CC BY
572
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (110) 2012
К. В. ХАЦЕВСКИЙ Ю. М. ДЕНЧИК В. И. КЛЕУТИН Д. А. ЗУБАНОВ А. В. БУБНОВ В. В. ХАРЛАМОВ
Омский государственный технический университет
Новосибирская государственная академия водного транспорта (НГАВТ)
Омский институт водного транспорта (филиал) НГАВТ
Омский государственный университет путей сообщения
ПРОБЛЕМЫ
КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Рассмотрено влияние некачественной электроэнергии в электросетях между поставщиком и потребителем. Приведены пути практического решения проблемы качества электроэнергии. Выполнен анализ существующих приборов для измерения показателей качества электроэнергии и их основных характеристик.
Ключевые слова: качество электроэнергии, электропотребители, коэффициент прямой и обратной последовательности, приборы-анализаторы.
УДК 620.9.504.064
%
Электрическая энергия используется во всех сферах жизнедеятельности человека, обладает совокупностью специфических свойств и непосредственно участвует в создании других видов продукции, влияя на их качество. Каждый электроприемник предназначен для работы при определенных параметрах электрической энергии: номинальных частоте, напряжении и т. п., поэтому для нормальной его работы должно быть обеспечено требуемое качество электрической энергии. Таким образом, качество электроэнергии определяется совокупностью характеристик, при которых электроприемники могут нормально работать и выполнять заложенные в них функции. Важность проблемы повышения качества нарастала вместе с развитием и широким внедрением на производстве вентильных преобразователей и различных высокоэффективных технологических установок, таких как дуговые сталеплавильные печи, сварочные установки и др. В последние годы широкое распространение получили потребители, работающие через вторичный источник питания и ухудшающие качество электроэнергии в питающей сети. Ущерб, который несут потребители и энергосистема вследствие ухудшения качества электроэнергии, принято делить на электромагнитный и технологический.
Основные формы электромагнитного ущерба:
— снижение эффективности процессов генерации, передачи и потребления электроэнергии за счет увеличения потерь в элементах сети;
— уменьшение срока службы и выход из строя электрооборудования из-за нарушения его нормальных режимов работы и старения изоляции;
— нарушение нормальной работы и выход из строя устройств релейной защиты, автоматики и связи.
Все это в итоге приводит к снижению надежности системы электроснабжения в целом.
К технологическому ущербу относят снижение производительности и порчу технологического оборудования, что приводит к ухудшению качества и недоотпуску продукции.
Повышенное внимание к проблеме качества электроэнергии можно объяснить двумя причинами. С одной стороны, эта проблема становится все актуальнее по мере снижения уровня напряжения и наиболее «болезненна» в сетях 6, 10 и 0,4 кВ, в то время как основное внимание энергоснабжающих организаций направлено на высоковольтные сети. С другой стороны, многие видят эту проблему только в части электромагнитной совместимости и не связывают ее с энергосбережением, то есть с конкретными, как теперь принято говорить, «живыми» деньгами. Поясним это на простом примере [1, 2].
На рис. 1а представлена диаграмма обмена некачественной активной электроэнергией между ее продавцом (поставщиком) и покупателем (потребителем) для случая, когда продавец имеет симметричную систему генерирования, а покупатель — линейную несимметричную нагрузку (нет нулевой последовательности и нет искажения синусоидальности кривой напряжения). При этом качество электрической энергии по коэффициенту обратной последовательности не соответствует государственному стандарту. В этом случае продавец, поставляющий покупателю активную энергию, не получает за нее
Рис. 1. Диаграмма обмена (а) и получения (б) некачественной активной электроэнергии
б
а
от покупателя полную плату, поскольку счетчики электрической энергии алгебраически суммируют всю активную энергию, то есть из энергии прямой последовательности вычитают энергию обратной. Между тем эта энергия распространяется по сетям и попадает к другим покупателям, имеющим симметричную линейную нагрузку. На рис. 1 б показана диаграмма получения некачественной энергии таким покупателем. При этом наблюдается иная картина — покупатель оплачивает согласно показаниям счетчиков энергию не только прямой последовательности, но и обратной. Следовательно, при расчете за электроэнергию по показаниям счетчиков в первом случае потери несет продавец электроэнергии, а во втором — покупатель.
