Анализ влияния качества электроэнергии на ее потери в системах электроснабжения

Содержание

Введение………………………………………………………..…………….....................3
1. Основные виды показателей качества, приводящие к потерям электроэнергии в
электросетевом комплексе………………………………………………………………..5
2. Виды потерь при низком качестве электроэнергии………………………………...16
Заключение……………..………………………………………………………….…......22
Список использованной литературы……………….…………………….........……….24

Введение

Проблемы экономии электрической энергии на всех стадиях ее жизненного
цикла являются одними из центральных проблем стоящих перед энергетикой.
Комплексное решение этих проблем связано с переходом на новые
информационные ресурсосберегающие и экологически безопасные технологии
производства, передачи и потребления электрической энергии. Необходима
минимизации потерь электрической энергии в электрических сетях при ее передаче.
В настоящее время накоплен значительный опыт по моделированию и
оптимизации режимов функционирования систем энергетики, т.е. опыт решения
задач планирования и управления режимами передачи электрической энергии.
Результаты оптимизации структуры и параметров электрических сетей вскрыли
значительные резервы экономии непроизводственных потерь электрической энергии
до 15-20% от общего объема передаваемой электроэнергии. Однако, некоторые
разработанные до настоящего времени модели и методы оптимизации являются
детерминированными и не учитывают реальные условия функционирования
электрических сетей и рынка электроэнергии. Получаемые с помощью этих методов
оптимальные решения, соответствуют только конкретным граничным условиям и
находятся, как правило, на границе допустимой области. Естественно, что такие
«оптимальные» решения оказываются неприемлемыми на практике. С формальной
точки зрения, проблема учета реальных условий функционирования
электроэнергетических систем заключается в том, что в моделях математического
программирования, к которым сводятся задачи планирования и управления
режимами, некоторые параметры целевой функции и ограничений являются
случайными величинами. В электроэнергетических системах основным внешними
возмущающими факторами являются случайные процессы потребления
электрической энергии, а основными внутренними возмущающими факторами
являются отказы элементов технологического оборудования.
Известно, что практически 100 % всех электрических сетей и электропотребителей в мире работают на переменном токе.
Электроэнергия в мире повсеместно дорожает, а ее потребление цивилизацией
непрерывно увеличивается. Поэтому актуальной проблемой мировой энергетики
является экономия электроэнергии переменного тока. Практически все
электроприемники обладают индуктивностями. Как известно, индуктивность
создает в электрической цепи переменного тока фазовый сдвиг между током и
напряжением Во многом именно из-за этого фазового сдвига и возникает огромный
перерасход электроэнергии в электрических сетях(так называемая проблема
“косинуса фи”- хорошо известна электроэнергетикам). Эта по сути острая проблема
перерасхода электроэнергии в цепях с индуктивностями носит глобальный характер
в мировой электроэнергетике.
Электроэнергия как товар обладает целым рядом специфических свойств. Она
непосредственно используется при создании других видов продукции и оказывает
существенное влияние на экономические показатели производства и качество
выпускаемых изделий. Понятие качества электрической энергии (КЭ) отличается от
качества других товаров. Качество электроэнергии проявляется через качество
работы электроприемников (ЭП). Поэтому если ЭП работает неудовлетворительно,
и в каждом конкретном случае качество электроэнергии соответствует
установленным требованиям, то причину следует искать в качестве изготовления
ЭП. Если параметры КЭ не соответствуют требованиям, то предъявляются
претензии поставщику – электроснабжающей организации.
Качество электроэнергии на месте производства не гарантирует ее качества в
точке присоединения потребителя. Характер самого производственного процесса
существенно влияет на параметры КЭ, и в точке присоединения оно может быть
различно до и после включения потребителя. Качество электроэнергии является
составляющей электромагнитной совместимости, характеризующей
электромагнитную среду. Электроприемники и аппараты, присоединенные к
электрическим сетям, предназначены для работы при определенных номинальных
параметрах: номинальной частоте, номинальном напряжении, номинальном токе,
изменяющемся по синусоидальному закону. В системе электроснабжения всегда возможно отклонение от этих требований, определяемых показателями качества
электрической энергии (ПКЭ).
Качество электрической энергии– это совокупность ее характеристик по
частоте и напряжению, называемых показателями качества электроэнергии
(ПКЭ), определяющих воздействие электроэнергии на электрооборудование,
электрические аппараты и приборы, подключенные к электрической сети,
оцениваемое по соответствию этих ПКЭ установленным требованиям. В терминах
электромагнитной совместимости ПКЭ – уровень электромагнитной помехи,
создаваемой кондуктивным путем в электрической сети в едином и неразрывном
процессе производства, передачи, распределения и потребления электрической
энергии.
1. Основные виды показателей качества, приводящие к потерям электроэнергии в электросетевом комплексе.

