Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Економіка arrow Економіка енергетики
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

ЯКІСТЬ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ ТА ОРГАНІЗАЦІЙНО-ЕКОНОМІЧНІ ЗАСОБИ її ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

■ Економічна значущість якості електроенергії та критерії ЇЇ забезпечення

■ Реактивна потужність як причина зниження якості електроенергії

■ Техніко-економічні наслідки погіршення якості електроенергії

■ Винуватці, джерела та причини погіршення якості електроенергії

■ Техніко-економ ічні проекти з покращання якості електроенергії

Економічна значущість якості електроенергії та критерії її забезпечення

Стандартом ISO 9000 поняття "якість" визначено як ступінь відповідності сукупності характеристик, що властиві об'єкту, вимогам (Системы, 2012).

Якість електроенергії – це сукупність властивостей електроенергії, що визначають вплив на електрообладнання, прилади та пристрої й оцінюються показниками якості електроенергії (ПЯЕ). На практиці ідеальні ПЯЕ забезпечити технічно неможливо, тому орієнтуються на рівні допустимих відхилень, що нормуються національним стандартом ГОСТ 13109-97. Усі показники якості електроенергії (табл. 13.1) можна розділити на основні та допоміжні (Конюхова, 2002). Крім того, ПЯЕ можуть бути поділені на показники, що характеризують якість частоти, і показники, що характеризують якість напруги.

За джерелом впливу основні ПЯЕ можуть поділятися на три групи.

До першої групи належать відхилення частоти δf та встановлене відхилення напруги δUв. Відхилення частоти регулюється енергосистемою та залежить лише від неї. Окремі БП на промислових підприємствах (а тим більше в побуті) не можуть впливати на цей показник, оскільки потужність їх значно менша порівняно із сумарною потужністю генераторів електростанцій енергосистеми. Отже, знгічення цих параметрів залежать від ЕК.

До другої групи належать ПЯЕ, що характеризують несинусоїдальність форми кривої напруги, несиметрію та коливання напруги. Це відповідно коефіцієнти викривлення синусоїдальності кривої напруги КU і п-ї гармонійної складової напруги КU(п), коефіцієнти зворотної К2U і нульової К0U послідовностей, розмахи коливань напруги δUt та доза флікеру PM і Рlt. Джерелами цих викривлень напруги є споживачі електроенергії (електроприймачі).

Таблиця 13.1 – Сутність основних ПЯЕ, причини та наслідки їх відхилення від норми

Показник ЯЕ

Сутність показника

Причини відхилення

Наслідки відхилення показника

1

2

3

4

Відхилення частоти δf, Гц

Відображає різницю між дійсним f і номінальним значеннями частоти fном змінного струму в СЕП:

Частота змінного струму в електричній системі прямо залежить від частоти обертання генераторів електричних станцій

Техніко-економічний збиток обумовлений зниженням активної потужності та зростанням РП унаслідок зростання електромагнітного впливу. Вважається, що зниження частоти на 1 % збільшує втрати у мережах на 2 %. Істотним є вплив частоти на кількість обертів електродвигунів, а отже, на їх зношення та продуктивність. Економічний збиток обумовлюється недовипуском продукції промисловими підприємствами

Відхилення напруги δUв, %

Відмінність напруги Uв, що встановилася, від її номінального значення Uном.

Визначається балансом РП, графіком навантаження BV3Jia, спаданням напруги на ділянках мережі, коефіцієнтом трансформації трансформаторів, режимом роботи засобів КРП

Відхилення впливає на вихідні значення ЕП, наприклад, на температуру в електротермічній установці, освітленість, корисну потужність електродвигунів тощо.

Додатні відхилення напруги призводять до збільшення втрат потужності (у тому числі і реактивної) в мережах, збільшення продуктивності механізмів з асинхронним приводом та скорочення термінів служби устаткування. Так, у середньому при підвищенні напруги на 1 % РП зростає на 3 % для АД потужністю 20–100 кВт і на 5–7 % для АД меншої потужності.

