Влияние современных энергосберегающих технологий

ВЛИЯНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ НА УРОВЕНЬ НЕБАЛАНСА ПРИ УЧЕТЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Акимжанов Т.Б., ведущий специалист Департамента государственных эталонов КазСтандарт, t.akimzhanov@ksm.kz, +7 778 727 57 11

1. Введение

Важнейшей частью электроэнергетической инфраструктуры является система учёта электроэнергии. Учёт электроэнергии подразделяется на коммерческий и технический. Коммерческий учёт выполняет функцию регулирования договорных отношений между поставщиком электроэнергии и её потребителем. Технический учёт является средством мониторинга и составления баланса электропотребления внутри предприятия или организации.

Опыт взаимодействия с некоторыми предприятиями во время энергетического обследования показал, что баланс электроэнергии по данным коммерческого и технического учёта может иметь некоторую степень несоответствия. Анализ такого рода несоответствий позволяет сделать предположение, что причиной является высокий уровень искажений синусоидальности тока [1].

В свою очередь, причинами высокого уровня искажения синусоидальности токов являются современные энергосберегающие технологии: начина от светильников со светодиодными лампами до элементов обеспечения микроклимата в зданиях, как частотно-регулируемые привода циркуляционных насосов и привода систем кондиционирования. В то же время, обслуживание современных зданий и сооружений, как крупные торгово-развлекательные центры, Комплекс Павильонов Экспо, Назарбаев университет и т.п. не представляется возможным без средств автоматизации систем поддержания микроклимата.

2. Основная часть

2.1. Средства измерения в системах электроснабжения и в электрических сетях

Обязательной частью энергетического обследования системы электроснабжения и электроэнергетической сети на предмет эффективности транспортировки и распределения электроэнергии является инструментальное обследование. Инструментальное обследование, как правило, проводится с применением современных портативных трёхфазных анализаторов количества и качества электроэнергии. Согласно правилам проведения энергоаудита, допускается использование данных поверенных штатных приборов учёта, т.е. средств технического учёта электроэнергии.

Если говорить об анализаторах количества и качества электроэнергии, то наш опыт показывает, что наиболее удачной маркой и моделью является анализатор AR-5 (или более модифицированная версия – AR-6) производства испанской электротехнической фирмы Circutor. Особенностью данного анализатора является его способность и возможность регистрировать гармонические составляющие напряжения и тока до 50 гармоники, а также их фазовые углы. Но, к сожалению, в настоящее время производитель принял решение о снятии с производства данного марки анализатора.

Также на рынке Казахстана присутствует ряд трёхфазных анализаторов, технические и метрологические характеристики которых могут использоваться в решении основных задач энергетического обследования систем электроснабжения и электрических систем передачи и распределения электроэнергии. Это такие портативные трёхфазные анализаторы качества электроэнергии, как Fluke 435 (437), АКЭ-823, C.A 8335 QUALISTAR PLUS и др. Однако при использовании данных моделей анализаторов, фазовые углы на частотах высшего порядка подлежат принятию как симметричные.

Портативные трёхфазные анализаторы количества и качества электроэнергии

Существует ряд стационарных приборов учёта электроэнергии, работающих, как правило, в системе технического учёта и мониторинга режимов электропотребления. В Казахстане чаще всего данные анализаторы отмечаются присутствием таких фирм, как Siemens, ABB, Janitza, SATEC, Schneider Electric и др. Выходные данные таких стационарных анализаторов не отличаются от данных из портативных анализаторов, но их преимуществом является возможность накопления статистических данных продолжительное время (речь идёт о годах) на серверах фирм производителей. Недостатком таких систем является сложность их обслуживания в силу бюрократических проблем в организациях и недостатке инженерного персонала соответствующей квалификации.

Стационарные анализаторы количества и качества электроэнергии

Выходными данными рассмотренного ряда средств измерений являются: фазные напряжения, токи в фазах, активная и реактивная мощность, коэффициент мощности, несимметрия напряжений и токов, коэффициенты искажения синусоидальности напряжения и токов, гармонические составляющие напряжения и тока. Наличие такого широкого ряда параметров о режимах электропотребления позволяет разрабатывать компьютерные алгоритмы по анализу систем электроснабжения и электрических сетей на предмет их энергоэффективности, ответить на вопросы о качестве электроснабжения и объективности коммерческого учёта электроэнергии [2, 4].

