к – мощность короткого замыкания в точке присоединения нелинейной нагрузки.

Для расчета U_(п)необходимо предварительно определить ток соответствующей гармоники, который зависит не только от электрических параметров, но и от вида нелинейной нагрузки.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения К_U в точке общего присоединения к электрическим сетям с разным номинальным напряжением приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения

Нормально допустимые значения при U_ном, кВ				Предельно допустимые значения при U_ном, кВ
0,38	6-20	35	110-330	0,38	6-20	35	110-330
8,0	5,0	4,0	2,0	12,0	8,0	6,0	3,0

Влияние несинусоидальности напряжения на работу электрооборудования:

- фронты несинусоидального напряжения воздействуют на изоляцию КЛ электропередач, - учащаются однофазные короткие замыкания на землю. Аналогично кабелю пробиваются конденсаторы;

- в электрических машинах, включая трансформаторы, возрастают суммарные потери. Так, при коэффициенте искажения синусоидальной формы кривой напряжения K_U= 10% – суммарные потери в сетях предприятий, крупных промышленных центров, сетях электрифицированного железнодорожного транспорта могут достигать 10-15%;

- возрастает недоучёт ЭЭ, вследствие тормозящего воздействия на индукционные счётчики гармоник обратной последовательности;

- неправильно срабатывают устройства управления и защиты;

- выходят из строя компьютеры.

Функцию, описывающую несинусоидальную кривую напряжения, можно разложить в ряд Фурье синусоидальных (гармонических) составляющих, с частотой в n-раз превышающих частоту сети электроснабжения - частоту первой гармоники (f_n=1=50Гц, f_n=2=100Гц, f_n=3=150Гц).

В связи с различными особенностями генерации, распространения по сетям и влияния на работу оборудования, различают чётные и нечётные гармонические составляющие, а также составляющие прямой последовательности (1, 4, 7 и т.д.), обратной последовательности (2, 5, 8 и т.д.) и нулевой последовательности (гармоники кратные трём).

С повышением частоты (номера гармонической составляющей) амплитуда гармоники снижается.

ГОСТ 13109-97 требует оценивать весь ряд гармонических составляющих от 2-й до 40-й включительно.

Мероприятия по снижению несинусоидальности напряжения:

- аналогично мероприятиям по снижению колебаний напряжения;

- применение оборудования с улучшенными характеристиками;

- ненасыщающиеся трансформаторы;

- преобразователи с высокой пульсностью;

- подключение к мощной системе электроснабжения;

- питание нелинейной нагрузки от отдельных трансформаторов или секций шин;

- снижение сопротивления питающего участка сети;

- применение фильтрокомпенсирующих устройств (см. рисунок 5.2).

L-С цепочка, включенная в сеть, образует колебательный контур, реактивное сопротивление которого для токов определённой частоты равно нулю. Подбором величин L и С фильтр настраивается на частоту гармоники тока и замыкает её, не пропуская в сеть. Набор таких контуров, специально настроенных на генерируемые данной нелинейной нагрузкой высшие гармоники тока, и образует фильтрокомпенсирующее устройство (ФКУ), которое не пропускает в сеть гармоники тока и компенсирует протекание реактивной мощности по сети.

Рисунок 5.2 – Применение фильтрокомпенсирующих устройств

6 Лекция. Несимметрия напряжения

Содержание лекции: несимметрия напряжения, влияние несимметрии напряжения на работу электрооборудования.

Цель лекции: изучить основные формулы расчета несимметрии напряжения.

Несимметрия напряжения – это несимметрия трёхфазной системы напряжений. Характеризуется коэффициентом обратной и нулевой последовательности. Несимметрия напряжений происходит только в трёхфазной сети под воздействием неравномерного распределения нагрузок по её фазам [4, 8].

Источниками несимметрии напряжений являются дуговые сталеплавильные печи, тяговые подстанции переменного тока, электросварочные машины, однофазные электротермические установки и другие одно фазные, двухфазные и несимметричные трёхфазные потребители электроэнергии, в том числе бытовые. Так, суммарная нагрузка отдельных предприятий содержит 85-90% несимметричной нагрузки. А коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности (K0U) одного 9-и этажного жилого дома может составлять 20%, что на шинах трансформаторной подстанции (точке общего присоединения) может обусловить превышение, нормально допустимые 2%.

Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования:

- в электрических сетях возрастают потери ЭЭ от дополнительных потерь в нулевом проводе;

- однофазные, двухфазные потребители и разные фазы трёхфазных потребителей ЭЭ работают на различных не номинальных напряжениях, что вызывает те же последствия, как при отклонении напряжения;

- в ЭД, кроме отрицательного влияния не несимметричных напряжений, возникают магнитные поля, вращающиеся встречно вращению ротора;

- общее влияние несимметрии напряжений на электрические машины, включая трансформаторы, выливается в значительное снижение срока их службы.

Например, при длительной работе с коэффициентом несимметрии по обратной последовательности K_2U=2-4%, срок службы электрической машины снижается на 10-15%, а если она работает при номинальной нагрузке, срок службы снижается вдвое.

Поэтому ГОСТ 13109-97 устанавливает значения коэффициентов несимметрии напряжения по обратной (K_2U) и нулевой (K_0U) последовательностям, - нормально допустимое 2% и предельно допустимое 4%. В качестве вероятного виновника несимметрии напряжений ГОСТ 13109-97 указывает потребителя с несимметричной нагрузкой. [2,4]

Мероприятия по снижению несимметрии напряжений:

- равномерное распределение нагрузки по фазам (см. рисунок 6.1). Это наиболее эффективное мероприятие, но оно требует творческого подхода при проектировании электроустановок и решительности при эксплуатации;

- применение симметрирующих устройств. Сопротивления в фазах симметрирующего устройства (СУ) подбираются таким образом, чтобы компенсировать ток обратной последовательности, генерируемый нагрузкой как источником искажения. Применение симметрирующих устройств сопровождается дополнительными капитальными затратами на их приобретение и монтаж, затратами на обслуживание и эксплуатацию.

Рисунок 6.1 – Распределение нагрузки по фазам

Наиболее распространенными источниками несимметрии напряжений в трехфазных системах электроснабжения являются такие потребители электроэнергии, симметричное многофазное исполнение которых или невозможно, или нецелесообразно по технико-экономическим соображениям. К таким установкам относятся индукционные и дуговые электрические печи, тяговые нагрузки железных дорог, выполненные на переменном токе, электросварочные агрегаты, специальные однофазные нагрузки, осветительные установки.

Несимметричные режимы напряжений в электрических сетях имеют место также в аварийных ситуациях – при обрыве фазы или несимметричных коротких замыканиях.

Несимметрия напряжений характеризуется наличием в трехфазной электрической сети напряжений обратной или нулевой последовательностей, значительно меньших по величине соответствующих составляющих напряжения прямой (основной) последовательности.

Несимметрия трехфазной системы напряжений возникает в результате наложения на систему прямой последовательности напряжений системы обратной последовательности, что приводит к изменениям абсолютных значений фазных и междуфазных напряжений (см. рисунок 6.2).

Рисунок 6.2 – Векторная диаграмма напряжений прямой и обратной последовательности

Помимо несимметрии, вызываемой напряжением системы обратной последовательности, может возникать несимметрия от наложения на систему прямой последовательности напряжений системы нулевой последовательности. В результате смещения нейтрали трехфазной системы возникает несимметрия фазных напряжений при сохранении симметричной системы междуфазных напряжений (см. рисунок 6.3).

Рисунок 6.3 – Векторная диаграмма напряжений прямой и нулевой последовательности

Несимметрия напряжений характеризуется следующими показателями:

- коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности;

- коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности.

Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности равен, %:

где U₂₍₁₎ – действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В;

U₁₍₁₎ – действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты, В.

Допускается К₂_U вычислять по выражению, %:

где U_ном.мф – номинальное значение междуфазного напряжения сети, В.

Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности равен, %:

где U₀₍₁₎ – действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В.

Допускается К₀_U вычислять по формуле, %

где U_ном.ф – номинальное значение фазного напряжения, В.

Измерение коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности проводят в четырехпроводной сети.

Относительная погрешность определения К₂_U и К₀_U по формулам численно равна значению отклонений напряжения U₁₍₁₎ от U_ном.

Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности в точке общего присоединения к электрическим сетям равны 2,0 и 4,0 %.

Нормированные значения коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности в точке общего присоединения к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ также равны 2,0 и 4,0 %.

7 Лекция. Провал напряжения

Содержание лекции: провал напряжения, влияние провалов напряжения на работу электрооборудования, способы снижения провалов напряжения.

Цель лекции: изучить основные формулы расчета провалов напряжения и способы снижения провалов напряжения.

К провалам напряжения относится внезапное значительное изменение напряжения в точке электрической сети ниже уровня 0,9 U_ном, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд (см. рисунок 7.1).

Характеристикой провала напряжения является его длительность - Δt_n, равная [4]:

где t_н и t_к – начальный и конечный моменты времени провала напряжения.

Рисунок 7.1 – Провал напряжения

Провал напряжения характеризуется также глубиной провала напряжения δU_п- разностью между номинальным значением напряжения и минимальным действующим значением напряжения, выраженной в единицах напряжения или в процентах от его номинального значения. Провал напряжения вычисляется по выражениям

Предельно допустимое значение длительности провала напряжения в электрических сетях напряжением до 20 кВ включительно равно 30 с. Длительность автоматически устраняемого провала напряжения в любой точке присоединения к электрическим сетям определяется выдержками времени релейной защиты и автоматики.

