Что такое качество электроэнергии
Большинство из нас не задумывается о качестве электроэнергии (КЭ) в сети, включая, условно говоря, в розетку то или иное оборудование, будь это холодильник, компьютер или электронасос. Просто подразумевается, что качество электроэнергии в сети само собой соответствует тому, на которое рассчитан каждый электроприемник (ЭП). Увы, это часто не так.
Одной из основных характеристик электрической сети является номинальное значение напряжения в ней. Номинальное значение напряжения нашей обычной бытовой однофазной сети 220 вольт. Это значение определяет стандарт ГОСТ 32144-2013 (раньше действовал ГОСТ 13109-97). Допускается отклонение от этого значения на 5% в большую и меньшую сторону, т.е. вполне нормально, если в сети будет 231 В или 209 В. Практические же измерения показывают, что даже в городе оно может быть вечером 180 В, а ночью все 240 В.
Надо отметить, что понятие качества электрической энергии отличается от понятия качества других товаров. Качество электроэнергии на месте производства не гарантирует ее качество на месте потребления, так как процесс доставки, распределения и потребления электрической энергии существенно влияет на параметры ее качества, а потребители электроэнергии сами могут существенно ухудшать КЭ.
Общее замечание - для нормируемых показателей КЭ стандартом установлены нормально допустимые и предельно допустимые значения, смысл которых заключается в том, что нормально допустимые значения могут поддерживаться сколь угодно долго, а предельные значения допускаются ограниченное время.
Наиболее частой проблемой в электросетях являются отклонения напряжения, поэтому мы подробней остановимся на вопросе, как правильно измерить напряжение сети переменного тока.
Когда говорят о величине напряжения в сети переменного тока, подразумевают его действующее значение. Действующие значения напряжения и тока используются при описании технических характеристик. Поэтому для достоверности измерений в сети переменного тока необходимо применять приборы, определяющие действующие значения. Для цифровых тестеров эта функция обозначается как True RMS, что по-русски будет как измеряющий истинное среднеквадратическое значение.
Очень важный момент: в каком месте измерять «качество»? Требования стандарта относятся к так называемой точке общего присоединения - точке электрической сети, электрически ближайшей к рассматриваемому потребителю электрической энергии, к которой присоединены или могут быть присоединены другие потребители.
В общем случае точка общего присоединения - граница между электросетью, принадлежащей энергоснабжающей организации, и электросетями, принадлежащими потребителю или потребителям электроэнергии. Например, для индивидуального дома, который подключен к воздушной линии, принадлежащей энергоснабжающей организации, такой точкой будет место, где провода, идущие к дому, присоединяются к проводам воздушной линии. Если же дом подключен к воздушной линии, являющейся собственностью кооператива, то точкой общего присоединения будет трансформаторная подстанция, от которой получает питание воздушная линия кооператива. К трансформаторной подстанции могут быть подключены и другие потребители.
Влияние качества электрической энергии на работу электроприемников
На разных электропотребителей по-разному влияют отклонения в качестве электроэнергии. Условно всех их можно разбить на четыре группы: источники света, преобразователи электроэнергии в механическую энергию, или, проще говоря, электродвигатели, преобразователи электроэнергии в тепло, это электроплиты, отопительные печи, электронагреватели воздуха и к последней группе можно отнести всю электронную технику.
К величине питающего напряжения наиболее чувствительны источники света, причем как с точки зрения потребительских качеств, так и с точки зрения срока службы. Например, срок службы ламп накаливания, к которым относятся и галогенные лампы, сокращается на 70%, если напряжение в сети завышено на 10%.Боятся они и временных перенапряжений. При пониженном напряжении из-за снижения освещенности ухудшаются условия работы и отдыха. О влиянии колебаний напряжения говорилось выше.
Электродвигатели «не любят» и пониженное и повышенное напряжение, хотя повышенное напряжение оказывает на них менее отрицательное воздействие, чем пониженное. В случае снижения напряжения на выводах двигателя при той же потребляемой мощности увеличивается ток, что приводит к повышенному нагреву и, как следствие, сокращению срока службы двигателя. Значительно заниженное напряжение может привести к выходу двигателя из строя при пуске. Самые широко применяемые трехфазные асинхронные двигатели весьма чувствительны к несимметрии трехфазной системы напряжений.