Потери энергии в системах электроснабжения в значительной степени
связаны с качеством электроэнергии, которое в свою очередь является составной
частью электромагнитной совместимости. Можно выделить основные показатели
качества электрической энергии, ухудшение которых приводит к увеличению
потерь электроэнергии. Причем виновниками несоответствия таких показателей,
как установившееся отклонение напряжения и отклонения частоты являются
энергоснабжающие организации, а коэффициентов искажения
несинусоидальности, n-й гармонической составляющей, несимметрии
напряжения по обратной и нулевой последовательностям – потребители. При
наличии в кривой напряжения ВГ возникают дополнительные потери мощности в
электрооборудовании и в линиях электропередачи. Эти потери будут довольно
значительными при большом коэффициенте искажения синусоидальности
кривой напряжения. Для обеспечения небольшого искажения синусоиды
мощность источника питания должна быть в 10 раз больше мощности
нелинейной нагрузки В настоящее время на промышленных предприятиях и у
коммунально-бытовых потребителей ударными темпами увеличивается
количество помехогенерирующего оборудования. На предприятиях это связано с
повсеместной модернизацией производства, т. е. с внедрением передового
оборудования: современных источников света, сварочных выпрямителей и
частотных преобразователей. В коммунальнобытовом секторе – это
персональные компьютеры, компактные люминесцентные лампы, телевизоры и
др. При несинусоидальных токах и напряжениях учет электрической энергии
связан со значительными погрешностями. Особенно влияние ВГ сказывается на счетчиках индукционной системы, имеющих отрицательную частотную
погрешность на частотах выше 50 Гц. В зависимости от того, содержит
электроприемник линейную или нелинейную нагрузку, возможен недоучет или
переучет потребленной электроэнергии. При больших искажениях напряжения и
преобладании 5–13-й гармоник токов положительная погрешность измерения
энергии, потребляемой тиристорными преобразователями, достигает 3–4 %. В
наибольшей степени влияние несинусоидальности на погрешности
индукционных счетчиков проявляется на частотах 11-й и 13-й гармоник.
В соответствии с ГОСТ 13109-87 различают основные и дополнительные
показатели качества электроэнергии.
К основным показателям качества электроэнергии, определяющим свойства
электрической энергии, которые характеризуют ее качество, относятся:
1) отклонение напряжения (δU, %);
2) размах изменения напряжения (δUt, %);
3) доза колебаний напряжений (ψ, %);
4) коэффициент несинусоидальности кривой напряжения (kнсU, %);
5) коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения нечетного
(четного) порядка (kU(n), %);
6) коэффициент обратной последовательности напряжений (k2U, %);
7) коэффициент нулевой последовательности напряжений (k0U, %);
8) длительность провала напряжения (Δtпр, с);
9) импульсное напряжение (Uимп, В, кВ);
10) отклонение частоты (Δf, Гц).
Дополнительные показатели качества электроэнергии, представляющие собой
формы записи основных показателей качества электроэнергии и используемые в
других нормативно-технических документах:
1) коэффициент амплитудной модуляции напряжений (kмод);
2) коэффициент небаланса междуфазных напряжений (kнеб.м);
3) коэффициент небаланса фазных напряжений (kнеб.ф).
Отметим допустимые значения названных показателей качества
электроэнергии, выражения для их определения и области применения. В течение 95% времени суток (22,8 ч) показатели качества электроэнергии не должны
выходить за пределы нормально допустимых значений, а в течение всего времени,
включая поелсаварийные режимы, они должны находиться в пределах максимально
допустимых значений.
Контроль качества электроэнергии в характерных точках электрических сетей
осуществляется персоналом предприятия электрических сетей. При этом
длительность измерения показателя качества электроэнергии должна составлять не
менее суток.
Отклонения напряжения
Отклонение напряжения это один из самых важных показателей качества
электроэнергии. Отклонение напряжения находится по формуле
δUt = ((U(t) - Un)/Un) х 100% (1)
где U(t) - действующее значение напряжения прямой последовательности
основной частоты, или просто действующее значение напряжения (при
коэффициенте несиннусоидальности, меньшем или равном 5%), в момент времени t,
кВ; Un - номинальное напряжение, кВ.
Из-за изменения нагрузок во времени, изменения уровня напряжений и других
факторов изменяется величина падения напряжения в элементах сети и,
следовательно, уровень напряжения Ut. В результате оказывается, что в различных
точках сети в один и тот же момент времени, а в одной точке - в разные моменты,