Внезапное и значительное снижение напряжения (менее 90 % Uном) длительностью от нескольких периодов до нескольких десятков секунд с последующим восстановлением напряжения.

Причинами провалов напряжения является срабатывание средств защиты и автоматики при отключении грозовых перенапряжений, токов короткого замыкания (КЗ), а также при ложных срабатываниях защит или в результате ошибочных действий оперативного персонала.

ГОСТ 13109-97 не нормирует провал напряжения, он ограничивает его продолжительность 30-ю секундами. Правда, эти явления, длительностью больше 30 секунд, практически не случаются – напряжение уже не восстанавливается.

Влияние провалов напряжения при однофазных КЗ на работу.

Основными потребителями электроэнергии на промышленных предприятиях, за исключением таких специфических производств, как электролиз и металлургия, являются синхронные и асинхронные электродвигатели. При анализе влияния провалов напряжения на работу электродвигателей необходимо прежде всего обратить внимание на составляющие прямой и обратной последовательности напряжения, действующего в момент провала напряжения, поскольку они определяют вращающий момент электродвигателей.

В низковольтных сетях синхронные электродвигатели применяются довольно редко, основную массу там составляют асинхронные электродвигатели. Но главное отличие состоит в том, что асинхронные электродвигатели в этих сетях управляются, как правило, с помощью контакторов и магнитных пускателей, имеющих свойство самопроизвольно отключаться («отпадать») при снижении напряжения на втягивающей катушке.

Напряжение отпадания контакторов и пускателей строго не регламентируется. Оно зависит от конструктивных особенностей этих аппаратов, от состояния магнитной системы, от регулировки контактной системы, натяжения пружин и меняется в достаточно широких пределах 0,60–0,35 от номинального.

Влияние на технологические процессы.

Влияние провалов напряжения на ход технологического процесса во многом зависит от его характера. Особенно ощутимое влияние провалы напряжения оказывают на так называемые «непрерывные технологические процессы» в химии, нефтехимии, нефтепереработке и т.п. отраслях. В отличие, например, от конвейера механосборочного производства, который можно остановить и запустить снова, такие технологические процессы для останова и повторного пуска требуют длительного времени – от нескольких часов до нескольких суток при строгом соблюдении технологического регламента.

Сложная технологическая цепочка выпуска продукции на таких производствах обычно включает множество аппаратов, в каждом из которых химические реакции происходят при строго определенных значениях температуры, давления, при определенных объемных или весовых соотношениях участвующих реагентов.

Поддержание постоянства этих величин обеспечивается насосами, компрессорами, холодильниками, термостатами, мешалками, регулируемыми задвижками и др. механизмами, приводимыми во вращение электродвигателями. В некоторых случаях достаточно одному из таких механизмов остановиться или даже снизить свою производительность, либо давление, как параметры технологического процесса превысят критические значения и он будет остановлен системой противоаварийной автоматики. Возникающий при этом ущерб, в лучшем случае выражается в браке части продукции, а в худшем – требуется полный останов технологического процесса, удаления всех непрореагировавших компонентов, продувка всей системы инертным газом и наладка технологического процесса «с нуля».

Вероятность внезапного прекращения подачи электроэнергии должна учитываться при разработке регламентов технологических процессов и их аппаратного оформления. Полностью исключить провалы напряжения в системах внешнего электроснабжения невозможно. Минимизация ущерба от провалов напряжения достигается комплексом мероприятий в сетях внешнего и внутреннего электроснабжения предприятий, применением специальных быстродействующих защит и автоматики, внедрением самозапуска ответственных электродвигателей.

К мероприятиям по сокращению числа провалов напряжения в системе внешнего электроснабжения можно отнести:

- более широкое применение быстродействующих релейных защит на линиях электропередач 110 кВ;

- секционирование шин 110 кВ источника питания при использовании раздельного режима работы секций и систем шин 110 кВ;

- применение грозозащиты линий 110 кВ на всем их протяжении с правильным выбором типа и мест установки разрядников;

- снижение сопротивления заземления опор. Применение в обоснованных случаях усиленной изоляции на линиях электропередач и открытых распредустройствах подстанций и электростанций;

- регулярное проведение профилактических мероприятий по чистке изоляции и замене дефектных изоляторов;

- применение для ВЛ-110 кВ проводов нового типа.

8 Лекция. Импульс напряжения и временное перенапряжение

Содержание лекции: импульс напряжения и временное перенапряжение.

Цель лекции: изучить основные формулы расчета импульса напряжения и временного перенапряжение.

Искажение формы кривой питающего напряжения может происходить за счет появления высокочастотных импульсов при коммутациях в сети, работе разрядников и т.д. Импульс напряжения - резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня. Величина искажения напряжения при этом характеризуется показателем импульсного напряжения (см. рисунок 8.1) [4].

Рисунок 8.1 – Параметры импульсного напряжения

Импульсное напряжение в относительных единицах равно:

где U_имп – значение импульсного напряжения, В.

Амплитудой импульса называется максимальное мгновенное значение импульса напряжения. Длительность импульса - это интервал времени между начальным моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгновенного значения напряжения до первоначального или близкого к нему уровня.

Показатель – импульсное напряжение стандартом не нормируется.

Временное перенапряжение – повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1U_ном, продолжительностью более 10 мс, возникающее в системах электроснабжения при коммутациях или коротких замыканиях (см. рисунок 8.2).

Рисунок 8.2 – Временное перенапряжение

Временное перенапряжение характеризуется коэффициентом временного перенапряжения (К_пер_U) – это величина, равная отношению максимального значения огибающей амплитудных значений напряжения за время существования временного перенапряжения к амплитуде номинального напряжения сети:

Длительностью временного перенапряжения называется интервал времени между начальным моментом возникновения временного перенапряжения и моментом его исчезновения:

Коэффициент временного перенапряжения стандартом также не нормируется.

Значения коэффициента временного перенапряжения в точках присоединения электрической сети общего назначения, в зависимости от длительности временных перенапряжений, не превышают значений приведенных в таблице 8.1. [8]

Таблица 8.1 – Зависимость коэффициента временного перенапряжения от длительности перенапряжения

Длительности временных перенапряжений, с	До 1	До 20	До 60
Коэффициент временного перенапряжения, о.е.	1,47	1,31	1,15

В среднем за год в точке присоединения возможны около 30 временных перенапряжений.

При обрыве нулевого проводника в трехфазных электрических сетях напряжением до 1 кВ, работающих с глухозаземленной нейтралью, возникают временные перенапряжения между фазой и землей. Уровень таких перенапряжений при значительной несимметрии фазных нагрузок может достигать значений междуфазного напряжения, а длительность нескольких часов.

Временное перенапряжение.

Внезапное и значительное повышение напряжения (более 110% U_ном) длительностью более 10 миллисекунд.

Временные перенапряжения возникают при коммутациях оборудования (коммутационные, кратковременные) и при коротких замыканиях на землю (длительные).

Коммутационные перенапряжения возникают при разгрузке протяжённых линий электропередач высокого напряжения.

Длительные перенапряжения возникают в сетях с компенсированной нейтралью и четырёхпроводных сетях при обрыве нейтрального провода, а в сетях с изолированной нейтралью при однофазном КЗ на землю (в сетях 6-10-35 кВ в таком режиме допускается длительная работа).

В этих случаях, напряжение неповреждённых фаз относительно земли (фазное напряжение) может вырасти до величины междуфазного (линейного) напряжения.

Импульсное перенапряжение.

Резкое повышение напряжения длительностью менее 10 миллисекунд.

Импульсные перенапряжения возникают при грозовых явлениях и при коммутациях оборудования (трансформаторы, двигатели, конденсаторы, кабели), в том числе при отключении токов КЗ.

Величина импульса перенапряжения зависит от многих условий, но всегда значительна и может достигать многих сотен тысяч вольт.

ГОСТ 13109-97 приводит справочные значения импульсного перенапряжения при коммутациях для разных типов сетей.

9 Лекция. Статистическая оценка показателей качества электроэнергии

Содержание лекции: статистическая оценка показателей качества электроэнергии.

Цель лекции: изучить основные методы оценки показателей качества электроэнергии.

Изменения параметров электрической сети, мощности и характера нагрузки во времени являются основной причиной изменения ПКЭ. Таким образом, ПКЭ – установившееся отклонение напряжения, коэффициенты, характеризующие несинусоидальность и несимметрию напряжений, отклонение частоты, размах изменения напряжения и др. – величины случайные и их измерения и обработка должны базироваться на вероятностно-статистических методах. Поэтому, как уже отмечалось, в стандарте устанавливаются нормы ПКЭ и оговаривается необходимость их выполнения в течение 95 % времени каждых суток (для нормально допустимых значений) [5].

Наиболее полную характеристику случайных величин дают законы их распределения, позволяющие находить вероятности появления тех или иных значений ПКЭ. Применение вероятностно-статистических методов поясним на примере оценки отклонений напряжения.

Опыт эксплуатации показывает наличие суточных, недельных и более длительных циклов изменения отклонений напряжения во времени. Статистические данные подтверждают, что наиболее точно закон распределения отклонений напряжения в электрических сетях может быть описан с помощью нормального закона распределения, которым и пользуются в практике контроля КЭ.

