Влияние потребителей на качество электроэнергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние потребителей на качество электроэнергии

Качество электроэнергии (КЭ) - это совокупность ее свойств, определяющих воздействие на электрооборудование, приборы и аппараты и оцениваемых показателями качества электроэнергии (ПКЭ), численно характеризующими уровни электромагнитных помех (ЭМП) в системе электроснабжения (СЭС) по частоте, действующему значению напряжения, форме его кривой, симметрии и импульсам напряжения.

В контексте современных методов и средств обеспечения КЭ электроэнергию следует рассматривать, с одной стороны, как товар, с другой - как физическое понятие:

электроэнергия как товар должна соответствовать определенному качеству, требованиям рынка и отличается от других видов энергии особыми потребительскими свойствами: совпадением во времени процессов производства, транспортировки и потребления; зависимостью характеристик КЭ от процессов ее потребления; невозможностью хранения и возврата некачественной электроэнергии;

электроэнергия как физическое понятие - это способность электромагнитного поля совершать работу под действием приложенного напряжения в технологическом процессе ее производства, передачи, распределения и потребления.

Товарные отношения регулируются законами рынка и юридическими нормами, требования которых отражают уровень социального и экономического развития общества. Технологический процесс регулируется физическими законами, в данном случае законами электротехники.

Юридические нормы и требования определяют права, обязанности и ответственность участников рынка электроэнергии в части обеспечения КЭ.

Электрическая энергия как товар используется во всех сферах жизнедеятельности человека, обладает совокупностью специфических свойств и непосредственно участвует при создании других видов продукции, влияя на их качество.

Понятие качество электроэнергии (КЭ) отличается от понятия качества других видов продукции. Каждый электроприемник (ЭП) предназначен для работы при определенных параметрах электрической энергии: номинальных частоте, напряжении, токе и т.п., поэтому для нормальной его работы должно быть обеспечено требуемое КЭ. Таким образом, качество электрической энергии определяется совокупностью ее характеристик, при которых ЭП могут нормально работать и выполнять заложенные в них функции. Так в табл. 1.1 приведены свойства электрической энергии, показатели качества и наиболее вероятные виновники ухудшения.

Прежде всего, необходимо определить, с чем именно связана эта проблема. Возможно, что она уже давно существует или возникла после установки нового оборудования или после внесения изменений в саму систему. Поэтому измерения имеют огромное значение в оценке качества электроэнергии. Они являются основным способом выявления возникающих проблем или изменений самой системы. При проведении измерений, с другой стороны, необходимо регистрировать изменения качества электроэнергии, таким образом, проблемы связаны с возможными причинами.

К проблемам качества электроэнергии относится множество различных явлений. Каждое из этих явлений может иметь самые разные причины и разные решения, которые могут способствовать улучшению качества электроэнергии и характеристик оборудования. Тем не менее, полезно рассмотреть основные этапы изучения многих вопросов.

Таблица 1.1 Свойства электрической энергии, показатели и наиболее вероятные виновники ухудшения КЭ

Характерные типы электроприемников

Отклонения ПКЭ от нормируемых значений ухудшают условия эксплуатации электрооборудования энергоснабжающих организаций и потребителей электроэнергии, могут привести к значительным убыткам как в промышленности, так и в бытовом секторе, обуславливают, как уже отмечалось, технологический и электромагнитный ущербы.

От электрических сетей систем электроснабжения общего назначения питаются ЭП различного назначения, рассмотрим промышленные и бытовые ЭП.

Наиболее характерными типами ЭП, широко применяющимися на предприятиях различных отраслей промышленности, являются электродвигатели и установки электрического освещения. Значительное распространение находятэлектротермические установки, а также вентильные преобразователи, служащие для преобразования переменного тока в постоянный. Постоянный ток на промышленных предприятиях применяется для питания двигателей постоянного тока, для электролиза, в гальванических процессах, при некоторых видах сварки и т. д.

Электродвигатели применяются в приводах различных производственных механизмов. В установках, не требующих регулирования частоты вращения в процессе работы, применяются электроприводы переменного тока: асинхронные и синхронные электродвигатели.

Установлена наиболее экономичная область применения асинхронных и синхронных электродвигателей в зависимости от напряжения. При напряжении до 1 кВ и мощности до 100 кВт экономичнее применять асинхронные двигатели, а свыше 100 кВт - синхронные, при напряжении до 6 кВ и мощности до 300 кВт - асинхронные двигатели, а выше 300 кВт - синхронные, при напряжении 10 кВ и мощности до 400 кВт - асинхронные двигатели, выше 400 кВт - синхронные.