Від'ємні відхилення напруги позначаються на зниженні продуктивності, збільшенні втрат напруги та зниженні втраг потужності, суттєво збільшуються тривалість технологічного процесу, а отже, і собівартість виробництва. Знижується термін служби двигунів, оскільки збільшується споживання струму, шо призводить до нагріву обмоток. При тривалій роботі на напрузі 0,91Uном термін служби двигуна знижується вдвічі. При зменшенні напруги до 0,93-0,951Uном, освітленість робочого місця знижується на 10-15 %

Коливання напруги:

  • – розмах коливань напруги δUt.
  • – частота повто рення змін напруги FδUt;
  • – тривалість зміни напруги;
  • – доза флікеру* Рt (короткочасна Рst та тривала Рh)

Різке мінливе відхилення напруги тривалістю від півпері- оду до декількох секунд:

– різниця між наступними один за одним максимальним Umax та мінімальним Umin значеннями діючих значень обвідних напруг:

– кількість одиночних змін напруги за одиницю часу (1/с, 1/хв):

де т – кількість змін напруги за час Т;

  • – інтервал часу між змінами напруги;
  • – міра сприйнятливості людини до впливу флікеру за встановлений проміжок часу, тобто інтегральна характеристика коливань напруги, що викликають у людини роздратування, яке накопичується за встановлений період часу, через мерехтіння світлового потоку

Відбуваються під впливом навантаження на мережу, яке різко змінюється. До джерел коливань напруги належать потужні ЕП з імпульсним, різко змінним характером споживання активної та РП: дугові сталеплавильні печі, рудно-термічні печі, електродвигуни великої потужності, індукційні печі, електрозварення та ін.

Коливання напруги негативно впливає на зір і продуктивність праці робітників. Також виникає брак або недовиробницгво продукції через порушення роботи установок високочастотного нагрівання, руйнування сердечників індукційних плавильних печей, вихід з ладу систем автоматичного управління та синхронних електродвигунів, зниження ККД електродвигунів тощо. Збільшується тривалість технологічного процесу, знижується продуктивність установок і якість продукції, підвищуються питомі втрати електроенергії та зростає собівартість продукції

Несинусоїдальність струму га напруги:

  • – коефіцієнт викривлення синусоїдальної форми кривої напруги КU';
  • – коефіцієнт n-ї гармонійної складової напруги КU(n)

Викривлення синусоїдальної форми напруги або струму:

де п – порядок гармоніки;

U(n) – діюче значення n-ї гармоніки, В; U(l) – діюче значення для 1-ї (основної) гармоніки, В;

Обумовлена функціонуванням ЕП з нелінійною вольт-ампер- ною характеристикою (дугові сталеплавильні печі, перетворювачі, трансформатори, індукційні печі, люмінесцентні лампи та ін.)

Вищі гармоніки утворюють складові прямої, зворотної і нульової послідовностей. Струми нульової послідовності створюють додаткове підмагнічування сталі в електричних машинах, що призводить до погіршення їх характеристик, додаткового нагрівання статорів АД і магнітопроводів трансформаторів. Вищі гармоніки напруги, підсумовуючись із основною гармонікою, сприяють підвищенню діючого значення напруги на затискачах ЕП. Вищі гармоніки напруги та струму несприятливо впливають на електроустаткування, створюючи додаткові втрати в електричних машинах, трансформаторах і мережах, погіршуючи умови роботи конденсаторних батарей, скорочуючи термін служби ізоляції електричних машин і апаратів, підвищуючи аварійність у кабельних мережах, викликаючи збої у роботі систем релейного захисту, автоматики, телемеханіки та зв'язку. При несинусоїдальній напрузі спостерігається нагрівання усіх видів ЕП і, як наслідок, прискорене їх старіння

Несиметрія струмів і напруг:

  • – коефіцієнт несиметрії напруги за зворотною послідовністю К2U';
  • – коефіцієнт несиметрії напруги за нульовою послідовністю К0U

Порушення рівності амплітуд фазових напруг (струмів) і/або кута між ними.

