Исторически техническое развитие тесно связано с использованием электроэнергии. Широкое применение в XXI веке информационно-технологических комплексов, силовой электроники, приводов с регулируемой скоростью и энергоэффективного освещения изменило природу электрических нагрузок. Эти нагрузки стали одновременно жертвами и виновниками проблем качества электрической энергии.
Правовые основы
До сих пор в мире нет строгого общепринятого определения этого термина. Наиболее универсальное было предложено Консультативным комитетом по электромагнитной совместимости МЭК и звучит следующим образом: «Качество электроэнергии — это набор параметров, характеризующих свойства процесса подвода энергии пользователю при нормальных условиях эксплуатации, определяющих непрерывность источника и показатели напряжения (значение, асимметрию, частоту, форму сигнала, фазу)». В широком смысле этот термин означает свод ограничений для поставщиков, который гарантирует потребителям работу оборудования без потерь производительности или повреждений.
Из-за присоединения России к ВТО все требования к товарам, в том числе и к электрической энергии, должны соответствовать требованиям международного стандарта. С июля 2014 года ГОСТ 321444–2013 стал единственным документом, определяющим требования к качеству электроэнергии на территории Российской Федерации. В его преамбуле указано, что документ учитывает требования европейского регионального стандарта EN 50160−2010.
Свойства электроэнергии
Электричество — самая универсальная и адаптивная форма энергии. Оно используется для преобразования в другие формы: тепло, свет, движение, электромагнитные и акустические колебания и др. Это свойство электричества является основой для современных телекоммуникаций, транспорта, промышленности и информационных технологий.
Электроэнергия поставляется потребителям в качестве товара с показателями, определяющими ее пригодность и полезность. Можно сказать, что ее как продукт определяют пять параметров:
- Амплитуда.
- Частота.
- Форма сигнала.
- Симметричность фаз.
- Непрерывность.
При использовании электроэнергии желательно, чтобы переменное напряжение обладало неизменной частотой, имело синусоидальную длину волны и постоянную фазу. На практике существует множество факторов, вызывающих нестабильность этих параметров. Главной причиной, приводящей к изменению показателей качества электроэнергии, является сам факт использования продукта покупателем. Это отличает её от обычных товаров.
Причины и последствия
Форс-мажорные обстоятельства могут нанести серьёзный вред работе электрических сетей. Если не брать в учёт природные катаклизмы, погодные условия, политическую нестабильность или умышленные повреждения, то основные причины, влияющие на качество, можно разделить на две категории:
- Проблемы у поставщиков.
- Проблемы, связанные с нагрузкой.
Разделение между ними не является полным, так как нарушения, вызванные оборудованием в одной системе, могут привести к повреждению или разрушению другой. Например, дуга заводской печи может вызвать кратковременное падение напряжения у соседних пользователей в момент включения. Самые распространённые проблемы, связанные именно с генерацией и передачей электроэнергии потребителям, вызваны в основном грозами, отказами оборудования, неисправностями распределительных сетей, операциями техобслуживания и переключения.
Со стороны потребителей наиболее частыми являются нагрузки от тяжёлых пусковых установок и электрические помехи. Главные источники проблем:
- большие двигатели;
- сварочные агрегаты;
- медицинское оборудование, например, магнитно-резонансная томография и рентгеновские аппараты;
- осветительные балласты;
- зарядные устройства;
- источники бесперебойного питания.
Важнейший показатель электроэнергии для пользователя — непрерывность напряжения. Существует немало сфер человеческой деятельности, где прекращение энергоснабжения чревато необратимыми последствиями, например, технологические линии, работающие в непрерывном цикле, медицинские учреждения. Для подобных потребителей даже краткосрочное прерывание в сети питания может привести к значительному экономическому ущербу. В других случаях отсутствие близости фактического сигнала к идеалу может стать причиной:
поломки или неисправности оборудования;- перегрева машин (трансформаторов, двигателей и пр.);
- снижения срока службы техники;
- повреждений чувствительного оборудования;
- помех связи;
- увеличения потерь в системе распределения;
- мерцания освещения.
Старое механическое оборудование из прошлого века достаточно надёжно и способно выдерживать небольшие изменения в напряжении без влияния на выполняемые им операции. Технологические достижения последних лет в области потребительской и промышленной электроники привели к появлению большого парка интеллектуальных устройств, работающих через преобразователи переменного тока в постоянный.
Эти приборы не только очень чувствительны к отклонениям параметров напряжения от идеальных, но и сами являются источником проблем для другого оборудования, создавая гармоники в сети.
Способы повышения качества
Существует немало методов, которые помогают бороться с проблемами, связанными с плохим качеством электроэнергии. Самыми серьёзными сложностями для потребителей обычно являются не повреждения физического оборудования, а снижение производительности и дорогостоящие простои. Как и в случае с болезнями, значительно проще и дешевле предотвращение заболевания, чем его диагностика и лечение. Некоторые решения, которые помогут свести проблемы к минимуму:
Установка фильтров гармоник. Фильтрующие характеристики должны быть тщательно подобраны для каждого конкретного оборудования.- Разделение чувствительных электронных нагрузок. Выделенные контуры означают раздельные фазные и нейтральные цепи и индивидуальное заземление.
- Ограничение количества розеток в цепи. Это сводит к минимуму падение напряжения и возможность взаимодействия оборудования.
- Применение металлических экранов. Должным образом заземлённые каналы обеспечивают надёжное экранирование.
- Качественная молниезащита.
- Установка устройств защиты от скачков напряжения. Сетевой фильтр — один из самых недорогих методов, помогающих уберечь оборудование.
- Установка бесперебойного источника питания. Он не только обеспечивает работу оборудования во время перебоев с подачей электроэнергии, но и служит защитой от скачков напряжения.
Предварительное тщательное исследование нарушения параметров энергоснабжения и выявление их причин никогда не будут лишними. В сложных случаях рекомендуется профессиональная инженерная помощь.
Можно сказать, что в последнее десятилетие проблемы энергоснабжения потребителями стали ощущаться острее, хоть принципиально качество систем сетевого питания в мире не изменилось. Перемены заключаются в том, что современное общество стало крупным потребителем интеллектуальной электроники. Новые технологии обострили проблемы энергоснабжения, которые были всегда.