Эти примеры свидетельствуют о прямой количественной связи качества электроэнергии и проблемы энергосбережения. Кроме того, они подтверждают возможность строгой количественной идентификации источника искажений качества.
Часто причиной ухудшения качества электроэнергии, вырабатываемой электростанциями, является плохое техническое состояние линий электропередачи и трансформаторных подстанций [3]. Из этого следует, что практически любой абонент, проведший в установленном порядке экспертизу качества электроэнергии, имеет возможность на основании закона при поддержке квалифицированных адвокатов отказаться от оплаты потребленной электроэнергии. Этот процесс пока сдерживается малым количеством независимых организаций, имеющих лицензию на проведение экспертизы качества электроэнергии, и практически полным отсутствием адвокатов и юрисконсультов предприятий-абонен-тов, компетентных в области энергоснабжения.
Анализируя создавшуюся ситуацию с качеством электроэнергии в сетях РФ, а также принимая во внимание отсутствие методической и инструментальной базы по количественной идентификации источников искажений, можно сделать вывод о том, что для практического снятия проблемы качества электрической энергии необходимы:
— организация непрерывного мониторинга показателей качества;
— разработка методической основы и соответствующего приборного оборудования по идентификации источников искажений с корректной количественной оценкой степени искажений.
Решение первой задачи связано с анализом в рамках конкретного административного округа существующих сетей и определением требуемого числа точек контроля качества с последующим подключением к ним либо стационарных, либо переносных
приборов контроля ПКЭ. Одновременно следует внести изменения в существующий ГОСТ 13109-97, где, кроме исправления некоторых ошибок, необходимо откорректировать требования к точности средств измерений.
Решение второй задачи связано с разработкой принципиально новых приборов — многофункциональных счетчиков электрической энергии, измеряющих в двух направлениях мощности искажений, соответствующие тем или иным ПКЭ. Для идентификации источников искажений с последующим перерасчетом стоимости электроэнергии можно пользоваться методическими указаниями [4].
Практическое решение проблемы качества электрической энергии в отечественной энергетике началось после появления на российском рынке сертифицированных приборов, непрерывно измеряющих показатели качества ( ПКЭ), и введения с 1999 г. новой редакции ГОСТ 13109-97 [5]. Хочется отметить, что приборы на рынке имеются в достаточном количестве благодаря новым отечественным разработкам.
Во всех развитых странах существует множество фирм, выпускающих средства измерения параметров электросетей, которые можно отнести к показателям качества электроэнергии. Сюда включены специализированные мультиметры, спектроанализаторы, регистраторы, измерительные системы и многое другое.
Наиболее известные иностранные фирмы-производители: Dranetz ( США); Lem ( Швейцария), Voltech (Англия), Unipower (Швеция), Chauvin Arnoux ( Франция), Walcher ( Германия), Elcontrol Energy ( Италия), Fluke (США) и др.
За рубежом выпускается много приборов обсуждаемого назначения, однако их основной недостаток — относительно высокая цена. Кроме того, ни один из западных приборов не аттестован на соответствие ГОСТ СНГ 13109-97.
Однако главная проблема в использовании зарубежных приборов, как нам видится, в другом. Приборы функционально сложные, по техническим описаниям не всегда удаётся прочувствовать все его недостатки. И бывает досадно, когда функциональные недостатки прибора обнаруживаются в процессе его освоения, когда уже деньги потрачены. Отечественный производитель в этом смысле более гибок: в ряде случаев он идёт на доработку изделия, разумно предполагая, что это расширит рынок продаж.
Наиболее успешные отечественные фирмы-производители: НПП « Энерго-техника» ( г. Пенза), ООО «Марсэнерго», ООО « Парма» ( г. Санкт-Петербург), ООО «Энергоконтроль», ООО «НПФ «СОЛИС-С» (г. Москва), ИВК «Омск». Особенностью разрабо-
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (110) 2012 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (110) 2012
танных этими фирмами изделий является соответствие их характеристик требованиям ГОСТ СНГ 13109-97.
«Ресурс-иР2» и «Ресурс-иР2М» («Энерготехника»). Трёхфазные измерители показателей качества электроэнергии для стационарного (UF2) и мобильного (UF2M) использования. Одновременно измеряют четыре напряжения ( фазные + напряжение между нейтралью и защитным заземлением) и четыре тока ( включая ток нейтрали). Широкий диапазон измерения токов.