Третья группа электроприборов, пожалуй, самая нетребовательная к качеству электроэнергии. По крайней мере, если нормируемые показатели КЭ не выходят за границы предельно допустимых значений, заметного влияния на их работу это не окажет, просто немного замедлится или ускорится процесс нагрева до нужной температуры.
Практически вся техника с электроникой, питающейся от сети, чувствительна к колебаниям, резким перепадам напряжения, это приводит к сбоям в работе, «непонятному» поведению техники. Несинусоидальность напряжения в сети сопровождается большим уровнем высокочастотных помех, что также оказывает негативное влияние на работу техники с электронной начинкой.
Для всех перечисленных групп потребителей опасны значительные перенапряжения и высоковольтные выбросы напряжения, которые вызывают повреждение изоляции и выводят оборудование из строя. Кроме того, при повышенном напряжении у всех электроприемников увеличивается потребляемая мощность.
Резюмируя все вышесказанное, выводы можно сделать следующие:
1. Для всех потребителей электроэнергии важное значение имеет качество электроэнергии в сети, в первую очередь имеет значение соответствие напряжения номинальному значению.
2. Качество напряжения в сети всегда будет оставлять желать лучшего вследствие самого характера производства, распределения и потребления электроэнергии.
3. Во многих случаях без регулирования или стабилизации напряжения сети работа электроприборов невозможна.
4. Стабилизация напряжения желательна в большинстве случаев.
5. Чем точнее будет поддерживаться напряжение в сети, тем лучше это для электроприборов.
Как можно улучшить качество электропитания
Предположим, что Вы столкнулись с проблемой электропитания строящегося или уже построенного загородного дома или коттеджа, а может быть, производства в пригороде или автозаправочной станции. На стадии проектирования и выбора места строительства вопросу электроснабжения не было придано должного значения, а теперь из-за низкого качества электроэнергии возникают проблемы с работой оборудования, электроприборов, освещения. Причем не всегда очевидно, что мешающие нормальной работе и отдыху проблемы являются следствием низкого качества электроэнергии.
Увы, выбора, от какой энергоснабжающей организации получать электроэнергию, как правило, нет (что, кстати, является особенностью электричества как товара).Встает извечный вопрос - что делать? Мы советуем, прежде чем принять какое-либо решение, тщательно взвесить его обоснованность, это предупредит лишние затраты и сбережет время. Сначала надо получить реальную картину - что происходит? Дело в том, что на практике приходится сталкиваться, когда предлагают заменить трансформаторную подстанцию, а на самом деле вся проблема в плохо затянутом контакте. Можно предложить следующую последовательность действий:
1.Проверьте качество электроэнергии на вводе при отключенной нагрузке. Как это сделать? Существуют специальные анализаторы показателей качества электроэнергии (ПКЭ), при их помощи ПКЭ можно измерить и задокументировать, поэтому если есть возможность, стоит таким прибором воспользоваться.
Но можно поступить проще - в течение суток сделать несколько замеров напряжения точным стрелочным или цифровым прибором, этого будет достаточно, чтобы оценить отклонения напряжения в сети. В трехфазной сети нужно замерять все фазные и все линейные напряжения. Подчеркнем, вольтметр должен обязательно измерять действующее значение напряжения или, что тоже самое, показывать True RMS. Такой важный показатель качества электроэнергии как колебания напряжения, определяется без приборов по миганию обычной лампочки.
Если напряжение на вводе не выходит за пределы 209-231 вольт и нет заметных глазом миганий лампочки, то можно с большой долей уверенности сказать, что энергоснабжающая организация свою работу делает. Если же при подключении нагрузки напряжение на вводе «проседает» или происходит явно выраженное мигание лампочек, то источник проблемы надо скорее всего искать на участке до ввода.