Большое распространение асинхронных двигателей обусловлено их простотой в исполнении и эксплуатации и относительно небольшой стоимостью.

Синхронные двигатели имеют ряд преимуществ по сравнению с асинхронными двигателями: обычно используются в качестве источников реактивной мощности, их вращающий момент меньше зависит от напряжения на зажимах, во многих случаях они имеют более высокий КПД. В то же время синхронные двигатели являются более дорогими и сложными в изготовлении и эксплуатации.

Установки электрического освещения с лампами накаливания, люминесцентными, дуговыми, ртутными, натриевыми, ксеноновыми применяются на всех предприятиях для внутреннего и наружного освещения, для нужд городского освещения и т.д.

Электросварочные установки переменного тока дуговой и контактной сварки представляют собой однофазную неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким коэффициентом мощности: 0,3 для дуговой сварки и 0,7 для контактной. Сварочные трансформаторы и аппараты малой мощности подключаются к сети 380/220 В, более мощные - к сети 6 - 10 кВ .

Вентильные преобразователи в силу специфики их регулирования являются потребителями реактивной мощности (коэффициент мощности вентильных преобразователей прокатных станов колеблется от 0,3 до 0,8), что вызывает значительные отклонения напряжения в питающей сети; коэффициент несинусоидальности при работе тиристорных преобразователей прокатных станов может достигать значения более 30 % на стороне 10 кВ питающего их напряжения, на симметрию напряжения в силу симметричности их нагрузок вентильные преобразователи не влияют.

Электросварочные установки могут являться причиной нарушения нормальных условий работы для других ЭП. В частности, сварочные агрегаты, мощность которых в настоящее время достигает 1500 кВт в единице, вызывают значительно большие колебания напряжения в электрических сетях, чем, например, пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Кроме того, эти колебания напряжения происходят длительно и с широким диапазоном частот, в том числе и в самом неприятном для установок электрического освещения диапазоне (порядка 10 Гц).

Электротермические установки в зависимости от метода нагрева делятся на группы: дуговые печи, печи сопротивления прямого и косвенного действия, электронные плавильные печи, вакуумные, шлакового переплава, индукционные печи. Данная группа ЭП также оказывает неблагоприятное влияние на питающую сеть, например, дуговые печи, которые могут иметь мощность до 10 МВт, в настоящее время сооружаются как однофазные. Это приводит к нарушению симметрии токов и напряжений (последнее происходит в связи с падениями напряжения на сопротивлениях сети от токов разных последовательностей). Кроме того, дуговые печи, как и вентильные установки, являются нелинейными ЭП с малой инерционностью. Поэтому они приводят к несинусоидальности токов, а, следовательно, и напряжений.

Современная электрическая нагрузка квартиры (коттеджа) характеризуется широким спектром бытовых ЭП, которые по их назначению и влиянию на электрическую сеть можно разделить на следующие группы: пассивные потребители активной мощности (лампы накаливания, нагревательные элементы утюгов, плит, обогревателей); ЭП с асинхронными двигателями, работающими в трехфазном режиме (привод лифтов, насосов - в системе водоснабжения и отопления и др.); ЭП с асинхронными двигателями, работающими в однофазном режиме (привод компрессоров холодильников, стиральных машин и др.); ЭП с коллекторными двигателями (привод пылесосов, электродрелей и др.); сварочные агрегаты переменного и постоянного тока (для ремонтных работ в мастерской и др.); выпрямительные устройства(для зарядки аккумуляторов и др.); радиоэлектронная аппаратура (телевизоры, компьютерная техника и др.);высокочастотные установки (печи СВЧ и др.); лампы люминесцентного освещения.

Воздействие каждого отдельно взятого бытового ЭП незначительно, совокупность же ЭП, подключаемых к шинам 0,4 кВ трансформаторной подстанции, оказывает существенное влияние на питающую сеть.

В связи с ростом цен на электроэнергию в настоящее время большое внимание уделяется электроснабжению коммунально-бытовых электроприемников. Особенностью электроснабжения этих потребителей является увеличение количества и потребляемой мощности ранее не применявшихся электрических приемников, таких как: ванны джакузи, бассейны с подогревом воды, нагревательные и охлаждающие устройства и т. д. Поэтому актуальным является рассмотрение влияния работы бытовых электроприборов на качество электроэнергии.