«Энергомонитор 3.3» («Марсэнерго»). Может использоваться как переносной эталонный счётчик и анализатор качества электроэнергии. Контролирует три напряжения и три тока.
«Парма РК 3.01» («Парма»). Регистратор параметров качества электроэнергии. Число контролируемых сигналов — 3 напряжения.
«ППКЭ» («НПФ «Солис-С»). Прибор контроля ПКЭ. Число контролируемых сигналов — 3 или 6 напряжений.
ИВК «Омск-М». Основная особенность: число контролируемых каналов до 15 штук. Каналы имеют универсальное назначение: по выбору это каналы для измерений напряжений или каналы для измерения токов. Такой комплекс незаменим в случае выявления источников аномалий в сложных системах распределения электрической энергии.
Очевидно, всё многообразие приборов имеет право быть представленными на нашем рынке. В России давно уже обозначены дистрибьюторы таких зарубежных фирм, как Lem, Fluke, Chauvin Arnoux. Ряд приборов имеет российские сертификаты.
Отечественные приборы, как правило, интеллектуально и функционально более сложные. Однако и цена их для наших потребителей достаточно велика. Другой недостаток — малая распространённость приборов в регионах, слабая техническая поддержка и недостаточная теоретическая подготовка технического персонала. Дополнительная трудность — практическое отсутствие специальной литературы по проблематике качества электрической энергии, номенклатуре и практике применения средств измерения показателей качества электроэнергии.
Выводы:
1. Для решения проблемы качества электроэнергии необходимы:
— организация непрерывного мониторинга показателей качества;
— разработка методической основы и соответствующего приборного оборудования по идентификации источников искажений с корректной количественной оценкой степени искажений.
2. Современная электронная база позволяет создавать высокоэффективные средства измерения показателей качества электроэнергии. Российский
рынок анализаторов качества электроэнергии ещё полностью не сформирован и ждёт недорогих, надёжных и удобных изделий.
Библиографический список
1. Проблемы установления размера ответственности за ухудшение качества электрической энергии и пути их решения / B. C. Соколов [и др.] // Промышленная энергетика. — 2000. — № 8. - С. 25-30.
2. Соколов, B. C. Предложения по инженерному решению проблемы качества электрической энергии / B.C. Соколов, Н. В. Чернышова // Промышленная энергетика. — 2001. — № 8. — С. 51—53.
3. Журовский, A. M. Гармоники в электрических сетях: задачи и решения / A. M. Журовский, Е. В. Иванова, А. А. Сидоренко ; под ред. А. А. Руппель. — Омск : ОИВТ (филиал) ФБОУ ВПО НГАВТ, 2009. — 119 с.
4. Белоусов, В. Н. Отражение в договорах на электроснабжение вопросов качества электроэнергии и условий потребления и генерации реактивной энергии / В. Н. Белоусов, Ю. С. Железко // Электрические станции. — 1999. — № 1. — С. 11 — 19.
5. ГОСТ 13109-97. Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. — Минск : Стандарты, 1998. — 31 с.
ХАЦЕВСКИЙ Константин Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Омского государственного технического университета (ОмГТУ). ДЕНЧИК Юлия Михайловна, кандидат технических наук, докторант кафедры «Электроэнергетические системы и электротехника» Новосибирской государственной академии водного транспорта (НГАВТ). КЛЕУТИН Владислав Иванович, старший преподаватель кафедры «Электротехника и электрооборудование» Омского института водного транспорта (филиал) НГАВТ.
ЗУБАНОВ Дмитрий Александрович, ассистент кафедры «Электротехника и электрооборудование» Омского института водного транспорта (филиал) НГАВТ.
БУБНОВ Алексей Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий», доцент кафедры «Теоретические основы электротехники» ОмГТУ. ХАРЛАМОВ Виктор Васильевич, доктор технических наук, доцент кафедры «Электрические машины и общая электротехника» Омского государственного университета путей сообщения.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 19.12.2011 г.
© К. В. Хацевский, Ю. М. Денчик, В. И. Клеутин,
Д. А. Зубанов, А. В. Бубнов, В. В. Харламов
