Jakość energii elektrycznej: główne problemy i ich przyczyny

Historycznie rozwój techniczny jest ściśle związany z wykorzystaniem energii elektrycznej. Powszechne przyjęcie technologii informacyjnej, energoelektroniki, napędów o zmiennej prędkości i energooszczędnego oświetlenia w XXI wieku zmieniło charakter obciążeń elektrycznych. Obciążenia te stały się zarówno ofiarami, jak i sprawcami problemów z jakością energii elektrycznej.

Podstawa prawna

Do tej pory na świecie nie ma ścisłej, ogólnie przyjętej definicji tego terminu. Najbardziej uniwersalny został zaproponowany przez Komitet Doradczy ds. Kompatybilności Elektromagnetycznej IEC i brzmi następująco: „Jakość energii to zbiór parametrów charakteryzujących właściwości procesu dostarczania energii do użytkownika w normalnych warunkach pracy, które determinują ciągłość źródła i wskaźniki napięcia (wartość, asymetria, częstotliwość, przebieg, faza) ”. W najszerszym znaczeniu termin ten odnosi się do zestawu ograniczeń dostawcy, które gwarantują klientom możliwość obsługi sprzętu bez utraty wydajności lub uszkodzenia.

W związku z przystąpieniem Rosji do WTO wszystkie wymagania dotyczące towarów, w tym energii elektrycznej, muszą być zgodne z wymogami normy międzynarodowej. Od lipca 2014 r. GOST 321444–2013 stał się jedynym dokumentem określającym wymagania dotyczące jakości energii elektrycznej na terytorium Federacji Rosyjskiej. W preambule stwierdza się, że dokument uwzględnia wymagania europejskiej normy regionalnej EN 50160-2010.

Właściwości energii elektrycznej

Energia elektryczna jest najbardziej wszechstronną i elastyczną formą energii. Służy do przekształcania się w inne formy: ciepło, światło, ruch, wibracje elektromagnetyczne i akustyczne itp. Ta właściwość energii elektrycznej jest podstawą nowoczesnej telekomunikacji, transportu, przemysłu i informatyki.

Energia elektryczna dostarczana jest konsumentom jako towar ze wskaźnikami określającymi jej przydatność i użyteczność. Można powiedzieć, że pięć parametrów definiuje go jako produkt.:

1. Amplituda.
2. Częstotliwość.
3. Kształt sygnału.
4. Symetria fazowa.
5. Ciągłość.

W przypadku korzystania z energii elektrycznej pożądane jest, aby napięcie przemienne miało stałą częstotliwość, sinusoidalną długość fali i stałą fazę. W praktyce istnieje wiele czynników powodujących niestabilność tych parametrów. Głównym powodem zmiany wskaźników jakości energii jest sam fakt użytkowania produktu przez klienta. To odróżnia go od konwencjonalnych produktów.

Przyczyny i konsekwencje

Siła wyższa może poważnie zaszkodzić działaniu sieci elektrycznych. Jeśli nie weźmiemy pod uwagę klęsk żywiołowych, warunków pogodowych, niestabilności politycznej czy celowych szkód, to główne przyczyny wpływające na jakość, można podzielić na dwie kategorie:

1. Problemy z dostawcami.
2. Problemy związane z obciążeniem.

Separacja między nimi nie jest pełna, ponieważ zakłócenia sprzętowe w jednym systemie mogą uszkodzić lub zniszczyć drugi. Na przykład łuk w piecu fabrycznym może powodować krótkotrwały spadek napięcia u sąsiednich użytkowników, gdy jest włączony. Najczęstsze problemy związane konkretnie z wytwarzaniem i przesyłaniem energii elektrycznej do odbiorców są spowodowane: głównie przez burze, awarie sprzętu, awarie sieci dystrybucyjnej, czynności konserwacyjne i przełączanie.

