«ЗОЛОТОЙ КЛЮЧИК» В ВИДЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ

Почему десятки миллиардов евро «зарываются» в землю? Почему низкое качество электроэнергии становится причиной потерь?

В современных электроустановках применяется широкая номенклатура различных технических средств, как силовых, высоковольтных, так и электронных, микропроцессорных. Технические средства функционируют в некоторой электромагнитной обстановке, которая определяется совокупностью электромагнитных явлений, процессов в заданной области пространства, в частотном и временном диапазонах.

Технические средства могут быть как источниками помех, так и их приемниками, в большей или меньшей степени подвергаться влиянию различных помех. Актуальная проблема в этом направлении заключается в необходимости обеспечения электромагнитной совместимости применяемых технических средств, т.е. обеспечения их функционирования с заданным качеством в заданной электромагнитной обстановке, не создавая при этом недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам.

Применение технических средств без учета требований электромагнитной совместимости является причиной снижения показателей их эффективности, надежности и качества функционирования.

В чем же состоит необходимость обеспечения электромагнитной совместимости с точки зрения энергоэффективности? Каковы аспекты проблемы?

В зависимости от специфики электроустановки проблемы электромагнитной совместимости могут проявлять себя по-разному. Для электроустановок конечного потребителя наиболее актуальны вопросы качества электроэнергии, а именно: высшие гармоники, переходные процессы, перерывы в электроснабжении, провалы напряжения, перенапряжения.

Потери от низкого качества электроэнергии

По данным исследований, проведенным в 2001 году, на промышленных предприятиях европейского союза (ЕС) стоимость потерь, связанных с плохим качеством энергии, составила €10 млрд. за год. Вместе с тем расходы на предотвращение этих потерь не превысили 5 % от названной суммы.

К 2007 году потери от плохого качества электроэнергии достигли €150 млрд. Потери ряда компаний составили до 10 % от их годового оборота. При этом потери предприятий с большим энергопотреблением достигли величины €50 млрд.

Потери в различных отраслях стран ЕС по отраслям распределились следующим образом:

Таблица 1

Отрасль	Средние потери за одно событие
Производство полупроводников	€ 3 800 000
Коммерческий сектор	€6 000 000 за час
Компьютерные центры	€750 000
Телекоммуникация	€30 000 за минуту
Производство стали	€350 000
Стекольная промышленность	€250 000

В таблице 2 приведены потери в результате одного из событий.

Событие	Потери за событие
Перенапряжения или переходные процессы	€120 000 – 180 000
Длительные прерывания питания	€90 000
Коротки перерывы питания в сфере обслуживания	€18 000 – 36 000
Короткие перерывы питания в промышленности	€7 000 – 14 000
Провалы напряжения	€2 000 – 4 000

Рассмотрим причины ухудшения некоторых параметров качества электроэнергии и их влияние на оборудование.

Высшие гармоники

Основным источником высших гармоник в сетях электроснабжения является нелинейная нагрузка, величина которой заметно возросла в последнее время. При мощности нелинейной нагрузки менее 10-15 % каких либо проблем в системах электроснабжения, как правило, не возникает. При превышении этой величины следует ожидать появление различных негативных явлений. Если величина нелинейной нагрузки превышает 25 % – отдельные проблемы могут проявиться сразу.

Основными результатами воздействия высших гармоник на системы электроснабжения являются:

• увеличение токов и напряжений вследствие параллельного и последовательного резонансов;

• снижение эффективности процессов генерации, передачи и использования электроэнергии;

• старение изоляции электрооборудования и сокращение срока его службы;

• ложная работа устройств.

