Корзина:
с 9:00 до 19:00
Режим работы: Пн-Пт
+7 (495) 120-03-90
zakaz@plc.ru

Прикладные особенности качества электроэнергии

14.11.2014

производствоВ наше время далеко не все руководители различных производственных, промышленных и других объектов могут правильно оценить, необходимо ли им улучшать качество поставляемой электроэнергии.

Список потенциальных проблем, связанных с качеством энергии, является достаточно большим и известен далеко не всем. При этом нужно сказать о том, что в действительности проблемы низкого качества энергии являются достаточно сложными, и зачастую для того, чтобы провести их корректную диагностику и найти решение, необходимо задействовать специалистов из самых различных областей. В частности среди основных проблем данного типа следует выделить перегрев оборудования, что вызывается самыми разнообразными причинами, каждая из которых требует уникального решения.

Как определить проблемы качества энергии?

Вопрос того, присутствуют ли в процессе работы конкретной электронной установки какие-либо проблемы с качеством энергии, зависит от нескольких основных факторов, среди которых следует выделить:

· Типы нагрузки;

· Качества электроснабжения;

· Чувствительности оборудования к отклонением от стандартных параметров и различным возмущениям.

Стоит также сказать о том, что на сегодняшний день еще не было выявлено какого-либо универсального способа, при помощи которого можно было бы устранить одновременно несколько типов проблем, связанных с качеством энергии. Оптимально технически-экономические решения должны вырабатываться для каждой отдельной электроустановки в индивидуальном порядке, учитывая все вышеуказанные факторы.

Какие проблемы могут возникать?

Исследование, которым занимался Европейский институт меди в 2001 году, позволило определить, что абсолютно все виды электронных установок подвергаются влиянию некорректного качества энергии с шансом от 5% до 25%. Помимо всего прочего практически половина объектов в энергоемкой отрасли, а также различных административных зданиях с критически важными функциями всегда подвергается негативному воздействию низкого качества поставляемой энергии. Беспроблемные объекты даже по сегодняшний день встретить крайне сложно.

Вполне естественно, что низкое качество энергии не следует назвать причиной возникновения абсолютно всех проблем, связанных с вышеуказанными сбоями в работе. Таким образом, к примеру, зависание компьютерных станций может происходить также вследствие множества других причин, среди которых в частности следует отметить качество математического обеспечения. Помимо всего прочего точное определение конкретной проблемы как внутри, так и вне электронной установки, может осуществляться только после того, как будет проведен тщательный анализ и измерения.

Зависание компьютеров

Токи, которые возникают в процессе работы оборудования, в конечном итоге могут спровоцировать падение напряжения между землей и оборудованием. При этом, несмотря на малые абсолютные значения, они могут оказаться абсолютно несоизмеримыми со значением сигнального напряжения в процессе работы тех систем, которые используются в компьютерном оборудовании.

Хотя производство современного компьютерного оборудования осуществляется так, чтобы обеспечить его защиту от напряжения и всевозможных шумов, полностью исключить воздействие со стороны этих факторов на сегодняшний день невозможно, особенно если речь идет о постоянном увеличении частоты шумов. При использовании современных протоколов передачи информации задействуются специализированные технологии определения и коррекции различных ошибок, суть которых заключается в повторной отправке искаженных данных, однако следует отметить тот факт, что это влияет на общую пропускную способность. В конечном итоге из-за этого может снизиться общая производительность компьютерного оборудования или даже полное прекращение его работы.

В процессе конфигурации электроустановки TN-C общий нейтральный и заземляющий проводники осуществляют активную передачу токов, что формирует снижение напряжения, при этом потенциал сигнальной заземляющей поверхности для самого разного компьютерного оборудования является различным.

Мерцание экранов

Токи гармоник в различном порядке суммируются в нейтральном проводнике, при этом, если используется вышеуказанная конфигурация TN-C, защитный и нейтральный проводники в обязательном порядке объединяются с различными частями токопроводных инженерных конструкций в различных местах. В конечном итоге нейтральные обратные токи получают характеристики беспрепятственного тока в металлических частях объекта, что формирует возникновение большого количества неуправляемых магнитных полей. Все это при плохом стечении обстоятельств может спровоцировать мерцание экранов мониторов.