​Po stronie konsumenta najczęstszymi obciążeniami są ciężkie wyrzutnie i szum elektryczny. Głównymi źródłami problemów są:

• duże silniki;
• jednostki spawalnicze;
• sprzęt medyczny, taki jak rezonans magnetyczny i aparaty rentgenowskie;
• stateczniki oświetleniowe;
• urządzenie ładujące;
• zasilacze awaryjne.

Najważniejszym wskaźnikiem energii elektrycznej dla użytkownika jest ciągłość napięcia. Istnieje wiele obszarów ludzkiej działalności, w których przerwa w dostawie prądu jest obarczona nieodwracalnymi konsekwencje np. linie technologiczne pracujące w cyklu ciągłym, placówki medyczne. Dla takich odbiorców nawet krótka przerwa w zasilaniu sieciowym może prowadzić do znacznych strat ekonomicznych. W innych przypadkach brak zbliżenia rzeczywistego sygnału do ideału może powodować:

• awaria lub awaria sprzętu;
• przegrzanie maszyn (transformatory, silniki itp.);
• skrócenie żywotności sprzętu;
• uszkodzenie wrażliwego sprzętu;
• zakłócenia komunikacji;
• rosnące straty w systemie dystrybucyjnym;
• migające oświetlenie.

Stary sprzęt mechaniczny z ubiegłego wieku jest wystarczająco niezawodny, aby wytrzymać niewielkie zmiany napięcia bez wpływu na jego działanie. Postęp technologiczny w elektronice użytkowej i przemysłowej w ostatnich latach zaowocował: pojawienie się dużego parku inteligentnych urządzeń działających poprzez przekształtniki AC w stały.

Urządzenia te są nie tylko bardzo wrażliwe na odchylenia parametrów napięcia od idealnych, ale same są źródłem problemów dla innych urządzeń, tworząc harmoniczne w sieci.

Sposoby na poprawę jakości

Dostępnych jest wiele metod pomagających w walce z problemami związanymi ze słabą jakością energii. Największymi wyzwaniami dla konsumentów nie są zwykle uszkodzenia sprzętu fizycznego, ale zmniejszona produktywność i kosztowne przestoje. Podobnie jak w przypadku chorób, znacznie łatwiej i taniej jest zapobiegać chorobie niż ją diagnozować i leczyć. Niektóre rozwiązania pomagające zminimalizować problemy:

1. Montaż filtrów harmonicznych. Charakterystyki filtrowania muszą być dokładnie dopasowane do każdego konkretnego sprzętu.
2. Separacja wrażliwych obciążeń elektronicznych. Obwody dedykowane to oddzielne obwody fazowe i neutralne oraz indywidualne uziemienie.
3. Ograniczenie liczby gniazd w obwodzie. Minimalizuje to spadek napięcia i interoperacyjność sprzętu.
4. Zastosowanie ekranów metalowych. Prawidłowo uziemione kanały zapewniają niezawodne ekranowanie.
5. Wysokiej jakości ochrona odgromowa.
6. Instalacja urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej. Listwa przeciwprzepięciowa to jedna z najtańszych metod ochrony sprzętu.
7. Instalacja zasilacza awaryjnego. Nie tylko zapewnia działanie sprzętu podczas przerw w dostawie prądu, ale także chroni przed skokami napięcia.

Wstępne dokładne zbadanie naruszeń parametrów dostaw energii i identyfikacja ich przyczyn nigdy nie będzie zbyteczne. W trudnych przypadkach zalecana jest profesjonalna pomoc inżynierska.

Można powiedzieć, że w ostatniej dekadzie problemy z zasilaniem przez konsumentów zaostrzyły się, chociaż jakość systemów zasilania sieciowego na świecie nie uległa zasadniczej zmianie. Zmiana polega na tym, że współczesne społeczeństwo stało się głównym konsumentem inteligentnej elektroniki. Nowe technologie zaostrzyły istniejące od zawsze problemy z dostawami energii.