Аналитическое описание нормального закона осуществляется с помощью двух параметров: математического ожидания случайной величины и стандартного отклонения от среднего. Уравнение кривой распределения отклонений напряжения от номинального, соответствующей нормальному закону распределения, имеет вид:

Выражение записано для непрерывного процесса изменения случайной величины.

Для упрощения приборов контроля КЭ непрерывные случайные величины, которыми являются ПКЭ, заменяются при контроле дискретными последовательностями их значений.

Наиболее удобной формой представления информации об изменениях случайной величины является гистограмма. Гистограмма – графическое представление статистического ряда исследуемого показателя, изменение которого носит случайный характер (см. рисунок 9.1) [5]. При этом весь диапазон отклонений напряжения делится на интервалы равной ширины (например, 1,25 %). Каждому интервалу дается название – значение отклонений напряжения, соответствующее середине интервала, и находится вероятность (частота) попадания отклонений напряжения в этот интервал [85]:

где n_i – число попаданий в i-й интервал;

n – общее число измерений.

Рисунок 9.1 – Гистограмма отклонений напряжения

На основании гистограммы дается ответ: какого качества электроэнергия в точке контроля. Такая оценка делается по сумме значений попадания в интервалы, укладывающиеся в допустимый диапазон отклонений напряжения. С помощью гистограммы находится и вероятность отклонений напряжения за нормально допустимые значения. Это позволяет судить о причинах низкого качества напряжения в электрической сети и выбрать мероприятия для его улучшения.

Для оценки качества напряжения широко применяются числовые характеристики, определяемые из гистограммы.

Математическое ожидание определяет средний уровень отклонений напряжения в рассматриваемой точке сети за контролируемый период времени

где k – число интервалов гистограммы.

Рассеяние отклонений напряжения характеризуется дисперсией . Она равна математическому ожиданию квадрата отклонений случайной величины от ее среднего значения и определяется из выражения:

Параметр является стандартным отклонением и характеризует рассеяние гистограммы, т.е. разброс отклонений напряжения вокруг математического ожидания. Для большинства гистограмм отклонений напряжения интегральная вероятность попадания в диапазон 4 составляет 0,95. Это означает, что для удовлетворения требований стандарта значение по результатам измерений не должно превышать 1/4 от ширины допустимого диапазона. Так, если допустимый диапазон отклонения напряжения, то необходимо, чтобы не превышало 2,5 %.

Стандартом устанавливаются способы и методики определения ПКЭ и вспомогательных параметров, реализующие положения математической статистики и теории вероятностей.

Для измеренных дискретных значений ПКЭ устанавливаются интервалы усреднения, представленные в таблице 9.1.

Таблица 9.1 – Интервалы усреднения результатов измерений показателей КЭ

Показатель КЭ	Интервал усреднения, с
Установившееся отклонение напряжения	60
Размах изменения напряжения	-
Доза фликера	-
Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения	3
Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения	3
Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности	3
Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности	3
Отклонение частоты	20
Длительность провала напряжения	-
Импульсное напряжение	-
Коэффициент временного перенапряжения	-

Для интервалов усреднения различных ПКЭ стандартом устанавливается количество наблюдения (N) и, пользуясь методикой, изложенной в стандарте, определяется тот или иной ПКЭ. Например, вычисляют значение усредненного напряжения в вольтах как результат усреднения N наблюдений напряжений за интервал времени 1 мин по формуле:

где U_i – значение напряжения в i - ом наблюдении, В.

Число наблюдений за 1 мин в соответствии со стандартом должно быть не менее 18.

Вычисляют значение установившегося отклонения напряжения по формуле, %:

Накопленные за минимальный расчетный период значения ПКЭ обрабатываются методами математической статистики и определяются вероятности соответствия их нормам стандарта.

Методики определения ПКЭ, установленные стандартом, реализуются в аппаратурных средствах контроля КЭ. Форма представления результатов обработки измерения также должна отвечать требованиям стандарта.

В таблице 9.2 приведены сводные данные по нормам ПКЭ [5].

Таблица 9.2 – Нормы качества электрической энергии

Показатель КЭ, ед. измерения	Нормы КЭ
Показатель КЭ, ед. измерения	Нормально допустимые	Предельно допустимые
Установившееся отклонение напряжения, %	± 5	± 10
Размах изменения напряжения, %	-	Кривые 1,2 на рис. 3.2
Доза фликера, о. е. кратковременная	-	1,38; 1,0
Доза фликера, относит. ед. длительная	-	1,0; 0,74
Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, %	По таблице 3.1	По таблице 3.1
Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения, %	По таблице 3.2	По таблице 3.2
Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности, %	2	4
Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности, %	2	4
Отклонение частоты, Гц	± 0,2	± 0,4
Длительность провала напряжения, с	-	30
Импульсное напряжение , кВ	-	-
Коэффициент временного перенапряжения, о.е.:	-	-

10 Лекция. Контроль качества электроэнергии

Содержание лекции: основные задачи контроля качества электроэнергии, требования к контролю качества электроэнергии.

Цель лекции: изучить основные задачи и требования контроля за качеством электроэнергии.

Основными задачами контроля качества электроэнергии являются [1]:

1) Проверка выполнения требований стандарта в части эксплуатационного контроля ПКЭ в электрических сетях общего назначения.

2) Проверка соответствия действительных значений ПКЭ на границе раздела сети по балансовой принадлежности значениям, зафиксированным в договоре энергоснабжения.

3) Разработка технических условий на присоединение потребителя в части КЭ.

4) Проверка выполнения договорных условий в части КЭ с определением допустимого расчетного и фактического вкладов потребителя в ухудшение КЭ.

5) Разработка технических и организационных мероприятий по обеспечению КЭ.

6) Определение скидок (надбавок) к тарифам на ЭЭ за ее качество.

7) Сертификация электрической энергии.

8) Поиск “виновника” искажений ПКЭ.

В зависимости от целей, решаемых при контроле и анализе КЭ, измерения ПКЭ могут иметь четыре формы:

- диагностический контроль;

- инспекционный контроль;

- оперативный контроль;

- коммерческий учет.

Диагностический контроль КЭ - основной целью диагностического контроля на границе раздела электрических сетей потребителя и энергоснабжающей организации является обнаружение “виновника” ухудшения КЭ, определение допустимого вклада в нарушение требований стандарта по каждому ПКЭ, включение их в договор энергоснабжения, нормализация КЭ.

Диагностический контроль должен осуществляться при выдаче и проверке выполнения технических условий на присоединение потребителя к электрической сети, при контроле договорных условий на электроснабжение, а также в тех случаях, когда необходимо определить долевой вклад в ухудшение КЭ группы потребителей, присоединенных к общему центру питания. Диагностический контроль должен быть периодическим и предусматривать кратковременные (не более одной недели) измерения ПКЭ. При диагностическом контроле измеряют как нормируемые, так и ненормируемые ПКЭ, а также токи и их гармонические и симметричные составляющие и соответствующие им потоки мощности.

Если результаты диагностического контроля КЭ подтверждают «виновность» потребителя в нарушении норм КЭ, то основной задачей энергоснабжающей организации совместно с потребителем является разработка и оценка возможностей и сроков выполнения мероприятий по нормализации КЭ. На период до реализации этих мероприятий на границе раздела электрических сетей потребителя и энергоснабжающей организации должны применяться оперативный контроль и коммерческий учет КЭ.

На следующих этапах диагностических измерений КЭ контрольными точками должны быть шины районных подстанций, к которым подключены кабельные линии потребителей. Эти точки представляют также интерес для контроля правильности работы устройств РПН трансформаторов, для сбора статистики и фиксации провалов напряжения и временных перенапряжений в электрической сети. Тем самым контролируется работа уже существующих средств обеспечения КЭ: синхронных компенсаторов, батарей статических конденсаторов и трансформаторов с устройствами РПН, обеспечивающих заданные диапазоны отклонений напряжения, а также работа средств защиты и автоматики в электрической сети.

Инспекционный контроль КЭ – осуществляется органами сертификации для получения информации о состоянии сертифицированной электроэнергии в электрических сетях энергоснабжающей организации, о соблюдении условий и правил применения сертификата, с целью подтверждения того, что КЭ в течение времени действия сертификата продолжает соответствовать установленным требованиям.

Оперативный контроль КЭ необходим в условиях эксплуатации в точках электрической сети, где имеются и в ближайшей перспективе не могут быть устранены искажения напряжения. Оперативный контроль необходим в точках присоединения тяговых подстанций железнодорожного и городского электрифицированного транспорта, подстанций предприятий, имеющих ЭП с нелинейными характеристиками. Результаты оперативного контроля должны поступать по каналам связи на диспетчерские пункты электрической сети энергоснабжающей организации и системы электроснабжения промышленного предприятия.

Коммерческий учет ПКЭ должен осуществляться на границе раздела электрических сетей потребителя и энергоснабжающей организации, и по результатам его определяются скидки (надбавки) к тарифам на электроэнергию за ее качество.

Коммерческий учет КЭ должен непрерывно осуществляться в точках учета потребляемой электроэнергии как средство экономического воздействия на виновника ухудшения КЭ.

Для этих целей должны применяться приборы, совмещающие в себе функции учета электроэнергии и измерения ее качества. Наличие в одном приборе функций учета электроэнергии и контроля ПКЭ позволит совместить оперативный контроль и коммерческий учет КЭ, при этом могут применяться общие каналы связи и средства обработки, отображения и документирования информации АСКУЭ.