Нейтральный проводник в обязательном порядке гальванически отделяется от защитного проводника до точки общего объединения, что обуславливается особенностями конфигураций TN-C-S и TN-S. Конечно же, стопоследовательное применение принципа конкретного нейтрального проводника, а также единственной точки объединения земли и нейтрали позволяет не просто улучшить параметры электромагнитной совместимости, но еще и увеличить общий уровень безопасности.

Мерцание света

При возникновении кратковременных изменений в напряжении из-за переключения, перемен нагрузки или же коротких замыканий, могут вызвать мерцание света. Возможная амплитуда изменения величины светового потока на сегодняшний день нормируется большим количеством различных стандартов, основываясь на критериях субъективного восприятия данного явления, так как значительное мерцание в конечном итоге может спровоцировать повышенную утомляемость работников, вызвать головные боли или даже так называемый синдром «временной усталостной слепоты».

Перегрев трансформаторов

Гармонические искажения происходят из-за возникновения дополнительных потерь в процессе работы силового трансформатора, при этом если нагрузки приближенны по своим характеристикам к максимальным, возникновение дополнительных потерь в данной ситуации может в конечном итоге спровоцировать полный выход из строя оборудования из-за перегрева или же вовсе прогорания изоляции обмоток.

Учитывая современные тенденции использования практически любого оборудования на максимальную мощность, а также постоянный рост общей загрязненности гармоническими искажениями в сетях низкого напряжения, подобные проблемы становятся с течением времени все более и более актуальными.

Среди огромнейшего количества различных факторов, которые могут послужить причиной возникновения потерь в силовом трансформаторе, отдельного внимания заслуживают индукционные вихревые токи, так как их рост приблизительно равен квадрату частоты. В зданиях, в которых присутствует множество разных видов нагрузки, вихревые индукционные токи могут спровоцировать потери трансформатора, имеющие значение, приблизительно в 10 раз превышающее стандартное, вследствие чего удваиваются также общие потери нагрузки трансформатора. Для того, чтобы точно определить количество потерь, необходимо тщательно изучить спектр гармонических искажений в рассматриваемой электроустановке.

Индукционные электронные двигатели

В асинхронных электродвигателях гармонические искажения провоцируют возникновение дополнительных потерь. В частности следует сказать о том, что пятая гармоника формирует противовращающееся магнитное поле в то время, как седьмая – несинхронно вращающееся.

Крутящий момент, который образуется вследствие этого, провоцирует возникновение повышенных нагрузок, а также износа в подшипниках и соединениях вращающихся частей привода, однако из-за того, что скорость вращения является фиксированной, вся дополнительная энергия гармоник распространяется в виде тепла, что приводит к слишком быстрому старению агрегата. Также стоит отметить, что наведение гармонических токов осуществляется в сторону ротора, что может спровоцировать слишком сильный нагрев, а также снизить зазор между статором и ротором, то есть, другими словами, еще сильнее уменьшить общий КПД агрегата.

У регулируемых электроприводов, которые управляются частотными преобразователями, также присутствует свой ряд проблем, среди которых следует отдельное внимание уделить чувствительности к различным провалам напряжения и нарушениям синхронизации на производственных линиях, где это в особенности важно.

Отдельное внимание нужно уделить пуску электроприводов, которые работают при больших нагрузках после полной остановки из-за перерывов в электроснабжении. Уже разогретый агрегат в конечном итоге в процессе раскрутки во время пуска может полностью выйти из строя. Выбирая номинальную мощность двигателя, следует обратить свое внимание на следующие факторы:

· В процессе проектирования электропривода зачастую оптимальные характеристики закладываются приблизительно на 70% общей нагрузки;

· Частоту провалов напряжения на рассматриваемом объекте, а также количество времени, которое возможно будет выделить на то, чтобы охладить электронный привод перед тем, как снова запустить его работу.

Перегрев проводников из-за поверхностных эффектов

Любые гармоники провоцируют возникновение дополнительных потерь в фазных проводниках, при этом стоит отметить, что если нагрев поверхностного слоя проводника практически незаметен при работе на частоте 50 Гц, то когда это значение достигает 350 Гц, поверхностный слой проводника уже серьезно нагревается. К примеру, проводник, диаметр которого составляет 20 мм, при частоте 350 Гц значение видимого сопротивления увеличивается более чем на 60% по сравнению с данным значением при протекании постоянного тока. Активное и емкостное сопротивление, которое увеличивается параллельно росту частоты, в конечном итоге может спровоцировать падение, а также еще большее искажение напряжения.