отклонения напряжения различны.
Нормальная работа электроприемников вестях напряжением до 1 кВ
обеспечивается при условии, что отклонения напряжения на их входе равны ±5%
(нормальное значение) и ±10% (максимальное значение). В сетях напряжением 6 -
20 кВ устанавливается максимальное отклонение напряжения ±10%.
Мощность, потребляемая лампами накаливания, прямо пропорциональна
подведенному напряжению в степени 1,58, световая отдача ламп - в степени 2,0,
световой поток - в степени 3,61, срок службы ламп - в степени - 13.57. Работа
люминесцентных ламп от отклонения напряжений зависит меньше. Так срок их
службы изменяется на 4% при отклонении напряжения на 1%. Снижение освещенности рабочих мест происходит при уменьшении напряжения, что приводит к снижению производительности труда работающих и
ухудшению их зрения. При больших снижениях напряжения люминесцентные
лампы не загораются или мигают, что приводит к сокращению срока их службы.
При повышении напряжения срок службы ламп накаливания резко снижается.
От уровня напряжения зависит скорость вращения асинхронных
электродвигателей и, следовательно, их производительность, а также потребляемая
реактивная мощность. Последнее отражается на величине потерь напряжения и
мощности на участках сети.
Снижение напряжения приводит к увеличению длительности
технологического процесса в электротермических и электролизных установках, а
также к невозможности устойчивого приема в коммунальных сетях телевизионных
передач. В последнем случае применяются так называемые стабилизаторы
напряжения, которые сами потребляют значительную реактивную мощность и у
которых имеются потери мощности в стали. На их изготовление расходуется
дефицитная трансформаторная сталь.
Для обеспечения требуемого напряжения на шинах низкого напряжения всех
ТП рименяют так называемое встречное регулирование напряжения в центре
питания. Здесь в режиме максимальных нагрузок поддерживается максимально
допустимое напряжение на шинах ЦП, а в режиме минимальных нагрузок -
минимальное напряжение.
При этом должно применяться и так называемое местное регулирование
напряжения в каждом трансформаторном пункте путем установки переключателя
ответвлений распределительных трансформаторов в соответствующее положение. В
сочетании с централизованным (в ЦП) и указанным местным регулированием
напряжения применяются регулируемые и нерегулируемые конденсаторные
установки, также относящиеся к средствам местного регулирования напряжения.
Размах изменения напряжения
Размах изменения напряжения представляет собой разность между
амплитудными или действующими значениями напряжения до и после одиночного
изменения напряжения и определяется по формуле
δUt = ((Ui - Ui+1)/√2Uн) х 100% (2)
где Uiи Ui+1- значения следующих друг за другом экстремумов или
экстремума и горизонтального участка огибающей амплитудных значений
напряжения.
К размахам изменения напряжения относят одиночные изменения напряжения
любой формы с частотой повторения от двух раз в минуту (1/30 Гц) до одного раза в
час, имеющие среднюю скорость изменения напряжения более 0,1% в секунду (для
ламп накаливания) и 0,2% в секунду для остальных приемников.
Быстрые изменения напряжения вызываются ударным режимом работы
двигателей металлургических прокатных станов тяговых установок железных дорог,
луговых сталеплавильных печей, сварочной аппаратуры, а также частыми пусками
мощных короткозамкнутых асинхронных электродвигателей, когда их пусковая
реактивная мощность составляет несколько процентов мощности короткого
замыкания.
Число изменений напряжения в единицу времени, т. е. частота изменения
напряжения, находится по формуле F = m/T, где m - число изменений напряжения за
время Т, Т - общее время наблюдения размахов напряжения.
Основные требования, предъявляемые к колебаниям напряжения,
обусловливаются соображениями защиты зрения человека. Установлено, что
наибольшая чувствительность глаза к мерцанию света находится в области частоты,
равной 8,7 Гц. Поэтому для ламп накаливания, обеспечивающих рабочее освещение
при значительных зрительных напряжениях, размах напряжения допускается не
более 0,3%, для ламп накачивания в быту - 0,4%, для люминесцентных ламп и
других электроприемников - 0,6.
Для снижения размаха изменения напряжения в осветительной сети
применяют раздельное питание приемников осветительной сети и силовой нагрузки
от разных силовых трансформаторов, продольную емкостную компенсацию
питающей сети, а также синхронные электродвигатели и искусственные источники
реактивной мощности (реакторы или конденсаторные батареи, ток которых
формируется с помощью управляемых вентилей для получения требуемой
реактивной мощности).