Приборы коммерческого учета КЭ должны регистрировать относительное время превышения нормально и предельно допустимых значений ПКЭ в точке контроля электроэнергии за расчетный период, которые определяют надбавки к тарифам для виновников ухудшения КЭ.

Требования стандарта к контролю качества электроэнергии [1].

Контроль за соблюдением требований стандарта энергоснабжающими организациями и потребителями электрической энергии должны осуществлять органы надзора и аккредитованные испытательные лаборатории по КЭ.

Контроль КЭ в точках общего присоединения потребителей электрической энергии к системам общего назначения проводят энергоснабжающие организации (точки контроля выбираются в соответствии с нормативными документами). Периодичность измерений ПКЭ:

- для установившегося отклонения напряжения – не реже двух раз в год в зависимости от сезонного изменения нагрузок в распределительной сети центра питания, а при наличии автоматического встречного регулирования напряжения в центре питания – не реже одного раза в год;

- для остальных ПКЭ – не реже одного раза в два года при неизменности схемы сети и ее элементов и незначительном изменении характера электрических нагрузок потребителя, ухудшающего КЭ. Потребители электроэнергии, ухудшающие КЭ, должны проводить контроль в точках собственных сетей, ближайших к точкам общего присоединения указанных сетей к электрической сети общего назначения, а также на выводах приемников электрической энергии, искажающих КЭ.

Периодичность контроля КЭ устанавливает потребитель электрической энергии по согласованию с энергоснабжающей организацией.

Контроль КЭ, отпускаемой тяговыми подстанциями переменного тока в электрические сети напряжением 6 – 35 кВ, следует проводить:

- для электрических сетей 6-35 кВ, находящихся в ведении энергосистем, в точках присоединения этих сетей к тяговым подстанциям;

- для электрических сетей 6-35 кВ, не находящихся в ведении энергосистем, в точках, выбранных по согласованию между тяговыми подстанциями и потребителями электроэнергии, а для вновь строящихся и реконструируемых (с заменой трансформаторов) тяговых подстанций - в точках присоединения потребителей электрической энергии к этим сетям.

За недопустимые отклонения напряжения и частоты предусмотрена односторонняя ответственность энергоснабжающей организации. За отклонение напряжения энергоснабжающая организация несет ответственность перед потребителем в случае, если абонент не превышает технических пределов потребления и генерации реактивной мощности.

Ответственность за нарушение норм по четырем остальным ПКЭ возлагается на виновника ухудшения КЭ. Виновник определяется на основе сопоставления включенного в договор допустимого вклада в значение рассматриваемого ПКЭ в точке контроля с фактическим вкладом, определяемым путем измерений.

11 Лекция. Электромагнитная совместимость

Содержание лекции: основные понятия электромагнитной совместимости.

Цель лекции: изучить основные понятия электромагнитной совместимости.

Электромагнитная совместимость – это способность электрооборудования удовлетворительно функционировать в условиях электромагнитных воздействий со стороны окружающей среды, а также не оказывать недопустимого воздействия на эту окружающую среду, которая включает в себя другое электрооборудование [2].

В последнее время пристальное внимание уделяется вопросам обеспечения электромагнитной совместимости электронных устройств и модулей с их отдельными узлами и компонентами.

Рост требований к дальнейшему улучшению характеристик электромагнитной совместимости обусловлен тем, что область применения электронных устройств постоянно расширяется. Системные решения на основе микроэлектроники и полупроводниковой электроники применяются во всех сферах промышленности, домашнего хозяйства и на транспорте. В настоящее время оценка продукции с точки зрения ЭMC необходима в ещё большей степени, чем на ранних этапах развития электроники.

Основные понятия электромагнитной совместимости рассматривают воздействие как излучаемых, так и кондуктивных помех (наводки), распространяющихся по проводникам (например, наводки по цепям питания), а также чувствительность электрооборудования к воздействию помех (помехоустойчивость). При этом характеристики электромагнитной совместимости могут определяться в полосе частот 0…400 ГГц. Взаимосвязь основных понятий электромагнитной совместимости приведена на рисунке 11.1.

Электромагнитная совместимость (EMC)

Электромагнитные излучения (EMI)		Электромагнитная чувствительность (EMS)

Наведённые помехи	Излучаемые помехи	Устойчивость к наведённым помехам	Устойчивость к излучаемым помехам
Ток помехи	Электрическое поле	Ток помехи	Электрическое поле
Напряжение помех	Магнитное поле	Напряжение помех	Магнитное поле
	Электромагнитное поле		Электромагнитное поле

Рисунок 11.1 – Различные аспекты электромагнитной совместимости

Природа электромагнитных помех.

Электромагнитные помехи возникают вследствие природных явлений или как результат технических процессов. Примерами естественных помех могут служить атмосферные разряды (электромагнитные импульсы, возникающие при ударе молнии) или электростатические разряды. Последние имеют особенно большое значение в полупроводниковой электронике. В промышленном оборудовании основным источником помех являются процессы переключения в электрических цепях, связанные с очень быстрым изменением токов и напряжений, что, в свою очередь, ведёт к появлению электромагнитных помех, которые могут быть периодическими или случайными. Воздействие этих помех может носить как кондуктивный (в виде наводки на токи или напряжения в проводниках), так и излучательный (под влиянием переменного электромагнитного поля) характер.

Тип кондуктивной помехи, когда наведённый в проводниках ток имеет знак, т.е. с одинаковой амплитудой протекает как в прямом, так и в обратном направлении, называется симметричной, или дифференциальной, помехой. Если ток помехи замыкается на землю или протекает по проводнику в одном направлении, то такая помеха называется асимметричной, или синфазной.

Электромагнитная связь между источником и приёмником помех может возникать в результате:

- гальванической связи (наиболее распространённый случай), которая создаёт симметричные помехи;

- ёмкостной связи, возникающей в результате воздействия переменного электрического поля на паразитные конструктивные ёмкости;

- индуктивной связи, вызванной нахождением проводника, по которому течёт ток, в переменном магнитного поле;

- электромагнитной связи, которая может иметь кондуктивной характер (возникает как наводка на проводники в кабельных жгутах или на проводящие дорожки печатной платы) либо распространяется путём излучения (если ширина зазора между источником и приёмником помехи превышает 0.1 длины волны излучения 6).

Нормы и стандарты электромагнитной совместимости.

Существует большое количество норм и требований, относящихся к обеспечению электромагнитной совместимости оборудования. Они подразделяются на нормы, регламентирующие характеристики измерительного оборудования, параметры тестовых систем и методику измерений помех различной природы. Определяя методику испытаний электрических устройств на электромагнитную совместимость, эти нормы устанавливают критерии, на основании которых может быть сделан вывод, что испытываемые устройства удовлетворяют требованиям ЭMC.

Работа по стандартизации требований по электромагнитной совместимости ведётся на международном, европейском и национальных уровнях. На мировом уровне основную нагрузку несут на себе ISO (Международная организация по стандартизации) и IEC (Международная электротехническая комиссия, МЭК), подразделением которой является CISPR (International Special Committee on Radio Interference — Международный специальный комитет по борьбе с радиопомехами). На европейском уровне данную работу осуществляют CEN (Европейский комитет по стандартизации) и CENELEC (Европейский комитет по электротехническим стандартам), а также ETSI (Европейский институт по стандартизации в области телекоммуникаций).

Полупроводниковые интегральные микросхемы являются относительно новым объектом EMC-стандартизации, что требует введения особых нормативов, относящихся исключительно к этим приборам. Требования электромагнитной совместимости для них примерно те же, что и для других устройств и компонентов, однако как индивидуальные компоненты ИС редко используются исключительно в одной области применения. В настоящее время МЭК разработаны две группы нормативов, стандартизирующих методики измерения излучаемых помех (стандарт IEC 61967) и помехоустойчивости ИС (стандарт IEC 62132).

12 Лекция. Влияние качества электрической энергии на электромагнитную совместимость

Содержание лекции: экономические и организационные аспекты электромагнитной совместимости, нормы и рекомендации по электромагнитной совместимости.

Цель лекции: изучить основные нормы и рекомендации по электромагнитной совместимости.

Рост установленной мощности нелинейных, несимметричных и резкопеременных нагрузок промышленных предприятий привел к существенному увеличению уровня электромагнитных помех (ЭМП) в системе электроснабжения (СЭС) и предприятий и ЭС [2]. Эти помехи, в зависимости от их характера, интенсивности и продолжительности, неблагоприятно влияют на силовые электроустановки, системы автоматики, РЗ и телекоммуникации и т.д. В ряде случаев это приводит к снижению надежности электроснабжения, увеличению потерь ЭЭ, ухудшению качества и уменьшению количества выпускаемой продукции, что обуславливает практическую значимость проблемы КЭ [2].

Электромагнитная совместимости (ЭМС) определяется, как способность электротехнического устройства удовлетворительно функционировать в его электромагнитном окружении, не влияя на это окружение, к которому принадлежит также и другие устройства. Данное определение применительно к СЭС предприятий оказывается неполным, т.е. в круг вопросов ЭМС не включены СЭС с их особенностями усиления помех (например, в результате резонансных явлений), их деформации и даже генерирования. Таким образом, под ЭМС следует понимать не только способность электрооборудования нормально функционировать в окружающей электромагнитной обстановке, но также способность не привносить в нее недопустимых искажений. Следует отметить, что проблема КЭ оказывается более широкой, чем проблема ЭМС.