Для оборудования систем электроснабжения в результате воздействия высших гармоник возможны следующие последствия:

• во вращающихся машинах возрастают потери электроэнергии вследствие вихревых токов, поверхностного эффекта, возрастания токов утечки. Возрастают дополнительные потери, приводящие к повышению общей температуры машины и местным перегревам;

• на линиях электропередач возрастают потери энергии и напряжения. В кабельных линиях к тому же с ростом высших гармоник возрастает нагрузка на диэлектрик, что приводит к росту повреждений;

• в трансформаторах высшие гармоники обуславливают рост потерь на гистерезис, потерь, связанных с вихревыми токами в стали, потерь в обмотках. Сокращается срок службы изоляции;

• в батареях конденсаторов с ростом частоты возрастают потери энергии, что приводит к их перегреву и выходу из строя;

• в телевизорах возможны искажения изображений и изменение яркости вследствие возросшего пика напряжения, обусловленного высшими гармониками;

• конденсаторы во флуоресцентных и ртутных лампах в результате действия высших гармоник могут выйти из строя.

Наличие высших гармоник в сети электроснабжения приводит также к неверному измерению мощности и энергии. Измерительные приборы проходят поверку при синусоидальном напряжении на основной частоте, поэтому при их применении в сетях с искаженными токами и напряжениями возможны существенные погрешности при определении платы за электроэнергию (как в одну, так и в другую сторону).

При наличии высших гармоник возникают проблемы с компенсацией реактивной мощности, т.к. искаженные кривые тока и напряжения исключают работу компенсирующих устройств при номинальных условиях, следовательно, величина реактивной мощности точно не может быть определена.

Переходные процессы

Переходные процессы, как правило, имеют малую длительность (до нескольких миллисекунд) и высокую амплитуду (до нескольких тысяч вольт) с весьма крутым фронтом. Причиной большинства переходных процессов являются: удары молнии, переключения мощной или реактивной нагрузки.

Результаты переходных процессов могут проявлять себя мгновенно: выход из строя оборудования, потеря информации, или могут проявляться постепенно: ухудшение свойств изоляции.

Провалы напряжения

Провалом напряжения называют внезапное понижение напряжения в точке электрической сети ниже 0,9 Uном с последующим восстановлением напряжения до первоначального. Большинство провалов напряжения возникает по причине повреждений в питающей сети. Серьезность повреждений зависит от расположения генераторов в сети, точки повреждения и точки измерения.

По результатам исследования этого явления на 12 предприятиях с установленной мощностью от 6 до 30 МВА в течение 10 месяцев было зарегистрировано 858 провалов напряжения, 42 из которых повлияли на производство и привели к финансовым потерям. В частности, в результате недовыпуска продукции потери составили €600 000 (в среднем €14 300 за событие, €50 000 на предприятие) с наиболее крупным единичным убытком в €165 000.

Большие потери возникают в результате наиболее простых событий: потери информации в компьютерных системах, их перезагрузки, изменение режимов работы оборудования, скорости вращения машин. Для непрерывных производств, к примеру, бумаги, потери и вовсе могут быть астрономическими.

Каковы же выводы?

Обеспечение высокой энергоэффективности производства является комплексной задачей. В процессе ее решения необходимо учитывать все наиболее значимые аспекты. В современных условиях, когда применяется большое число разнообразных технических средств, актуальной стала проблема обеспечения их электромагнитной совместимости, т.е. создание условий для их нормального функционирования друг с другом.

В низковольтных системах с конечным потребителем наиболее актуальны проблемы качества электроэнергии, основными из которых являются высшие гармоники, переходные процессы, провалы напряжения, перенапряжения. Плохие показатели качества электроэнергии являются причиной как непосредственных потерь от повреждения оборудования, недовыпуска продукции, так и вторичных последствий в виде снижения КПД, ухудшения эксплуатационных свойств оборудования, работоспособности персонала и др.

В современном высокотехнологичном мире необходимость обеспечения электромагнитной совместимости технических средств возрастает. Решение этой проблемы самым непосредственным образом сказывается на энергоэффективности любого предприятия, использующего электрическую энергию.

М. Фурсанов, доктор технических наук, профессор.

П. Криксин, аспирант.

Белорусский национальный технический университет

г.Минск.

Материал подготовлен на основе доклада на Международной научно-технической конференции «Энергосбережение – важнейшее условие инновационного развития АПК», состоявшейся в Минске 24-25 ноября текущего года.

Дата публикации: 07.12.2011
1230

Тэги:

Электричество потери,

причины

Популярное в новостях

Популярное в аналитике