Доза колебаний напряжения
Доза колебаний напряжения идентична размаху изменения напряжения и в
действующих электрических сетях вводится по мере их оснащения
соответствующими приборами. При использовании показателя "доза колебаний
напряжения" оценка допустимости размаха изменения напряжения может не
производиться, так как рассматриваемые показатели взаимозаменяемы.
Доза колебаний напряжения также представляет собой интегральную
характеристику колебаний напряжения, вызывающих у человека накапливающееся
за установленный период времени раздражение из-за миганий света в диапазоне
частот от 0,5 до 0,25 Гц.
Допустимое максимальное значение дозы колебаний напряжения (ψ, (%)2) в
электрической сети, к которой присоединяются осветительные установки, не
должно превосходить: 0,018 - с лампами накаливания в помещениях, где требуется
значительное зрительное напряжение; 0,034 - с лампами накаливания во всех других
помещениях; 0,079 - с люминесцентными лампами.

Коэффициент несинусоидальности кривой напряжения
При работе в сет мощных выпрямительных и преобразовательных установок,
а также дуговых печей и установок для сварки, т. е. нелинейных элементов,
происходит искажение кривых тока и напряжения. Несинусоидальные кривые тока
и напряжения представляют собой гармонические колебания, имеющие различные
частоты (промышленная частота - это низшая гармоника, все остальные по
отношению к ней - высшие гармоники).
Высшие гармоники в системе электроснабжения вызывают дополнительные
потери энергии, сокращают срок службы косинусных конденсаторных батарей,
электродвигателей и трансформаторов, приводят к трудностям при наладке
релейной защиты и сигнализации, а также эксплуатации электроприводов с
тиристорным управлением и т. д.
Содержание высших гармоник в электрической сети
характеризуется коэффициентом несинусоидальности кривой напряжения.