При любой системе хозяйствования ЭЭ рассматривается как товар, характеризующийся определенными специфическими свойствами и показателями, перечень и значения которых определяют его потребительские качества. В классической теории ЭМС вопросы ЭМС анализировались в двух основных направлениях: работоспособность (устойчивость) системы или устройства при наличии ЭМП и эмиссия (генерирование) ЭМП. В качестве генерируемых ЭМП, определяющих уровень эмиссии и зависимость от частоты f, могут быть ВГ либо КН. Показанные уровни ЭМП определяют основы подхода к нормализации в области КЭ. Соответствующие документы могут быть отнесены к одной из трех групп [2]:

а) документы, относящиеся к допустимым уровням генерирования помех;

б) определяющие уровень помехоустойчивости конкретных видов электрооборудования;

в) относящиеся к характеристикам питающей сети.

КЭ есть совокупность параметров, описывающих особенности процесса передачи ЭЭ для ее использования в нормальных условиях эксплуатации, определяющих непрерывность электроснабжения и характеризующих напряжение питания (величину, несимметрию, частоту, форму волны). Примечание: КЭ выражается степенью удовлетворения потребителя условиями электроснабжения (важно с практической точки зрения); КЭ зависит не только от условий электроснабжения, но также от особенности применяемого оборудования (его критичности к ЭМП, а также их генерирования) и практики эксплуатации. Этим подчеркивается факт, что ответственность за КЭ несут не только электроснабжающие организации, но потребитель и изготовитель электрооборудования.

Экономические и организационные аспекты электромагнитной совместимости [2].

В настоящее время проблема обеспечения ЭМС различных технических средств превратилась в самостоятельное научно-техническое направление, охватывающее многочисленные аспекты радиотехники, электроники и электротехники. Установлено, что она должна учитываться на каждом этапе разработки и изготовления упомянутых средств - системотехническом, схемотехническом, конструкторско-технологическом и производственном, а также на этапе эксплуатации. Практическое решение проблемы ЭМС приводит к повышению качества работы электрооборудования, к снижению до минимума проблем, связанных с электромагнитной совместимостью. Нельзя считать изделие качественным, если оно, выполняя свое назначение, создает электромагнитные помехи, которые не позволяют другому изделию выполнять свое назначение. Также нельзя считать качественным любое изделие, если в отсутствие помех оно выполняет свое назначение и не выполняет его при наличии помех даже допустимого уровня.

Организационное обеспечение ЭМС:

- организационные решения, постановления, нормативно-технические документы, направленные на исключение или снижение до приемлемого уровня электромагнитных помех между техническими средствами;

- выполнение нормативных актов и требований нормативно-технической документации, практическая реализация которых обеспечивает состояние электромагнитной обстановки на охраняемом объекте или в его охраняемой части, в охраняемой зоне на допустимом уровне.

Техническое обеспечение ЭМС: технические решения, направленные на улучшение характеристик их ЭМС.

ЭМС изделия наиболее эффективно достигается с учетом эксплуатационных и экономических условий путем планомерной и непрерывной работы на стадии проектирования изделия. ЭМС рассматривается наряду с другими параметрами как комплексная характеристика качества создаваемого изделия, и ее реализация прослеживается при изготовлении изделия системой контроля качества. Это означает, по существу, гарантию обеспечения собственной помехоустойчивости, т.е. исключение внутреннего электромагнитного воздействия в системе, а также обеспечение помехоустойчивости к внешнему воздействию при обоснованных затратах и реализацию оправданных мер, направленных на то, чтобы влияние изделия на окружающую среду не выходило за пределы установленных норм. При этом понятие «обоснованные затраты» при возможных внешних воздействиях не следует понимать с позиции достижения абсолютной устойчивости любой ценой. Прежде всего необходимо добиться минимизации общей стоимости K_G, обусловленной стоимостью потерь K_F вследствие работы системы с учетом влияния электромагнитной несовместимости и стоимостью дополнительных мероприятий K_E по повышению ЭМС. Это означает, что процесс повышения надежности в отношении ЭМС требует все больших затрат [2].

Рисунок 12.1 – Зависимости стоимости затрат К от вероятности нарушений функционирования W_F вследствие недостаточной электромагнитной совместимости

Однако практически трудно определить зависимости K_f(W_f) и K_e(W_f), т.е результирующую стоимость. Известны затраты на обеспечение совместимости различных объектов, которые составляют от 2 до 10 % стоимости разработки, и эти цифры могут быть приняты в качестве первого приближения оптимальной стоимости K_Е,_opt. Если правильно и своевременно учесть проблемы ЭМС, то возможно снизить дополнительные расходы на проектирование мер обеспечения ЭМС до 1% стоимости заказа.

Нормы и рекомендации по электромагнитной совместимости.

Последнее время из-за все большего усложнения аппаратуры особо остро встала проблема электромагнитной совместимости. ЭМС – способность технического средства эффективно функционировать с заданным качеством в определенной электромагнитной обстановке, не создавая при этом недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам. Очевидно, что любая современная электронная техника должна соответствовать этим требованиям, что важно не только для ее качественного функционирования, но и для безопасности людей. Электротехническое и электронное оборудование лучше всего закупать у производителей, которые заявляют расчетные и подтвержденные электромагнитные характеристики, соответствующие предполагаемым условиям эксплуатации оборудования. В противном случае, если у оборудования недостаточно высокие показатели ЭМС, необходимо как можно раньше определить необходимые методы экранирования и фильтрации помех. Производитель электротехнического оборудования, как правило, предоставляет нормы и рекомендации по электромагнитной совместимости своего оборудования, в которых содержаться руководства и рекомендации по защите оборудования от воздействия ЭМП, рассматриваются методы защиты оборудования при установки оборудования, прокладке кабельных связей, использования фильтров, заземлении и питании оборудования, описаны условия при которых будет обеспечена качественная работа электрооборудования. Пригодность оборудования к определенным условиям эксплуатации подтверждается также в паспортных данных указанием вида защиты и допустимых пределов изменения вспомогательных электроэнергетических параметров (напряжения, частоты, наличия высших гармоник), в последнее время к этому перечню добавляется еще степень защищенности от воздействий внешних электромагнитных полей, характеризующая пригодность использования оборудования в тех или иных условиях электромагнитного влияния. Описываемые методы и рекомендации по обеспечению ЭМС составляются на основе различных стандартов по ЭМС с учетом опыта эксплуатации оборудования. Некоторые производители оборудования не имеют инструкций, что говорит о том, что производитель фактически не стремиться обеспечить достаточно высокие характеристики ЭМС своего оборудования, а некоторые поставляют инструкции, для реализации которых требуются большие затраты и длительное время. Необходимо всегда строго соблюдать инструкции производителя по обеспечению ЭМС.

К рекомендациям по ЭМС относятся методы прокладки кабелей, согласно которым все кабели делятся на 4 типа (класс 1 – кабели, относящиеся к цепям с маломощными и высокочувствительными к помехам сигналам; класс 2 – кабели, относящиеся к цепям с незначительным уровнем чувствительности к помехам; класс 3 – кабели, относящиеся к цепям, создающих невысокий уровень помех; класс 4 – кабели, относящиеся к цепям, создающих высокий уровень помех), каждые из которых необходимо прокладывать в отдельных коробах или жгутах, на определенных расстояниях друг от друга, чтобы избежать влияния создаваемых ими помех друг на друга [2]. В случае необходимости кабели должны быть экранированы.

Также к вопросам обеспечения ЭМС относятся вопросы заземления расстановки оборудования, фильтрации, разделения аппаратуры и источников питания и т.д.

Организационные основы электромагнитной совместимости.

Организационное обеспечение ЭМС: организационные решения, постановления, нормативно-технические документы, направленные на исключение или снижение до приемлемого уровня электромагнитных помех между техническими средствами; выполнение нормативных актов и требований нормативно-технической документации, практическая реализация которых обеспечивает состояние электромагнитной обстановки на охраняемом объекте или в его охраняемой части, в охраняемой зоне на допустимом уровне.

Техническое обеспечение ЭМС: технические решения, направленные на улучшение характеристик их ЭМС.

Комплексная цель рациональных работ по ЭМС при проектировании, изготовлении и использовании средств автоматизации состоит в том, чтобы устранить возможные недостатки, обусловленные электромагнитной несовместимостью, т.е. путем организационного применения технически реальных мер при оправданных затратах достичь удовлетворительной совместимости, возможности изменения степени совместимости и испытания на совместимость. Принципиальными мероприятиями по повышению ЭМС могут быть подавление возникновения помех путем воздействия на источник помех; подавление или ослабление помех в тракте распространения; повышение помехозащищенности и устойчивости слабого звена путем осуществления мероприятий, влияющих на условия проникновения помехи и интенсивность воздействия проникшей помехи; разделение во времени режимов появления помехи и функционирования чувствительного элемента. Эти возможности практически используют отдельно или комплексно. Технически реализуемы различные мероприятия: схемные, структурные, соответствующее математическое обеспечение, организационные.

13 Лекция. Энергосбережение

Содержание лекции: энергосбережение и способы экономии электроэнергии:

Цель лекции: изучить основные способы экономии электроэнергии.

Энергосбережение – реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование (и экономное расходование) топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии. Энергосбережение – важная задача по сохранению природных ресурсов [6,9].

В настоящее время наиболее насущным является бытовое энергосбережение (энергосбережение в быту), а также энергосбережение в сфере ЖКХ. Препятствием к его осуществлению является сдерживание роста тарифов для населения на отдельные виды ресурсов (электроэнергия, газ), отсутствие средств у предприятий ЖКХ на реализацию энергосберегающих программ, низкая доля расчетов по индивидуальным приборам учёта и применение нормативов, а также отсутствие массовой бытовой культуры энергосбережения.