Взаимодействие между электрическими приборами, аппаратами, электрооборудованием и электромагнитной средой и взаимодействие этих технических средствхарактеризуетсяэлектромагнитной совместимостью (ЭМС) [1]. Под ЭМС понимают способность электротехнических средств или их элементов нормально функционировать в даннойэлектромагнитной среде, не внося недопустимых электромагнитных помех в эту среду и не испытывая таковых с ее стороны. Если ЭМС не обеспечена, то отдельные элементы электротехнических средств или приборов не обладают заданной помехоустойчивостьюк внутренним (между элементами) и внешним (по отношению к прибору) помехам. При этом создаются условия для:

- функциональных нарушений, связанных с отказами, сокращениями срока службы и выходом из строя оборудования, ложными срабатываниями защиты и т. п.;

- повреждений средств защиты и безопасности людей;

- ухудшения качества электроэнергии;

- ухудшения электромагнитной обстановки в окружающем пространстве;

- поражения обслуживающего персонала.

Наиболее массовым явлением является изменение амплитуды напряжения, происходящего в электросетях пользователей, включая оборудование и электропроводку внутри здания. Внутренние перенапряжения в электрических сетях возникают в результате коммутаций, как нормальных (включение и отключение линии), так и послеаварийных. Неисправности в системе питания могут быть вызваны причинами: ударами молнии, действием ветра, вмешательством животных или птиц, вмешательством человека (дорожно-транспортные происшествия, повреждение кабельных линий при рытье траншей), отказом электрооборудования. качество электроэнергия колебание напряжение

Перенапряжения могут быть связаны с повреждением, например, в результате отсоединения общего нулевого провода в сетях 380/220 В с глухозаземленной нейтралью питающего трансформатора. При этом соседние фазы оказываются под напряжением, значительно превосходящим Uфном= 220 В. При нарушении нулевого провода возникает несимметричная трехфазная система электрических нагрузок относительно источника питания, сопротивления которой зависят от величины однофазной нагрузки квартир.

Причинами пониженного напряжения может быть одновременное подключение нескольких мощных электроприборов в холодные зимние или жаркие летние месяцы.

Анализ показал, что степень влияния изменений амплитуды напряжения на различные показатели существенно отличается и зависит от вида электроприемников [2]. Бытовые электрические приемники по их назначению и влиянию на электрические сети и окружающее пространство можно разделить на следующие группы:

1. Пассивные потребители активной мощности (лампы накаливания, нагревательные элементы утюгов, плит, обогревателей);

2. Электроприемники с трехфазными асинхронными двигателями (приводы станков и механизмов -- в гараже и мастерских, лифтов -- в многоэтажных домах, насосов -- в системе водоснабжения и отопления);

3. Электроприемники с однофазными асинхронными двигателями (приводы компрессоров холодильников, стиральных машин, кухонного комбайна, вентиляторов, кондиционеров);

4. Электроприемники с коллекторными двигателями (приводы пылесосов, электродрелей, электромиксеров, электробритв);

5. Сварочные аппараты переменного и постоянного тока для ремонтных работ в гараже, мастерских;

6. Выпрямительные устройства для зарядки аккумуляторов в гаражах и аккумуляторов радиоэлектронной аппаратуры;

7. Радиоэлектронная аппаратура (радиоприемники, телевизоры, телефонно-телеграфная связь, компьютерная техника);

8. Высокочастотные установки (печи СВЧ, жарочные шкафы);

9. Лампы разрядные.

Электроприемники этих групп могут находиться в одном коттедже (квартире), многоквартирном жилом доме и тем более в одном жилом квартале, питаемом от одной трансформаторной подстанции, нагрузкой которой являются аналогичные электроприборы магазинов, вычислительных центров, производственных объектов малых предприятий, расположенных в многоквартирных домах или рядом с ними. Воздействие каждого отдельного бытового электроприбора на работу электросети незначительно. Однако в совокупности электроприемники, подключенные к трансформаторной подстанции, оказывают на работу электрической сети существенное влияние.

В табл. приведено распределение бытовых электроприемников различных групп, подключаемых к трансформаторной подстанции (в процентах от общей нагрузки), полученное на основе анализа нагрузки городских трансформаторных подстанций.