– відношення напруги зворотної послідовності U2 до номінальної напруги Uном

– відношення напруги нульової послідовності Uo до номінальної фазової напруги

Uном.ф

Основною причиною несиметрії є нерівність навантаження по фазах

Несиметрія напруг викликає значні струми зворотної послідовності І2и, які, накладаючись на струми прямої послідовності, викликають додаткове нагрівання обертових машин, створюючи негативний обертальний момент, знижують швидкість обертання роторів АД, зменшують їх ККД. Це супроводжується збільшенням споживання РП і, як наслідок, зниженням напруги. Внаслідок зниження оборотності електродвигунів виникає брак продукції. Термін служби повністю завантаженого АД, що працює при несиметрії напруги 4%, скорочується в 2 рази, а при несиметрії напруги 5 % потужність двигуна зменшується на 5-10 %

Провали та короткочасні зникнення напруги Un:

  • – глибина провалів δUn;
  • – тривалість провалів Δtn;
  • – частота появи Fn провалів

До провалів напруги відносять раптове зниження напруги у точці електричної мережі нижче 0,9 Uном за яким відбувається відновлення напруги до первісного або близького до нього рівня через проміжок часу від десяти мілісекупд до декількох десятків секунд:

– розраховується за формулою

де Umin – залишкова напруга у точці контролю, В;

– різниця між часом відновлення напруги tк і часом початку провалу tн.

– розраховується за формулою

де т(δUn, Δtn) – число провалів глибиною δUn і тривалістю Δtn за певний інтервал часу Т; М – сумарне число провалів напруги за час Т

Провали напруги обумовлені помилками персоналу або дефектами засобів захисту та автоматики. Причиною провалів також може бути коротке замикання через влучання блискавки. Тривалість провалу визначається сукупністю часу, протягом якого спрацьовують засоби захисту та автоматики

Порушення технології процесу, брак продукції, вихід з ладу блоків живлення та самих ЕП. Збиток може вимірюватися цінністю інформації, яка втрачається, наприклад, унаслідок виходу з ладу серверів

  • – коефіцієнт тимчасової перенапруги Кпер U
  • – тривалість тимчасової перенапруги ΔtперU

таціях або коротких замиканнях. Виділяють короткочасні, тривалі (періодичні) та імпульсні (аперіодичні) тимчасові перенапруги:

– розраховується за формулою

Де Umax a – амплітудне значення напруги основної частоти за час існування тимчасової перенапруги, В;

– розраховується за формулою:

де tз.пер і tп.пер – моменти часу, що відповідають початку й закінченню перепапругн

Імпульсна напруга

Uімп

Це різка зміна напруги у точці електричної мережі, що триває 10-15 мкс (грозовий імпульс) або 10-15 мс (комутаційний імпульс)

Імпульсні напруги викликаються перехідними процесами при комутаціях у СЕП, а також грозовими явищами

Імпульсна напруга є небезпечною для ізоляції ліній та електрообладнання

Джерела: ГОСТ, 1999; Управление, 2006; Герлига, 2011; Жовнір, 2008; Конюхова, 2002; Самойлов, 2002.

До третьої групи належать ПЯЕ, що характеризують випадкові електромагнітні явища й електротехнологічні процеси в СЕП. Вони охоплюють провали напруги , перенапругу та імпульсну напругу . У більшості випадків вони виникають у результаті комутацій або розрядів блискавки в ЛЕП (У правление, 2006).

ПЯЕ перших двох груп нормуються Державним стандартом, і на них установлено два припустимі рівні: нормальний і граничний (табл. 13.2). ПЯЕ третьої групи не можуть нормуватися, оскільки є випадковими величинами, однак статистична інформація про них має велике значення для нормальної експлуатації СЕП.

Таблиця 13.2 – Встановлені ГОСТ 13109-97 норми ПЯЕ (ТОСТ, 1999)

Показник ЯЕ, одиниця вимірювання

Норма ЯЕ

Межі припустимих похибок

вимірювання ПЯЕ

нормально

припус

тимі

гранично

припус

тимі

абсолю

тні

відносні

Відхилення напруги δUв, %

±5

±10

±0,5

Розмах коливань напруги δUt, %

±8

Доза флікеру, відн. од.:

короткочасна Рst та

тривала Рlt

1,38; 1,0 1,0; 0,74

±5

±5

Коефіцієнт викривлення синусоїдально- сті кривої напруги КU, %

±10

Коефіцієнт н-ї гармонійної складової напруги КU(n), %

±0,05

(при

КU(m)<1,0)

±5 (при

КU(m)1,0)

Коефіцієнт несиметрії напруги за зворотною послідовністю К2U, %

2

4

±0,3

Коефіцієнт несиметрії напруги за нульовою послідовністю К0U, %

2

4

±0,5

Відхилення частоти δf, Гц

±0,2

±0,4

±0,03

Тривалість провалу напруги ∆tn, с

30

±10

Імпульсна напруга Uімп, кВ

±10

Коефіцієнт тимчасової перенапруги

Кпер U, відн. од.