Экономия электрической энергии.

Наиболее распространенный способ экономии электроэнергии – оптимизация потребления электроэнергии на освещение. Ключевыми мероприятиями оптимизации потребления электроэнергии на освещение являются:

- максимальное использование дневного света (повышение прозрачности и увеличение площади окон, дополнительные окна);

- повышение отражающей способности (белые стены и потолок);

- оптимальное размещение световых источников (местное освещение, направленное освещение);

- использование осветительных приборов только по необходимости;

- повышение светоотдачи существующих источников (замена люстр, плафонов, удаление грязи с плафонов, применение более эффективных отражателей);

- замена ламп накаливания на энергосберегающие (люминесцентные, компактные люминесцентные, светодиодные);

- применение устройств управления освещением (датчики движения и акустические датчики, датчики освещенности, таймеры, системы дистанционного управления);

- внедрение автоматизированной системы диспетчерского управления наружным освещением (АСДУ НО);

- установка интеллектуальных распределённых систем управления освещением (минимизирующих затраты на электроэнергию для данного объекта).

Электропривод.

Основными мероприятиями являются:

- оптимальный подбор мощности электродвигателя;

- использование частотно-регулируемого привода (ЧРП).

Электрообогрев и электроплиты.

Основные мероприятия:

- подбор оптимальной мощности электрообогревательных устройств;

- оптимальное размещение устройств электрообогрева для снижения времени и требуемой мощности их использования;

- повышение теплообмена, в том числе очистка от грязи поверхностей устройств электрообогрева и конфорок электроплит;

- местный (локальный) обогрев, в том числе переносными масляными обогревателями, направленный обогрев рефлекторами;

- использование масляных обогревателей с вентилятором для ускорения теплообмена в квартире;

- использование устройств регулировки температуры, в том числе устройств автоматического включения и отключения, снижения мощности в зависимости от температуры, временных таймеров;

- использование тепловых аккумуляторов;

- замена электрообогрева на обогрев с использованием тепловых насосов;

- замена электрообогрева на обогрев газом или подключение к централизованному отоплению, в случаях, когда такая замена выгодна с учётом требуемых инвестиций;

- использование посуды с широким плоским дном.

Для холодильных установок и бытовых холодильников основными способами снижения потребления электроэнергии являются:

- оптимальный подбор мощности холодильной установки;

- качественная изоляция корпуса (стенок), двери холодильной установки, холодильника, прозрачная крышка в холодильнике для продуктов, с качественной изоляцией;

- приобретение современных энергосберегающих холодильников;

- не допускать образования наледи, инея в холодильнике, вовремя размораживать;

- не рекомендуется помещать в холодильную установку (холодильник) материалы и продукты, имеющие температуру выше температуры окружающей среды - их необходимо максимально охладить на воздухе;

- проанализировать возможность отказа от холодильника;

- качественный отвод тепла - не рекомендуется ставить бытовой холодильник к батарее или рядом с газовой плитой.

Для кондиционеров:

- необходимо корректно подбирать мощность и место установки кондиционера, исходя из объема помещения, количества и расположения человек, присутствующих в помещении и др. характеристик;

- при кондиционировании окна и двери должны быть закрыты - иначе кондиционер будет охлаждать улицу или коридор;

- чистить фильтр, не допускать его сильного загрязнения;

- необходимо настроить режим автоматического поддержания оптимальной температуры, не охлаждая, по возможности, комнату ниже 20-22 градусов;

- обдумать степень необходимости установки и использования кондиционеров, в том числе и с архитектурной точки зрения (кондиционеры висящие на фасадах домов);

- необходимо следить за тем, чтобы отключать кондиционер на ночь.

Потребление бытовых и прочих устройств:

- при выборе новой аудио-, видео-, компьютерной- и др. техники отдавайте предпочтение, при прочих равных характеристиках, устройству с меньшим энергопотреблением, как в рабочем режиме, так и в дежурном режиме (большинство современных бытовых устройств потребляют электроэнергию даже в выключенном состоянии, т.к. не выключаются полностью, а переводятся в «спящий» режим);

- пользуйтесь энергосберегающим «спящим» режимом, если он есть в приборе или устройстве;

- замените, по возможности, приборы, имеющие в своем составе трансформаторные блоки питания, на аналогичные с импульсными блоками питания;

- не наливайте полный чайник, если вам нужен кипяток всего для одной чашки напитка;

- не оставляйте без необходимости включенными в сеть зарядное устройства для мобильных приборов (очень актуально из-за возрастающего объема таких приборов);

- старайтесь избегать использования удлинителей, а если это необходимо, то пользуйтесь качественными удлинителями с проводом большого сечения (при малом сечении провод начинает греться и электроэнергия уходит не на полезную работу электроприбора, а на нагрев провода удлинителя).

Для снижения потерь в сети необходимо:

- использование энергосберегающих устройств;

- увеличение значений номиналов проводников - проводов и кабелей;

- использование только проводов и кабелей с медной жилой;

- отслеживание несанкционированных подключений.

Для снижения теплопотерь необходимо:

- использование теплосберегающих материалов при строительстве и модернизации зданий;

- установка теплосберегающих оконных конструкций и дверей.

Повышение эффективности систем теплоснабжения.

Мероприятия по повышению эффективности систем теплоснабжения предусматривают следующие направления оптимизации:

Со стороны источника:

- повышение эффективности источников теплоты за счет снижения затрат на собственные нужды;

- использование современного теплогенерирующего оборудования, такого как конденсационные котлы и тепловые насосы;

- использование узлов учёта тепловой энергии;

- использование ко- и три- генерации.

- со стороны тепловых сетей:

- снижение тепловых потерь в окружающую среду;

- оптимизация гидравлических режимов тепловых сетей;

- использование современных теплоизоляционных материалов;

- использование антивандальных покрытий при наружной прокладке тепловых сетей;

- снижение утечек и несанкционированных сливов теплоносителя из трубопроводов.

Со стороны потребителей:

- снижение тепловых потерь через наружные ограждающие конструкции;

- использование вторичных энергоресурсов;

- использование систем местного регулирования отопительных приборов для исключения перетопа;

- перевод зданий в режим нулевого потребления теплоты на отопление. При этом поддержание параметров воздуха в здании должно происходить за счет внутренних выделений теплоты и высоких параметров тепловой изоляции;

- использование узлов учёта тепловой энергии.

В целом же меню «технических решений» по модернизации систем теплоснабжения очень обширно и далеко не ограничивается вышеизложенным списком. Ниже приведен пример перечня мер из «Программы модернизации систем теплоснабжения» комплексной программы развития и модернизации жилищно-коммунального комплекса целого региона, включающего 22 муниципальных образования; 126 городских и сельских поселений; более чем 200 отдельных систем теплоснабжения.

Основные мероприятия программы разбиты на шесть укрупненных групп:

- проведение предпроектных обследований объектов теплоснабжения;

- строительство новых котельных;

- модернизация и реконструкция котельных и ЦТП;

- модернизация и строительство тепловых сетей;

- внедрение ресурсосберегающих технологий.

Для максимизации эффекта программы ее реализуют в комплексе с модернизацией системы теплозащиты жилых и общественных зданий, совершенствованием их инженерных систем, мерами по утеплению квартир, оснащению их приборами учёта и эффективной водоразборной арматурой.

Экономия воды:

- установка приборов учёта потребления воды;

- использование воды, только когда это действительно необходимо;

- установка сливных унитазных бачков, имеющих выбор интенсивности слива воды;

- установка автоматических регуляторов расхода воды, аэраторов с регуляторами 6 л\мин для крана и регуляторов 10л\мин для душа.

Экономия газа:

- подбор оптимальной мощности газового котла и насоса;

- утепление помещений, оптимальный подбор эффективных радиаторов отопления в помещениях, где используется обогрев газовым котлом;

- использование на газовых плитах посуды с широким плоским дном, закрывающейся крышкой, желательно прозрачной, подогрев в чайнике только необходимого количества воды;

- переход, по возможности, на максимально широкое использование иных источников тепла.

Эффективность и экономический расчет.

При реализации мероприятий энергосбережения и повышения энергоэффективности различают:

- начальные инвестиции (или увеличение, прирост инвестиций из-за выбора более эффективного оборудования). Например, замена окон в существующем доме на пластиковые стеклопакеты - инвестиции в энергосбережение, а отказ от установки обычных светильников в пользу светодиодных в строящемся доме - увеличение инвестиций в энергосбережение (в доле превышения стоимости светодиодных светильников над обычными);

- единовременные затраты на проведение энергоаудита (энергообследования);

- единовременные затраты на приобретение и монтаж приборов учёта и систем автоматического контроля, удаленного снятия показаний приборов учёта;

- текущие расходы на премирование (поощрение) ответственных за энергосбережение.

Как правило, эффекты от мероприятий энергосбережения рассчитывают:

- как стоимость сэкономленных энергоресурсов или доля стоимости от потребляемых энергоресурсов, в т.ч. на единицу продукции;

- как количество тонн условного топлива (т.у.т.) сэкономленных энергоресурсов или доля от величины потребляемых энергоресурсов в т.у.т.;

- в натуральном выражении (кВт.ч., Гкал и т.д.);

- как снижение доли энергоресурсов в ВВП в стоимостном выражении, либо в натуральных единицах (т.у.т., кВт.ч.).