Нормальные и максимальные допустимые значения kнс U не должны
соответственно превышать: в электрической сети напряжением до 1 кВ - 5 и 10%, в
электрической сети 6 - 20 кВ - 4 и 8%, в электрической сети 35 кВ - 3 и 6%, в
электрической сети 110 кВ и выше 2 и 4%.
Для снижения высших гармоник применяются силовые фильтры,
представляющие собой последовательное соединение индуктивного и емкостного
сопротивлений, настроенных в резонанс на определенную гармонику. С целью
исключения гармоник низших частот применяют преобразовательные установки с
большим числом фаз.
Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения нечетного
(четного) порядка
Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения нечетного
(четного) порядка представляет собой отношение действующего значения n-й
гармонической составляющей напряжения к действующему значению напряжения
основной частоты, т. е. kU(n) = (Un/Uн) х 100%
По значению коэффициента kU(n) определяется спектр n-х гармонических
составляющих, на подавление которых должны быть рассчитаны соответствующие
силовые фильтры.
Нормальные и максимальные допустимые значения не должны
соответственно превышать: в электрической сети напряжением до 1 кВ - 3 и 6%, в
электрической сети 6 - 20 кВ 2,5 и 5%, в электрической сети 35 кВ - 2 и 4 %, в
электрической сети 110 кВ и выше 1 и 2 %.
Несимметрия напряжений
Несимметрия напряжений возникает из-за нагрузки однофазных
электроприемников. Так как распределительные сети напряжением выше 1 кВ
работают с изолированной или компенсированной нейтралью, то  несиммегрия
напряжений  обусловлена появлением напряжения обратной последовательности.
Несимметрия проявляется в виде неравенства  линейных и фазных напряжений  и
характеризуется коэффициентом обратной последовательности напряжений:
k2U = (U2(1)/Uн) х 100%, (3) где U2(1) - действующее значение напряжения.
В сетях напряжением выше 1 кВ несимметрия напряжений проявляется в
основном из-за однофазных электротермических установок (дуговых печей
косвенного действия, печей сопротивления, индукционных канальных печей,
установок электрошлакового переплава и др.
Наличие напряжения обратной последовательности приводит к
дополнительному нагреву обмоток возбуждении синхронных генераторов и
увеличению их вибрации, к дополнительному нагреву электродвигателей и резкому
сокращению срока службы их изоляции, снижению реактивной мощности,
генерируемой силовыми конденсаторами, дополнительному нагреву линий и
трансформаторов? увеличению количества ложных срабатываний релейной защиты
и т д.
На зажимах симметричного элсктроприемника нормально допустимый
коэффициент несимметрии равен 2%, а максимально допустимый - 4%.
Влияние несимметрии значительно уменьшается при питании однофазных
электроприемников от отдельных трансформаторов, а также при применении
управляемых и неуправляемых симметрирующих устройств, компенсирующих
эквивалентный ток обратной последовательности, потребляемый однофазными
нагрузками.
В четырехпроводных сетях напряжением до 1 кВ несимметрия, обусловленная
однофазными приемниками, подключенными к фазным напряжениям,
сопровождается прохождением тока в нулевом проводе и, следовательно,
появлением напряжения нулевой последовательности.
Снижение значения может быть достигнуто рациональным распределением
однофазной нагрузки между фазами, а также увеличением сечения нулевого
провода до сечения фазных проводов и применением трансформаторов в
распределительной сети с группой соединения "звезда - зигзаг".
Провал напряжения и интенсивность провалов напряжения
Провал напряжения - это внезапное значительное понижение напряжения в
точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от
нескольких периодов до нескольких десятков секунд.
Длительность провала напряжения Δtпр - интервал времени между начальным
моментом провала напряжения и моментом восстановления напряжения до
первоначального или близкого к нему уровня , т.е. Δtпр = tвос - tнач.
Значение Δtпр составляет от нескольких периодов до нескольких десятков
секунд. Провал напряжения характеризуется интенсивностью и глубиной
провала δUпр, представляющей собой разность между номинальным значением
напряжения и минимальным действующим значением напряжения Umin в течение
провала напряжения, и выражается в процентах номинального значения напряжения
или в абсолютных единицах.
К провалам напряжения, возникающим в большинстве случаев при коротких
замыканиях в сети, чувствительны некоторые виды элекгропрнемников
(ЭВМ,  силовая электроника ), поэтому в проектах электроснабжения таких
приемников должны предусматриваться меры по снижению длительности,
интенсивности и глубины провалов напряжения. Допустимые значения
длительности провалов напряжения ГОСТ не указывает.
Импульсное напряжение
Импульсное напряжение - это резкое изменение напряжения, за которым
следует восстановление напряжения до обычного уровня за промежуток времени от