Правильное функционирование контрольного оборудования

Присутствие существенных гармонических искажений в конечном итоге может вызвать нежелательное явление – ненужный переход в границах одного цикла, что в конечном итоге сбивает настройки столь чувствительного измерительного оборудования. Все это в конечном итоге может привести к возникновению полной рассинхронизации непрерывных процессов, а также остановке работы различных сетевых устройств.

Переполнение сетей передачи информации

Утечка токов на землю может вызвать незначительные падения напряжения вдоль рабочего заземляющего проводника. При использовании конфигурации TN-C в объединенном заземляющем и нулевом проводнике постоянно будет присутствовать ток значительной величины, имеющий доминирующие гармоники, кратные третьей. В процессе все большего и большего использования различных технологий передачи информации, применение которых обуславливает использование невысоких значений напряжения для сигнала, поднимается общее количество пакетов данных, подвергшихся искажению и требующих проведения повторной передачи, что может вызвать необходимость в полном блокировании связи. Именно из-за этого происходят перебои или же всевозможные задержки в передаче электронной почты, блокировка информационной сети, замедленная печать документов и другие явления, которым часто не удается найти объяснения.

Проблемы оборудования изменения коэффициента мощности

Частоты гармоники нередко совпадают с резонансными частотами устройств индуктивной нагрузки, что провоцирует возникновение дополнительного напряжения или же тока, что может в конечном итоге привести к скоропостижному отказу. При этом стоит сказать о том, что в данном случае измерительное оборудование зачастую не может обеспечить правильное измерение значений индуктивной нагрузки, так как неправильно осуществляется определение гармонической составляющей.

Проблемы на длинных трассах или же при возникновении переключения нагрузок

Длинные трассы обуславливают присутствие большого сопротивления, что может вызвать сильное искажение или даже падение напряжения на нагрузке. Такое явление появляется из-за того, что происходит запуск достаточно мощных электродвигателей или же переключаются нагрузки. Гармоники высшего порядка, которые выплескиваются в сеть через регулируемый электропривод в конце длинной трассы, в конечном итоге могут спровоцировать еще более серьезные искажения напряжения. В связи с этим необходимо будет выбрать сечение кабелей для длинных трасс, имеющих большой запас, при этом нужно правильно понимать тот факт, что большие значения номиналов кабелей позволят снизить общее количество потерь. Подобные мероприятия в преимущественном большинстве случаев полностью окупаются уже после 3 000 часов работы данного оборудования.

Перегрузка нейтральных проводников

Ток, присутствующий в нулевом рабочем проводнике четырехпроводной системы трехфазного тока при наличии нелинейных нагрузок будет превышать значения фазного тока. Буквально несколько лет назад значение номинала нулевого проводника было принять принимать в качестве половины значения номинала фазного проводника, однако при наличии тенденции роста гармонической загрязненности различных типичных электронных установок ситуация может быть уже критической, даже если нагрузка фазных проводников имеет значения, далекие от номинальных.

Ложное срабатывание защитной автоматики

Дополнительные напряжения и токи могут спровоцировать ложное срабатывание устройств защиты. Автоматы достаточно часто не могут правильно различать токи в основных и других гармониках, что может в конечном итоге привести не только к ложным срабатываниям, но и к отсутствию реакции в то время, когда это будет необходимо.

Токи утечки также провоцируют ложные срабатывания устройств защитного отключения, при этом следует отметить тот факт, что меры, направленные на устранение проблем с ложным срабатыванием защиты, не должны привести к каким-либо компромиссам в виде увеличения порогового значения, то есть меры безопасности ни в коем случае не должны вредить общей безопасности. Главное направление решения данной проблемы заключается в том, чтобы добиться равномерного распределения нагрузок по цепям, а также уменьшения суммарной нагрузки на каждой защищаемой цепи и в процессе использования автоматики, которая учитывает воздействие гармоник.

Претензии от поставщиков энергии

На сегодняшний день еще не все поставщики электроэнергии предпочитают штрафовать потребителей за то, что они загрязняют питающую сеть, как, к примеру, в случае с реактивной мощностью Однако процесс уже запущен, и некоторые поставщики зарегистрировали фискальные санкции за какие-либо загрязнения, так как это может спровоцировать неоптимальную экономику эксплуатации.