Эффекты от мероприятий энергосбережения можно разделить на несколько групп:

- экономические эффекты у потребителей (снижение стоимости приобретаемых энергоресурсов);

- эффекты повышения конкурентоспособности (снижение потребления энергоресурсов на единицу производимой продукции, энергоэффективность производимой продукции при ее использовании);

- эффекты для электрической, тепловой, газовой сети (снижение пиковых нагрузок приводит к снижению риска аварий, повышению качества энергии, снижению потерь энергии, минимизации инвестиций в расширение сети, и, как следствие, снижению сетевых тарифов);

- рыночные эффекты (например, снижение потребления электроэнергии, особенно в пиковые часы, приводит к снижению цен на энергию и мощность на оптовом рынке электроэнергии - особенно важным является снижение потребления электроэнергии населением на освещение в вечернем пике);

- эффекты, связанные с особенностями регулирования (например, снижение потребления электроэнергии населением уменьшает нагрузку перекрестного субсидирования на промышленность - в настоящее время в России население платит за электроэнергию ниже ее себестоимости, дополнительная финансовая нагрузка включается в тарифы для промышленности);

- экологические эффекты (например, снижение потребления электрической и тепловой энергии в зимнее время приводит к разгрузке наиболее дорогих и "грязных" электростанций и котельных, работающих на мазуте и низкокачественном угле);

- связанные эффекты (внимание к проблемам энергосбережения приводит к повышению озабоченности проблемами общей эффективности системы - технологии, организации, логистики на производстве, системы взаимоотношений, платежей и ответственности в ЖКХ, отношения к домашнему бюджету у граждан).

14 Лекция. Технологический расход мощности и энергии в электрических сетях

Содержание лекции: технологический расход мощности и энергии, составляющие баланса электроэнергии, учет потоков и расхода электроэнергии в энергосистеме.

Цель лекции: изучить задачи расчета и снижения технологического расхода и прямых потерь энергии.

Технологический расход энергии (ТРЭ) обусловлен активным сопротивлением линии, обмоток трансформаторов, других устройств электрической сети и явлением короны в высоковольтных линиях, а также расходом электроэнергии на собственные нужды станций и подстанций, т.е. ТРЭ – это технические потери плюс расход собственные нужды станций и подстанций [6].

Технические потери – это нагрузочные потери плюс потери холостого хода, плюс потери, обусловленные погодными условиями.

Под термином «коммерческие» потери понимается часть отпущенной электроэнергии, имеющую значение безучетного потребления из-за хищения электроэнергии или из-за неоплаты за потребленную электроэнергию.

Технологический расход энергии должен учитываться при:

- разработке оптимального режима энергосистемы и схем соединения электросети;

- прогнозировании технико-экономических показателей работы энергосистемы;

- разработке схем развития электрических сетей энергосистемы и перспективных режимов;

- определении эффективности мероприятий по его снижению в электрических сетях;

- определении нормативов ТРЭ;

- расчете ставки (тарифа), учитывающей оплату потерь при ее передаче по различным электрическим сетям.

Решение задачи расчета и снижения технологического расхода и прямых потерь энергии состоит из следующих этапов:

1) Расчеты установившихся режимов электрических сетей и определение величин и структуры технологического расхода энергии по элементам сети.

2) Анализ полученных результатов расчетов и выявления элементов с наибольшими технологическими расходами энергии.

3) Анализ отчетных данных и баланса электроэнергии для выявления доли коммерческих потерь.

4) Оценка объема инвестиций для реализации мероприятий по снижению технологического расхода энергии и прямых потерь на рассматриваемый перспективный период.

Составляющие баланса электроэнергии [6].

Балансы электроэнергии составляются для оценки работы отдельных иерархических уровней управления энергосистемы – по электростанциям, подстанциям, по фидерам электрических сетей, по сетевым филиалам и по сетевой компании за отчетно-временные интервалы: год, квартал и месяц.

Баланс электроэнергии на каждом иерархическом уровне включает составляющие [6]:

где W_Г – величина электроэнергии, выработанная генераторами собственных станций;

W_ПО – величина электроэнергии, отпущенная собственным потребителям по выставленным финансовым документам (полезный отпуск электроэнергии);

W_СН – электроэнергия, израсходованная на собственные нужды электростанций, подстанций;

W_ХН – электроэнергия, израсходованная на хозяйственные нужды электростанций, подстанций;

W_ПН – величина электроэнергии, израсходованная на производственные нужды энергосистемы;

W_П – величина электроэнергии, поступающая из других энергосистем;

W_О – величина электроэнергии, переданная в смежные энергосистемы;

DW_ОТЧ – величина отчетных потерь электроэнергии (технические потери + коммерческие потери).

Отпуск в сеть W_ОС – разность между количеством электроэнергии W_П, поступившей в энергосистему по линиям электропередачи от электростанций, блок-станций, смежных энергосистем и количеством электроэнергии, переданной за пределы энергосистемы [6]:

Полезный отпуск W_ПО – количество электроэнергии, отпущенной собственными потребителями и учтенной расчетными приборами учета, установленными на границах раздела электросетей между энергоснабжающей организацией и потребителями.

Расход электроэнергии на собственные нужды подстанций (W_СН) – потребление электроэнергии приемниками, обеспечивающими условия функционирования электростанций и подстанций в технологическом процессе выработки, преобразования и распределения электрической энергии. Это расход электроэнергии на электродвигатели механизмов, освещение и отопление головных сооружений.

Расход электроэнергии на хозяйственные нужды энергосистем (W_ХН) – потребление электроэнергии вспомогательными и непромышленными подразделениями, находящимися на балансе электрических станций и предприятий электрических сетей, необходимое для обслуживания основного производства тепловой и электрической энергии на электростанциях, а также передачи и распределения энергии. В номенклатуру хозяйственных нужд энергосистем входит расход электроэнергии в электросетях на следующие объекты и виды работ: ремонтные, механические, монтажные, наладочные, масляные хозяйства, базы механизации, склады оборудования и материалов, служебные помещения и т.д.

Расход электроэнергии на производственные нужды энергосистем (W_ПР) – потребление электроэнергии районными котельными и электробейлерными установками как состоящими на самостоятельном балансе, так и на балансе электростанций, а также на перекачку воды гидроаккумулирующими и перекачивающими установками.

Фактические (отчетные) потери электроэнергии (DW_ОТЧ) – разность между электроэнергией, поступившей в сеть, и электроэнергией, отпущенной из сети, определяемая по данным системы учета электроэнергии.

Абсолютная величина отчетных потерь:

Относительная величина отчетных потерь определяется как отношение абсолютных ТРЭ к электроэнергии, отпущенной в электросеть:

Учет потоков и расхода электроэнергии в энергосистеме.

Для количественной оценки и контроля выработанной и потребленной энергии необходим строгий учет, который состоит из двух взаимодополняющих операций – регистрации и передачи информации.

Различают расчетный (коммерческий) и технический (контрольный) учет, а также головной учет электроэнергии.

Расчетный (коммерческий) учет электроэнергии – учет выработанной, а также отпущенной электроэнергии – для денежного расчета за нее. Счетчики, устанавливаемые для этой цели, называются расчетными счетчиками.

Расчетный (коммерческий) учет используется для регулирования финансовых взаимоотношений между энергосистемой и потребителями. Введены различные системы тарифов за электроэнергию для расчетов:

- с бытовыми потребителями;

- с общественно-коммунальными потребителями;

- с промышленными и приравненными к ним потребителями.

Задача электроснабжающих предприятий производить или покупать необходимое потребителям количество энергии. Их работа состоит в управлении этой энергией и ее доставке каждому потребителю.

Финансовые ресурсы электроснабжающих предприятий складываются:

- из отпуска электроэнергии в распредсеть – потребителям (W_ОС);

- из энергии, выставленной к оплате (W_ОПЛ);

- от реальной оплаты счет-фактур, т.е. от количества энергии (W_РОПЛ), которая действительно оплачена.

Технический (контрольный) учет электроэнергии – учет для контроля расхода электроэнергии внутри электростанций, подстанций, предприятий на технологические нужды, а также для определения и анализа потерь электроэнергии в электрических сетях всех классов напряжения.

Приборным учетом величина технологического расхода энергии в подразделении электрической сети определяется как разность данных о поступлении и отпуске энергии собственным потребителям и в смежные электрические сети. Это непосредственно связано с контролем потоков энергии на входах и выходах предприятий электрических сетей.

Головной учет – учет количества электроэнергии, поступившей и переданной в электросети других энергосистем, участков РЭС, фидеров подстанций. Приборы головного учета устанавливаются на границах раздела принадлежности и эксплуатационной ответственности владельцев электросетей.

Для организации точек головного учета отделения электрических сетей в разрезе РЭС предварительно составляется перечень установленного оборудования. При этом указывают: наименование подстанции, наименование ячейки, где установлен учет, измерительный комплекс, коэффициент трансформатора тока и тип счетчика.

Согласно существующим правилам, система учета должна обеспечивать определение количества электроэнергии:

- выработанной генераторами электростанций;

- потребленной на собственные и хозяйственные нужды электростанций и подстанций;

- потребленной на производственные нужды энергосистем;

- отпущенной потребителям по линиям, отходящим от шин электростанций непосредственно потребителям;

- переданной в другие энергосистемы или от них;

- поступившей в электрические сети различных классов напряжения;

- отпущенной потребителям из электрических сетей;

- переданной по транзитным линиям;

- переданной на экспорт.