2.2. Моделирование режимов элементов электрических сетей

Важным этапом исследования влияния искажений в сигналах тока является математическое и компьютерное моделирование режимов элементов системы по данным измерений. Амплитудные токи различных частот в начале линии могут иметь одно значение, но вследствие неоднородности параметров элемента (индуктивности и ёмкости), меняться и достигать больших или меньших значений. Данный тезис иллюстрируют эпюры токов в воздушной линии электропередачи 110 кВ протяженностью 76 км, смоделированный компьютерной программой расчёта потерь электроэнергии от несимметрии несинусоидальности токов [2]. Как видно по графику, ток в начале и середине линии может отличаться в несколько раз, что вызывает пропорциональные в квадратичном отношении потери мощности [3].

Эпюры токов 33 гармоники в разные моменты времени

В лаборатории государственного эталона электрической мощности Казахстанского института стандартизации и метрологии функционирует оборудование для физического моделирования электрических сигналов (напряжения и тока) различной формы, соответствующих реальным режимам систем электроснабжения и электрических сетей. В состав эталона входит трёхфазный калибратор, состоящий из Fluke 6135A/PMUCAL, 6105A и 6106A, а также высокоточного компаратора COM 3003 фирмы ZERA. Наше оборудование по метрологическим характеристикам превосходит характеристики действующих в Казахстане метрологических лабораторий, поэтому может применяться в исследовании широкого спектра искажений систем электроснабжения и электрических сетей с высокой степенью точности.

Государственный эталон единицы электрической мощности Республики Казахстан

Для понимания важности рассматриваемого вопроса мы привели натурные графики искажения синусоидальности тока и его спектрального состава на низкой стороне подстанций 20/0,4 кВ в системеме электроснабжения одного из крупнейшего объекта города Астана. Организация характеризуется высокой степенью оснащённости энергосберегающими технологиями на базе тиристорных преобразователей.

Осциллограмма и спектральный состав токов на вводе 0,4 кВ

Как видно из рисунка, спектальный состав токов характеризуется не только высоким уровнем гармоник, но их отрицательными значениями, что безусловно приводит к дополнительныму недопустимому небалансу при учёте электроэнергии.

3. Заключение

Исследование и анализ данной проблематики поможет в принятии более качественных решений в следующих направлениях:

1. Внедрение в системах электроснабжения стационарных анализаторов качества и количества электроэнергии позволит производить не только мониторинг качества и электроснабжения и учёт электроэнергии, но и использовать их данные при проведении энергетического аудита. Поверка таких штатных приборов учёта позволит снизить стоимость и повысить качество энергоаудита, также их показания могут использоваться в решении спорных вопросов. Это выгодное решение для систем электроснабжения и электрических сетей [4].

2. Постоянный мониторинг параметров электропотребления и режимов в системах электроснабжения и в электрических сетях позволит выработать понимание процессов, вызывающих искажения в системе, которые могут приводить к ложному срабатыванию защитной аппаратуры. Со временем эти данные могут использоваться при выработке стандарта по регулированию искажений тока или адаптации стандарта IEEE Std 519-1992 применительно к электросетевому хозяйству Казахстана [5].

3. Применение энергосберегающих технологий в электроэнергетике позволяет снизить не только расход электроэнергии у потребителя, но и потери электроэнергии в электрических сетях электроснабжающей организации и повысить пропускную способность электрических сетей.

4. Энергосберегающие технологии на базе тиристорных преобразователей несомненно повышают энергетическую эффективность систем электроснабжения, но вместе с тем их удельный вес в установленной мощности электрпориёмников может обусловливать недопустимый уровень небаланса, к чему следует быть готовыми при реализации подобных проектов.

5. Исследования такого характера приобретают большую актуальность в связи с развитием межгосударственной торговли электроэнергией между странами ЕЭС.

Список литературы

1. Влияние высших гармоник на учет электрической энергии в сетях металлургического предприятия. Шклярский Я. Э., Скамьин А. Н., Шклярский А. Я. DOI: 10.17580/tsm.2020.10.09.

2. Амир Е.К., Акимжанов Т.Б., Жантлесова А.Б., Сарсикеев Е.Ж., Жумажанов С.К. Свидетельство о внесении сведений в государственный реестр прав на объекты, охраняемые авторским правом №29086-1 от 05 октября 2022 г. «Компьютерная программа по определению добавочных потерь электроэнергии при её транспортировке и распределении в электрической сети».

3. Akimzhanov, T. B., Kharlov, N. N., Borovikov, V. S., &Ushakov, V. Y. (2014, October). Development of calculation methods for additional electrical power losses during transportation. In 2014 9th International Forum on Strategic Technology (IFOST) (pp. 351-354).

4. Акимжанов Т.Б., Ушаков В.Я., Харлов Н.Н. Искажения синусоидальности и несимметрия напряжений в электрических сетях 110 кВ Сибири и Юга России//Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики.-2014.№ 1-2-С.67-73.

5. IEEE Std 519-1992, “IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical and Electronics Engeneers, Inc 1993.