±10

Приклад 1

Визначимо, на скільки відсотків зросте реактивна потужність для АД (50 кВт) та втрати в мережі, якщо відомо, що зниження частоти від номінального значення становило 3 %, а відхилення напруги +1,5 %.

Відомо, що зростання напруги на 1% для АД потужністю 20–100 кВт призводить до зростання РП на 3 %, тоді

ΔРП = 1,5 • 3 = 4,5 %,

а зниження частоти на 1% призведе до зростання втрат на:

ΔB = 3-2 = 6%.

Погіршення ЯЕ зумовлене технологічними процесами її виробництва, передачі, розподілу і споживання. Останніми роками проблеми забезпечення ЯЕ набувають особливої актуальності у зв'язку з тим, що ЯЕ безпосередньо впливає на економічність і тривалість експлуатації будь-яких сучасних електроприладів у різних галузях економіки. Найбільшого ефекту досягають споживачі при оптимальних параметрах ЯЕ, які визначаються відповідними економіко-математичними розрахунками. Практика показує, що при ПЯЕ, які знаходяться в допустимих межах, має місце висока ефективність роботи електрообладнання. Якщо показники виходять за межі допустимих значень, то у споживачів виникає збиток, величина якого залежить від значущості виходу одного або групи показників за допустимі межі та тривалості такого відхилення. Залежно від величини збитків вирішують питання про доцільність застосування додаткових пристроїв (устаткувань) для покращання ЯЕ як на рівні споживача, так і на рівні постачальника залежно від того, які саме ПЯЕ не відповідають нормі і хто є винуватцем погіршення (Бурбело, 2008).

Для України як одного з найбільших постачальників електроенергії у Східній Європі проблема невідповідності ЯЕ стандартам ЄС має пріоритетне значення. Сьогодні зарубіжні споживачі не мають бажання "засмічувати" свої мережі неякісною електроенергією. Тому національна економіка через погіршення ЯЕ може зазнати чималих економічних втрат у вигляді пені енергопостачальним компаніям та у зв'язку з розірванням контрактів на постачання електроенергії до країн ЄС.

Подробиці

Якщо в командно-адміністративній економіці цілком припустимим вважалося переривання електропостачання не більш ніж 2–3 рази на рік, то в умовах ринкової економіки це є неприйнятним. Збурювання з боку джерел живлення, навіть унаслідок короткочасних провалів напруги (тривалістю до 0,1-0,2 с) вже призводить до зривів технологічних процесів (Чугунов, 2010).

Згідно з дослідженням, проведеним EPR1 (Electric Power Research Institute, США), щорічні збитки від зниження ЯЕ становлять 15–24 млрд дол. США. Дослідження, проведені СЕА (Canadian Electrical Association, Канада) показали, що у Канаді збитки від провалів і раптового підвищення, імпульсів напруги та гармонік становлять 1,2 млрд дол. США щорічно, тоді як у колишньому СРСР-близько 10 млрд дол. CUJA (Салрыка, 2006).

У цілому зниження ЯЕ може призвести до техніко-економічних збитків, пов'язаних зі: збільшенням втрат активної потужності та електроенергії; скороченням терміну служби електрообладнання і передчасним виходом його з ладу; збільшенням капітальних вкладень у СЕП; негативним впливом на довкілля та здоров'я людини; порушенням технологічного процесу виробництва у енергоспоживачів, що призводить до зниження якості виробленої продукції та збільшення енерговитрат на її виробництво, та ін.

Залежно від конкретної системи усунення описаних вище проблем, пов'язаних з погіршенням ПЯЕ, можна заощадити 10-40 % енергії залежно від ступеня прояву кожного з негативних факторів.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Інші