нескольких микросекунд до 10 миллисекунд. Оно представляет собой максимальное
мгновенное значение напряжения импульса Uимп.
Импульсное напряжение характеризуется амплитудой импульса U'имп,
представляющей собой разность между импульсом напряжения и мгновенным
значением напряжения основной частоты, соответствующим моменту начала
импульса. Длительность импульса tимп - интервал времени между начальным
моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгновенного значения
напряжения до обычного уровня.
К импульсам напряжения чувствительны также такие электроприемники, как
ЭВМ, силовая электроника и др. Импульсные напряжения появляются вследствие
коммутаций в электрической сети. Меры по снижению импульсных напряжений должны предусматриваться при разработке конкретных проектов электроснабжения.
Допустимые значения импульсных напряжений ГОСТ не указывает.
Отклонения частоты
Изменения частоты обусловлены изменениями суммарной нагрузки и
характеристиками регуляторов частоты вращения турбин. Большие отклонения
частоты возникают в результате медленного регулярного изменения нагрузки при
недостаточном резерве активной мощности.
Частота напряжения в отличие от других явлений, ухудшающих качество
электроэнергии, является общесистемным параметром: все генераторы,
присоединенные к одной системе, генерируют электроэнергию на напряжении
одинаковой частоты — 50 Гц.
Согласно первому закону Кирхгофа всегда существует строгий баланс между
выработкой и генерацией мощности. Поэтому любое изменение мощности нагрузки
вызывает изменение частоты, что приводит к изменению выработки активной
мощности генераторов, для чего блоки "турбина - генератор" оборудуют
устройствами, позволяющими регулировать поступление энергоносителя в турбину
в зависимости от изменений частоты в электрической системе.
При определенном росте нагрузки оказывается, что мощность блоков
"турбина - генератор" исчерпана. Если нагрузка продолжает увеличиваться, баланс
устанавливается при пониженной частоте — возникает отклонение частоты. В этом
случае говорят о дефиците активной мощности для поддержания номинальной
частоты.
Отклонение частоты Δf от номинального значения fн определяется по
формуле Δf = f - fн, где f - текущее значение частоты в системе.
Изменения частоты, превышающие 0,2 Гц, существенно влияют на технико-
экономические показатели работы электроприемников, поэтому нормально
допустимое значение отклонения частоты равно ±0,2 Гц, а максимально допустимое
значение отклонений частоты составляет ± 0,4 Гц. В послеаварийных режимах
допускается отклонение частота от +0,5 Гц до - 1 Гц в течение не более 90 ч в год.
Отклонение частоты от номинальной приводит к увеличению потерь энергии
в сети, а также к снижению производительности технологического оборудования.
Искажение синусоидальности кривой тока приводит к протеканию по
электрической сети токов высших гармоник. При увеличении частоты под
действием поверхностного эффекта и эффекта близости увеличивается активное
сопротивление проводников, что вызывает дополнительные потери мощности в
проводниках. Например, полное сопротивление проводника сечением 25 мм 2 на
частоте 350 Гц (7-ая гармоника) возрастает на 60% по сравнению с его
сопротивлением постоянному току. Кроме того, высшие гармоники также вызывают
дополнительные потери на вихревые токи в металлических оболочках и броне
кабелей. Например, дополнительные потери электроэнергии в системах
электроснабжения бытовых потребителей из-за низкого качества электрической
энергии могут превышать 100 %. Только за счет выравнивания нагрузки по фазам
можно снизить потери электроэнергии в сетях бытовых потребителей более, чем на
50 %. Дополнительные потери электроэнергии и снижение срока службы силовых
трансформаторов происходит из-за дополнительного нагрева их изоляции под
действием токов обратной последовательности и токов высших гармоник.
Основные потери в трансформаторах при номинальной нагрузке и cos φ=0,95
составляют около 5% от номинальной мощности. Дополнительные потери,
обусловленные несинусоидальностью, т.е наличием высших гармоник, могут
значительно превышать основные потери. Например, для трансформатора марки ТМ
25-10/0,4 дополнительные потери, вызванные несинусоидальностью кривых
напряжения и тока, превышают в 2 раза основные потери. При увеличении
номинальной мощности трансформаторов, увеличивается мощность
дополнительных потерь, однако в процентном отношении к номинальной мощности
дополнительные потери уменьшаются. Дополнительные потери в трансформаторах
от несимметрии нагрузки более значительны, чем от искажения синусоидальности
формы кривой напряжения. Снижение дополнительных потерь в трансформаторах
возможно за счет реализации как организационных, так и технических мероприятий.
К организационным мероприятиям относится равномерное распределение нагрузки
по фазам. К техническим – применение трансформаторов со встроенным
симметрирующим устройством (ТМГСУ).