Как решить проблемы?

На сегодняшний день разработано множество вариантов решения проблем качества энергии, однако лишь несколько из них являются действительно актуальными.

Как уже говорилось выше, пока еще нет какого-либо универсального решения, которое позволило бы избавиться от всех проблем, связанных с качеством энергии. Помимо всего прочего присутствует большая вероятность того, что на объекте будут одновременно присутствовать различные типы проблем качества энергии, вследствие чего используемые решения должны не только быть достаточно оптимальными, но еще и взаимосовместимыми. При этом необходимо опасаться каких-либо «универсальных» устройств, которые предлагают решить сразу все проблемы, но при этом имеют нераскрытый принцип действия.

Также не следует забывать о том, что электрические нагрузки не являются статичными на протяжении дня, сезона, рабочего цикла и других временных промежутков.

Потери, которые провоцируют проблемы качества энергии, могут отличаться в зависимости от конкретной отрасли, однако мероприятия, направленные на предупреждение проблем качества энергии, могут полностью окупиться уже через 3 года. При этом величина затрат, необходимых для проведения предупредительных мероприятий в процессе проектирования, зачастую составляет не более 20% от общей величины затрат, которые выделяются на устранение проблем при их появлении. Однако важно, чтобы о таком порядке вещей и количестве затрат были осведомлены не только специалисты, но еще и владельцы конкретных объектов и персонал, занимающийся их управлением.

Источник бесперебойного питания

В наше время практически невозможно встретить такие компании, которые в своей работе используют значительные компьютерные системы или же осуществляют синхронные производственные процессы, но в то же время не применяют специализированные источники бесперебойного питания, но при этом следует сказать о том, что это достаточно дорогое решение, которое должно использоваться предельно рационально.

Одним из предельно допустимых значений следует назвать использование ИБП только к каким-либо основным процессам и отдельному оборудованию, однако рекомендуется все-таки применять такие устройства на всем оборудовании. Зачастую же компании стараются найти какое-нибудь промежуточное решение, чтобы добиться оптимального соотношения цены/качества.

Параллельные нейтральные проводники

Повышенное сечение кабелей обеспечивает снижение активного сопротивления распределительной сети, однако в данном случае не происходит снижение ее индуктивности. Помимо всего прочего из-за возникновения поверхностных эффектов качественное значение сечения кабелей и фидеров будет уменьшаться, при этом применение кабелей большего диаметра не будет давать какого-нибудь эффективного результата, так как будет происходить «выталкивание» токов к поверхности. Таким образом, наиболее эффективным является применение параллельно соединенных проводов.

Зонирование нагрузок

Различные типы нагрузки обуславливают необходимость в применении различных мер в электромагнитной совместимости, обеспечивая непрерывность энергоснабжения, а также требуемую безопасность. Все это, в свою очередь, обуславливает необходимость в правильной классификации нагрузок в соответствии с видами и вариантами использования соответствующих групповых решений, которые касаются заземления, дублирования и электропроводки.

Конфигурация TN-S

Системы TN-C, оснащенные защитным и нейтральным проводниками, в большинстве стран Европы уже давным-давно определяются как раритетное оборудование, а PEN-проводник рассматривается только в качестве решения каких-либо отдельных ситуаций. Для электроустановок, которые взаимодействуют с информационным оборудованием, использование конфигурации TN-C является запрещенным, да и сточки зрения электромагнитной совместимости внедрение конфигурации TN-S является более актуальным для остальных случаев.

Вывод

Качество электроснабжения представляет собой чрезвычайно сложную и многогранную область, вследствие чего большинство объектов, работа которых обуславливается наличием высокого энергопотребления, часто вынуждены страдать от проблем качества энергии, оборачивающихся косвенным или даже прямым финансовым ущербом.

При этом на сегодняшний день пока еще нет оптимального решения таких проблем и общего снижения потерь, поэтому наиболее актуальным способом уменьшения таких потерь следует назвать грамотное планирование мероприятий, направленных на предупреждение проблем качества энергии еще на стадии проектирования.

Компания Plc.ru предлагает своим клиентам лучшие преобразователи частоты от передовых мировых и отечественных производителей. При помощи качественных частотников вы сможете устранить большинство проблем работы вашего оборудования на предприятии, сделав его работу гораздо более экономичной и производительной.

Назад к списку новостей