Таблица Распределение бытовых электроприемников различных групп, питаемых от трансформаторной подстанции

Анализ показал, что группы электроприемников 2, 3, 4 (электроприемники с различными электродвигателями) характеризуются активно-индуктивной нагрузкой с частыми пусками, реверсами и отключениями, что является причиной загрузки сети реактивной мощностью и появлением колебаний напряжения, все это влияет на качество электроэнергии потребителей, особенно на работу осветительных и радиоэлектронных приборов. При работе бытовые электроприборы отрицательно воздействуют на электрическую сеть, окружающее пространство и другие электроприборы -- загружают сеть реактивной мощностью, создают различные изменения напряжения, отличающиеся от номинального напряжения и пр. Следовательно, работа большинства бытовых электроприборов влияет на качество электроэнергии сети. Поэтому они должны иметь электромагнитную совместимость со смежными электрическими приемниками, включаемыми в общую электрическую сеть.

Потребители электроэнергии рассчитываются на длительную работу с номинальными электрическими параметрами режима (fн, Un, Iн и др.), при которых они обладают наивысшими технико-экономическими показателями. Однако при передаче электроэнергии от станций к потребителям качество ее ухудшается, так как в сетях имеют место потери напряжения, несимметрия нагрузки фаз вызывает несимметрию напряжений, наличие преобразовательных устройств приводит к несинусоидальности напряжений, а толчки нагрузки при отключении и подключении потребителей вызывают колебания частоты и напряжения. Указанные причины, а также ряд других факторов приводят к отклонению параметров качества электрической энергии от нормированных значений, что влияет на работу электроприемников.

Качество электроэнергии непосредственно связано с экономичностью производства, поскольку отклонения показателей качества от номинальных приводят к снижению КПД, коэффициента мощности, производительности, срока службы и других показателей потребителей электроэнергии.

Другим отражением качества электроэнергии является его влияние на сам предмет производства, на качество продукции. Действительно, отклонение показателей качества энергии от номинальных ведет непосредственно к нарушению технологических процессов (обработки, проката, гальванизации, нагрева и т. п.).

Качество электрической энергии связано и с некоторыми социальными проблемами. Так, например, недопустимые отклонения напряжения в осветительных сетях вызывают снижение освещенности, что сказывается на органах зрения человека. Появление высших гармонических в сетях электроснабжения вызывает не только нарушение работы радио- и телевизионной аппаратуры, но в определенных условиях воздействует и на здоровье людей. Высокочастотные вибрации рабочего инструмента, вызванные наличием высших гармонических, приводят к различным профессиональным заболеваниям рабочих.

Колебания напряжения, возникающие в электрических сетях при пусках мощных двигателей, при работе сварочных агрегатов, дуговых печей, вентильных установок и вследствие других причин, вызывают ощутимые последствия: в осветительных сетях -- «мигание» ламп; в схемах автоматики -- возникновение ложных команд; колебания влияют на пуск двигателей, на самоотключение контакторов, пускателей и др. Колебания напряжения отрицательно сказываются на зрительном восприятии людьми предметов, деталей, графических материалов, что в конечном итоге приводит к снижению производительности труда. Колебания напряжения, вызванные мощными периодическими нагрузками (прокатным станом, мощными компрессорными установками и т. п.), могут привести к колебаниям электромагнитного момента, активной и реактивной мощности генераторов ТЭЦ предприятия.

Методики количественной оценки влияния колебаний напряжения на производственные процессы, оборудование, на рабочий персонал в настоящее время не имеется.

Изменение синусоидальной формы напряжения возникает в электрических сетях, имеющих элементы, генерирующие высшие гармоники: оборудование с нелинейными насыщающимися магнитопроводами, выпрямительные установки, преобразователи частоты. Именно нелинейность нагрузки приводит к возникновению гармонических искажений напряжения сети. Практически речь идет об искажении формы и, как следствие, гармонического состава напряжения не только на зажимах потребителя, но и всей сети электроснабжения.

Выводы

1. Существенным в решении проблемы обеспечения КЭ является использование экономического механизма воздействия на участников электроснабжения и потребления в зависимости от степени их виновности в ухудшении КЭ.

2. Эффективность экономического механизма может быть обеспечена только инструментальным путем через применение специализированных средств учета электроэнергии при одновременном непрерывном контроле ее качества, направленном на определение виновника ухудшения КЭ и величины этого изменения.

Применение электрической энергии для производства иной продукции непосредственно влияет на их качество, а для населения - на комфортные условия жизни или их отсутствие. Любой электроприбор требует определенных параметров электрического тока прежде всего номинальной частоты напряжения.

Размещено на Allbest.ru