2. Виды потерь при низком качестве электроэнергии.
При коэффициенте искажения синусоидальности напряжения менее 5 %
дополнительные погрешности измерений оказываются пренебрежительно малыми.
В свою очередь недоучет электроэнергии и постоянное ухудшение ее качества
приводит к дополнительным потерям электроэнергии и денежных средств
энергоснабжающих организаций. Это связано с тем, что показатели качества
электроэнергии, ухудшаемые ее потребителями, постоянно не отслеживаются, что
приводит к увеличению технических потерь электроэнергии. Структура потерь
электроэнергии, вызванных ее низким качеством, приведена на рис. 1. Гармоники
высшего порядка вносят ощутимый вклад в ухудшение параметров энергосети
предприятия путем генерации паразитной мощности в сеть. Данная мощность не
потребляется нагрузкой и стремится к источнику (трансформатору). Для более
эффективного энергоснабжения с учетом данной паразитной мощности приходится
увеличивать сечения кабельных линий, мощности трансформаторов.

Рис. 1. Структура потерь электроэнергии в системах электроснабжения, вызванных низким
качеством электроэнергии
Потери в трансформаторах, связанные с показателями качества
Дополнительные потери активной мощности при несимметрии напряжений
представляют в виде суммы дополнительных потерь холостого хода (ХХ) и
короткого замыкания (КЗ). При несинусоидальности напряжения учитывают еще и
добавочные потери, обусловленные вихревыми токами. Эти потери обычно
невелики и составляют в среднем 5 % номинальных потерь КЗ трансформатора Рк,
однако при протекании в трансформаторе токов ВГ добавочные потери резко
возрастают и могут достигать 30–50 % Рк. Например, в Канаде на
преобразовательной подстанции высоковольтной системы передачи постоянного
тока был зарегистрирован отказ трехобмоточного трансформатора мощностью 240
МВ·А. Исследования показали, что отказ был вызван потерями от вихревых токов,
уровень которых из-за ВГ значительно превысил допустимое значение. Добавочные
потери в обмотках трансформатора возрастают пропорционально квадрату номера
гармоники. Дополнительными потерями ХХ при несинусоидальности и
несимметрии напряжений, как правило, пренебрегают, однако в некоторых работах
их учитывают.
Всякое ухудшение качества электроэнергии влечёт за собой её перерасход.
Такое положение справедливо и для тех случаев, когда это ухудшение лежит в
пределах нормы и соответствует ГОСТ. При перерасчётах, связанных с
проектированием и эксплуатацией СЭС, не учитывают потери, возникающие в
устройствах, применяемых для поддержания напряжения на допустимом уровне.
Так, например, для трансформаторов с устройствами РПН это потери в
регулирующих устройствах.
На основании большого количества исследований, проведённых в МЭИ,
можно утверждать, что установка регулирующих устройств любого типа (за
исключением технологических) обусловлена выбором нерационального
номинального напряжения для СЭС. Поэтому при проектировании и эксплуатации
СЭС следует по возможности не применять регулирующие устройства
(симметрирующие, фильтрокомпенсирующие и т.д.), так как они приводят к
дополнительным капиталовложениям, загружают заводы и министерства
электротехнической промышленности ненужными заказами, увеличивают расход
чёрных и цветных металлов, изоляции и самое главное, вызывают большие потери электроэнергии.
В последнее время обращают внимание и на такой показатель качества, как
отклонение частоты напряжения от номинальных значений, который также
приводят к потерям электроэнергии. Производственные затраты обусловленные
некачественной электроэнергией не оцениваются и не учитываются, что все-таки
делать необходимо. Для этого целесообразно разработать приборы, которые на
каждом производстве давали бы возможность сопоставлять количество и качество
продукции предприятия, как функцию от качества электроэнергии.
Существующие в настоящее время санкции, направленные на повышение
качества электроэнергии, являются, как правило, односторонними, например,
штрафование потребителей за перерасход или недоиспользование заявленной
электроэнергии, в то время, как питающие энергосистемы не несут никакой
материальной ответственности за плохое качество отпускаемой электроэнергии.
Низкое качество электроэнергии может быть определено как возможность
возникновения любого события, связанного с сетью электропитания, которое
приводит кэкономическим потерям. Возможные последствия низкого качества
электроэнергии:
-неожиданные отключения энергоснабжения (отключения автоматических
выключателей, перегорание предохранителей и т.п.);
-выход из строя или неправильная работа оборудования;
-перегрев оборудования (трансформаторов, двигателей и т.п.), приводящий к
сокращению их срока службы;
-повреждение чувствительного оборудования (компьютеры, системы
управления технологических линий и т.п.);
-помехи для электронных средств связи;
-увеличение потерь в системе;
-необходимость применения завышенных типономиналов электрических
установок для того, чтобы они могли выдерживать дополнительную электрическую
нагрузку, с соответствующим увеличением габаритов установки, стоимости
эксплуатации и экологических последствий;
-штрафы, накладываемые поставщиками электроэнергии при повышенном негативном влиянии нагрузок на сеть энергоснабжения;
-невозможность подключения новых объектов из-за того, что они будут
чрезмерно влиять на систему энергоснабжения;
-негативное влияние на зрение, связанное с флуктуациями яркости или
спектра источников света (фликер);
-проблемы со здоровьем и снижение производительности персонала и т.п.
Таблица № 1. Примеры значений экономических потерь из-за аварий по
причине низкого качества электроэнергии
Отрасль Потери для одного случая, €
Производство
полупроводников (*)