2.Замерьте ток в проводе каждой фазы сразу после счетчика в режиме реальной нагрузки. Токи в фазах не должны отличаться больше чем на 15-20%,если это не так, надо пересмотреть распределение однофазных электроприемников по фазам. По току в фазах также проверяется правильность выбора сечения проводников подводящей линии и линий, по которым получают питание силовые потребители.
3. Проверьте, как запитано освещение. Желательно и даже необходимо, чтобы освещение и силовые потребители получали электроэнергию по раздельным линиям. В этом случае, во-первых, мощные электроприемники будут в меньшей степени оказывать влияние на освещение, и, кроме того, такое разделение позволяет подключить источники света через специальный стабилизатор напряжения.
Если Вы убедились, что с питающей линией, внутренней разводкой, распределением нагрузок все в порядке, а потребляемая мощность не превышает разрешенную - тогда Ваши проблемы - это уже проблемы энергоснабжающей организации. Но, как мы уже говорили, чаще всего выбирать поставщика электроэнергии нет возможности. Если урегулировать вопрос качества электроэнергии с поставщиком не удается, тогда остается улучшать качество того, что есть. Как это можно сделать? Практически реализуемых варианта здесь всего два - установка миниэлектростанции или стабилизатора напряжения.
Вариант 1. Автономная электростанция.
Автономную электростанцию можно использовать как основной источник электроэнергии, т.е. постоянно и круглосуточно, и как резервный источник при пропадании напряжения в питающей линии. Использование автономной электростанции в качестве основного источника имеет смысл только при отсутствии линии электропередач. Такие электростанции должны иметь большой моторесурс и, соответственно, имеют высокую стоимость, при этом качество электроэнергии, вырабатываемой электростанцией, в целом ниже, чем при централизованном электроснабжении и стоимость ее заметно выше.
Электростанции, предназначенные для использования в качестве резервного питания, имеют ограниченный моторесурс и годятся только для редких непродолжительных включений. Их достоинствами является автономность работы, которая ограничена только количеством топлива, а также автоматическое включение и отключение при наличии блока автоматики. Недостатков гораздо больше - не гарантируется 100% включение, выходное напряжение и частота нестабильны, время запуска до приема нагрузки составляет 15... 60 сек, поэтому они не защищают от кратковременных провалов напряжения. По сути, резервные электростанции предназначены не улучшать качество электроэнергии, а только восполнять ее полное отсутствие. Важный момент - если напряжение в сети в течение суток сильно меняется,а электростанция автоматически запускается при выходе значения напряжения за установленные пределы, то очень велика вероятность часто повторяющегося режима запуска-останова.
Общий существенный недостаток электростанций - необходимость обслуживания, т.е. замена масла, масляных и воздушных фильтров и др. Продолжительность работы дизельных электростанций на холостом ходу резко ограничена.
Вариант 2. Стабилизатор напряжения переменного тока
Стабилизатор напряжения ставится между сетью и потребителями электроэнергиии. Могут быть однофазного и трехфазного исполнения. В отличие от резервной электростанции, стабилизаторы непрерывно повышают качество электроэнергии в электросети, защищают от большинства кратковременных и длительных провалов и повышений напряжения сети. Некоторые современные отечественные модели обеспечивают очень высокую точность стабилизации напряжения и позволяют его при этом устанавливать таким, какое нужно потребителю.
Самый существенный недостаток стабилизаторов напряжения - они не защищают от очень глубокого длительного провала и полного пропадания напряжения. При сравнении недостатков и достоинств двух вариантов напрашивается комбинированное решение - включение в схему электропитания и стабилизаторов напряжения и резервной электростанции. Стабилизатор напряжения уберет отклонения напряжения, приводящие к запуску электростанции, и она будет включаться в работу только при полном пропадании напряжения. Мощность стабилизатора выбирают, исходя из полной потребляемой мощности. Мощность электростанции может быть меньше, исходя из того, что в аварийной ситуации достаточно обеспечить электропитание только самых важных потребителей. К таким обычно относят освещение, системы отопления и нагрева воды, насосы водоснабжения, системы охраны.
