Контроль показателей качества электроэнергии и оценка их влияния на энергоэффективность и надежность электроустановок

При выполнении энергетического обследования предприятий и организаций проводится контроль показателей качества электрической энергии (далее ПКЭ) на питающих вводах электрических сетей организации и непосредственно у наиболее ответственных электроприемников для определения их соответствия нормам, установленным ГОСТ 13709-97 и ГОСТ Р 54149-2010.

Актуальность измерения ПКЭ обусловлена также тем, что указанные показатели влияют на энергоэффективность и надежность работы электроустановок.

В данной работе на основе инструментального обследования, выполненного в процессе энергоаудита одной из газораспределительных организаций, проведен анализ результатов измерения ПКЭ и дана оценка их влияния на показатели энергоэффективности и срок службы электроустановок.

Измерения ПКЭ на вводно-распределительных устройствах в производственных и административных здания проводились с целью определения их соответствия действующим стандартам. Для измерения ПКЭ использовались приборы "Ресурс UF-2М" и «Прорыв-КЭ».

Контроль ПКЭ проводился в соответствии с установленными в ГОСТ Р 53333-2008 методиками и нормативами. Для определения ПКЭ выбирались контрольные пункты на шинах распределительных устройств на напряжение 0,4 кВ питающих трансформаторных подстанций, а также на вводно-распределительных устройствах, расположенных в производственных и административных зданиях (ВРУ-0,4 кВ), и непосредственно у потребителей.

На графиках 1 и 2 в качестве примера приведены графики суточных отклонений напряжения и несимметрии напряжений, полученные в результате инструментальных обследований на одном из вводно-распределительных устройств. Как видно из данных графиков, имеется несоответствие следующих ПКЭ установленным нормативным требованиям:

• отклонение напряжения составляет от -15,57% до 10,72%, что превышает предельно допустимые значения ± 10%;
  
• коэффициент несимметрии напряжений (по нулевой последовательности) превысил предельно допустимое значение (4%) и составил 9,2%.
  

На основе обобщения результатов анализа измерений ПКЭ по всем 15 контрольным пунктам установлено следующее:

• отклонение напряжения в 11 контрольных пунктах не соответствует нормативным показателям (из 11 в трех контрольных пунктах превышены нормально допустимые значения ±5%, а в восьми – превышены предельно допустимые значения ±10%);
  
• коэффициент гармонических составляющих напряжения в девяти контрольных пунктах не соответствует установленным нормативным показателям (из них в четырех контрольных пунктах превышены предельно допустимые значения);
  
• несимметрия напряжений в девяти контрольных пунктах не удовлетворяет установленным нормам (из них в шести контрольных пунктах превышены предельно допустимые значения);
  
• длительность провала напряжения в одном контрольном пункте не соответствует нормативным требованиям;
  
• отклонение частоты и синусоидальность напряжения во всех контрольных пунктах соответствуют нормативным требованиям.

Несимметрия напряжений в электрической сети напряжением 0,4 кВ данной организации обусловлена неравномерным распределением по трем фазам однофазных электроприемников. К таким электроприемникам в основном относятся катодные станции электрохимической защиты, электроосвещение, офисная техника, кондиционеры, электронагревательные установки.

Несимметрия напряжений и токов вызывает дополнительные потерям мощности и электроэнергии в элементах системы электроснабжения предприятия. По методике [1] был проведен расчет дополнительных потерь в асинхронных электродвигателях на основании обобщенных данных об установленной мощности электродвигателей и известном годовом электропотреблении.

Установлено, что дополнительные потери в асинхронных электродвигателях при несимметрии напряжения 4,7–6,8% составляют около 2,56 тыс. кВт*ч/год и несущественно влияют на общую величину потерь, а, следовательно, и на энергоэффективность указанных электроустановок.

Однако, кроме появления дополнительных потерь несимметрия напряжений негативно влияет на срок службы электроустановок. В случае, если несимметрия напряжений достигает 2%, уменьшается срок службы электроустановок, в частности, асинхронных электродвигателей и синхронных двигателей - на 10-16%, трансформаторов – на 4%, конденсаторных батарей – на 20% [1, 2].

В результате проведенных измерений было установлено, что коэффициент несимметрии по нулевой последовательности в электрических сетях напряжением 0,4 кВ достигает 9,2% (при этом превышается предельно допустимая величина 4,0%), что приводит к значительному уменьшению срока службы асинхронных двигателей электроприводов насосов, вентиляторов, станочного оборудования.

Для уменьшения несимметрии напряжений, снижения дополнительных потерь электроэнергии, а также для повышения надежности и срока эксплуатации электроустановок необходимо более равномерное распределение однофазных электроприемников по фазам в электрической сети с глухозаземленной нейтралью напряжением 0,4 кВ.

Установленные в результате проведенных измерений превышения отклонения напряжений от 7 до 16% особенно неблагоприятно воздействуют на срок службы осветительных приборов. В частности, повышение напряжения на 3% снижает установленные по паспортным данным ламп накаливания сроки службы на 30%, для люминесцентных ламп в случае увеличения напряжения на 10% номинальный срок службы снижается на 20–30%.

Для уменьшения отклонений напряжения необходимо прежде всего провести симметрирование нагрузок по фазам. В случае, если данное мероприятие не позволит довести отклонения напряжений до установленных нормативных значений, рекомендуется обратиться в энергоснабжающую организацию с требованием о регулировании напряжения на питающих трансформаторных подстанциях и поддержании ПКЭ в соответствии с нормативами, указанными в действующих стандартах.

По результатам проведенных измерений ПКЭ установлено, что в ряде контрольных пунктов коэффициенты гармонических составляющих напряжения превышают предельно допустимые значения.

Наличие высших гармоник напряжения и его несинусоидальность приводит к следующим негативным последствиям: уменьшается срок службы оборудования и снижается его КПД, а, следовательно, и энергоэффективность, появляются дополнительные потери электрической энергии, возникают сбои в системах автоматики и телемеханики, в компьютерных системах.

Основными источниками гармоник напряжения в системе электроснабжения данной организации являются частотные преобразователи регулируемого электропривода, источники бесперебойного питания, выпрямители, сварочные установки, осветительные электроустановки (дуговые ртутные лампы и люминесцентные лампы).

Для уменьшения высших гармоник в электрических сетях возможно использование резонансных фильтров, которые настраиваются на частоту определенной гармоники. Фильтры устанавливают в местах возникновения высших гармоник. Такие резонансные фильтры на частоте первой гармоники генерируют реактивную мощность, т.е. являются одновременно и компенсаторами реактивной мощности.

Поскольку в ряде подразделений организации питающие подстанции на напряжение 6(10)/0,4 кВ находятся на балансе энергоснабжающих организаций, и от этих подстанций питаются различные предприятия и организации, для установления источников гармоник напряжения и их снижения до требуемых нормативных значений рекомендуется обратиться с соответствующим предложением в энергоснабжающую организацию.

В ходе энергетического обследования по результатам выявленных отклонений ПКЭ эксплуатационными службами организации принимались оперативные меры по поддержанию ПКЭ в соответствии с нормативными показателями, в частности, проводилось перераспределение электрических нагрузок по фазам вводно-распределительных устройств на напряжение 0,4 кВ с целью снижения несимметрии напряжений и уменьшения отклонений напряжения у потребителей.

Список использованных источников:

1. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию, т. 1. / Под ред. А.А. Федорова. – М.: Энергоатомиздат, 1986. 
   
2. Копылов Ю.В., Чуланов Б.А. Экономия электроэнергии в промышленности. – М: Энергоатомиздат, 1982.