3 800 000

Финансовый рынок (*) 6 000 000 за час
Вычислительный центр
(*)

750 000

Телекоммуникации (*) 30 000 за минуту.
Сталелитейная
промышленность (*)

350 000

Стекольная
промышленность (*)

250 000

Морские платформы 250 000 – 750 000 за день
Выемка
грунта/мелиорация

50 000 – 250 000 за день

Данные, помеченные в Таблице № 1 (*), получены с помощью опроса,
касающегося качества электроэнергии, проведённого в Европе Европейским
институтом меди в 2002 г. Остальные данные являются результатами исследований
ABB.
В дополнение к экономическим потерям из-за остановок производства можно
определить ещё один фактор издержек при низком качестве электроэнергии,
связанный с дополнительными потерями активной мощности, причиной которых
является наличие гармонических искажений в компонентах сети, то есть в
трансформаторах, кабелях и двигателях. Так как эти потери должны возмещаться электростанциями поставщика электроэнергии, экономические потери и
дополнительные выбросы CO 2  могут быть возложены на него. Точные значения этих
потерь зависят от конкретных тарифов на электроэнергию и способов генерации
электроэнергии. Например, атомные электростанции почти не имеют выбросов
CO2 в отличие от угольных электростанций, для которых выбросы составляют
около 900 –1000 г на 1 кВт произведённой мощности.
Один из возможных м