При современных масштабах недоучет хотя бы одного процента потребленной электроэнергии приводит к убыткам. Наиболее распространенные на практике нарушения и неисправности учета: повреждение счетчиков, нарушение схем соединения счетчиков, перегорание предохранителей трансформаторов напряжения, сгорание вторичных обмоток трансформаторов напряжения.

Для регулирования уровня технологического расхода энергии в электрических сетях важным показателем является напряжение на шинах подстанций. Качество электрической энергии имеет первостепенное значение при разработке мероприятий по снижению технологического расхода энергии. С этой целью энергоаудитору необходимо оценить основные показатели качества электроэнергии, исследовать потребители и источники реактивной мощности, а также средства и способы регулирования напряжения.

15 Лекция. Энергетическое обследование и энергоаудит

Содержание лекции: энергетическое обследование и энергоаудит.

Цель лекции: изучить задачи энергетическое обследование и энергоаудит.

Энергетическое обследование проводятся в целях оценки эффективного использования энергетических ресурсов и снижения затрат потребителей на топливо и энергообеспечение. Обязательным энергетическим обследованиям подлежат организации независимо от их организационно-правовых форм и форм собственности, если годовое потребление ими энергетических ресурсов составляет более 6000 тонн условного топлива или более 1000 тонн моторного топлива.

Энергетическое обследование – это обследование потребителей топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) с целью установления эффективности использования ими ТЭР, определения резервов экономии ТЭР и выработки экономически обоснованных мер по снижению затрат на топливо и энергообеспечение. Энергоаудит – это добровольное энергетическое обследование, проводимое по инициативе потребителя ТЭР. Энергетическое обследование промышленных предприятий и организаций осуществляется на основе законодательной и руководящей нормативно-технической документации. Существуют следующие виды энергетических обследований: предпусковое, первичное, периодическое, внеочередное, локальное, экспресс-обследование.

В процессе энергетического аудита выполняется технико-экономическое обследование объектов генерирования и потребления энергии с целью:

- определения потенциала экономии затрат на потребляемые топливно-энергетические ресурсы;

- разработки организационно-технических и экономических мероприятий для экономии денежных средств и энергоресурсов.

Экономия достигается путем выявления и устранения недопустимых расходов энергии, внедрения более экономичных схем и процессов, адаптирующихся к меняющимся условиям работы, использования постоянно действующей системы учета расхода и анализа энергопотребления, позволяющих постоянно контролировать эффективность использования энергоресурсов, а также системы организационных и экономических мер, стимулирующих экономию топливно-энергетических ресурсов.

Задачи энергоаудита [6, 11]:

- выявить источники нерациональных энергозатрат и неоправданных потерь энергии;

- разработать на основе технико-экономического анализа рекомендации по их ликвидации, предложить программу по экономии энергоресурсов и рациональному энергоиспользованию, предложить очередность реализации предлагаемых мероприятий с учетом объемов затрат и сроков окупаемости.

При проведении энергетического обследования предприятий электрических сетей (ПЭС) аудиторами рассматриваются следующие вопросы:

- ознакомление с организацией работы ПЭС и энергосбыта по учету, расчету и отчетности по ТРЭ и коммерческих потерь;

- состояние расчетного и технического учета электроэнергии в ПЭС и его соответствие требованиям;

- результаты проверки измерительных цепей трансформатора тока и напряжения на соответствие нормативным требованиям;

- организация работы энергосбыта с потребителями по выявлению безучетного электропотребления, снижению абонентской задолженности, повышению компенсации реактивной мощности;

- оценка балансов активной и реактивной мощности характерными режимами;

- анализ ограничений, препятствующих реализации режимов и наименьшими ТРЭ;

- организация работы по анализу балансов электроэнергии на подстанциях;

- анализ причин изменения структуры, методы и программы ТРЭ;

- порядок формирования планов и отчетов о выполнении мероприятий по снижению ТРЭ и потерь электроэнергии.

Общие положения и принципы нормирования ТРЭ.

Для нормирования ТРЭ используют следующие понятия:

- норматив технологического расхода электроэнергии – сумма всех составляющих технологических расходов, рассчитанных по единой для всех энергосистем методик при нормальных режимах работы электрической сети в планируемом периоде;

- нормативный метод расчета ТРЭ – метод с наименьшей точностью расчета, применение которого допустимо для сетей и оборудования данного напряжения;

- нормативная характеристика технологического расхода электроэнергии – зависимость норматива технологического расхода электроэнергии от структурных составляющих поступления и отпуска электроэнергии из сети.

В норматив технологического расхода электроэнергии должны включаться:

- потери холостого хода в трансформаторах, батареях статических конденсаторов и статических компенсаторов, шунтирующих реакторах, синхронных компенсаторах и генераторах, работающих в режиме синхронных компенсаторов;

- потери на корону в линиях;

- расход электроэнергии на собственные нужды подстанции;

- прочие обоснованные и документально подтвержденные условно-постоянные расходы электроэнергии;

- нагрузочные переменные потери в электрических сетях;

- потери в связи с погрешностями приборов учета электроэнергии.

Энергетическая система – динамично развиваемая сложная структура, где из года в год происходят структурные и организационные изменения, которые иногда радикально меняют эксплуатационные условия и технико-экономические показатели, а в результате могут и изменяться нормативы. Основными причинами могут являться:

- подключение к электросетям новых объектов и крупных потребителей электроэнергии;

- строительство и реконструкция сетей, станций и подстанций;

- резкий рост потребления электроэнергии в регионе;

- учет новых ранее неучтенных составляющих потерь.

По результатам энергетического обследования и расчета технологического расхода энергии формируется основные показатели нормативов составляющих ТРЭ по отдельным классам напряжения электрических систем энергосистем.

Основными направлениями государственного регулирования в сфере энергосбережения и повышения энергоэффективности являются [6]:

1) стимулирование энергосбережения и повышения энергоэффективности, включая использование энергосберегающих оборудований и материалов;

2) организация учета производимых, передаваемых и потребляемых энергетических ресурсов;

3) пропаганда экономических, экологических и социальных преимуществ эффективного использования энергетических ресурсов, повышения общественного образовательного уровня в этой сфере;

4) осуществление мер государственного контроля и надзора за эффективным и рациональным использованием энергетических ресурсов;

5) осуществление сбалансированной тарифной политики и ценообразования в области производства и потребления энергетических ресурсов с учетом государственных интересов по эффективному использованию энергетических ресурсов;

6) введение ограничения по обороту продукции с низкой энергоэффективностью;

7) введение требований по энергоэффективности для зданий, строений, сооружений и бытового энергопотребляющего оборудования;

8) установление мер ответственности за несоблюдение законодательства в сфере энергосбережения и повышения энергоэффективности.

Проведение энергоаудита [1]:

1) Правом на занятие деятельностью по проведению энергоаудита обладают физические и юридические лица, получившие свидетельство аккредитации по данному виду деятельности.

2) Энергоаудит осуществляется за счет средств обратившегося лица (заказчика) на основании договора, заключенного в соответствии с законодательством Республики Казахстан.

3) По результатам проведенного энергоаудита составляется экспертное заключение по энергосбережению и повышению энергоэффективности.

Заключение выдаются на фирменном бланке лица, осуществлявшего энергоаудит.

4) Субъекты государственного энергетического реестра, государственные учреждения и субъекты квазигосударственного сектора проходят обязательный энергоаудит не реже одного раза каждые пять лет.

5) Субъекты государственного энергетического реестра, государственные учреждения и субъекты квазигосударственного сектора обязаны в течение трех лет со дня введения в действие настоящего Закона получить экспертное заключение по результатам проведения энергоаудита.

Список литературы

1. Куско А. Сети электроснабжения. Методы и средства обеспечения качества энергии. – М.: «Додэка-XXI», 2010.

2. Вагин Г.Я. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике. – М.: «Академия», 2010.

3. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии. – М.: «ЭНАС», 2009.

4. Куско А. Качество энергии в электрических сетях. – М.: «Додэка-XXI» 2008.

5. Железко Ю.С. Артемьев А.В. Савченко О.В. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях. – М.: «НЦ ЭНАС», 2008.

6. Арутюнян А.А. Основы энергосбережения. – М.: ЗАО «Энергосервис», 2007.

7. Суднова В.В. Качество электрической энергии. – М.: ЗАО «Энергосервис», 2005.

8. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. – М.: «Энергоатомиздат», 2000.

9. Энергосбережение. (Справочное пособие). /Батищев В.Е., Мартыненко Б.Г., Сысков С.Л., Щелоков Я.М. – Екатеринбург, 1999.

10. Киреева Э.А., Юнес Т., Айюби М. Автоматизация и экономия электроэнергии в системах промышленного электроснабжения. Справочные материалы и примеры расчетов. – М.: Энергоатомиздат, 1998.

11. Анчарова Т.В., Гамазин С.И., Шевченко В.В. Экономия электроэнергии на промышленных предприятиях. – М.: Высшая школа, 1990.

12. Справочник по проектированию электроснабжения /Под ред. Ю.Г. Барыбина. – М.: Энергоатомиздат, 1990.

13. Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях. – М.; Энергоатомиздат. 1990.

14. Иванов З.О., Соколов З.К. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. – М. Энергоатомиздат, 1987.

15. Трофимов Г.Г. Качество электроэнергии и его влияние на работу промышленных предприятий. – Алма-Ата. КазНТИ, 1980.

Сводный план 2011 г., поз. 322