Отклонения показателей качества электроэнергии от нормируемых значений при техническом присоединении новых потребителей ухудшают условия эксплуатации электрооборудования электросетевых организаций и потребителей электроэнергии, могут привести к значительным убыткам, как в производственном, так и в бытовом секторе, обусловливают, как уже отмечалось, технологический и электромагнитный ущербы.
Оценка влияния подключаемых новых потребителей начинается с анализа характера подключаемой нагрузки, — промышленная она или бытовая.
На предприятиях различных отраслей промышленности наиболее широко применяются электродвигатели и установки электрического освещения. Значительное распространение находят электротермические установки, а также вентильные преобразователи, служащие для преобразования переменного тока в постоянный. Постоянный ток на промышленных предприятиях используется для питания двигателей постоянного тока, для электролиза, в гальванических процессах, при некоторых видах сварки и т. д.
Электродвигатели
Электродвигатели применяются в приводах различных механизмов. В установках, не требующих регулирования частоты вращения в процессе работы, используются электроприводы переменного тока: асинхронные и синхронные электродвигатели. Применение каждого из видов двигателей, его мощность и напряжение обосновываются экономическими расчетами, и в силу симметричности нагрузки искажающего влияния на качество электроэнергии не оказывают.
Установки электрического освещения с лампами накаливания, люминесцентными, дуговыми, ртутными, натриевыми, ксеноновыми, применяются для внутреннего и наружного освещения на всех предприятиях, для нужд городского освещения и т. д. Однофазный характер нагрузки электрического освещения требует при подключении выполнения мероприятий симметрирования нагрузок по фазам, однако в подавляющем большинстве случаев нагрузку полностью выровнять не удается, поэтому установки электрического освещения могут давать значительную несимметрию токов и напряжений и, кроме ламп накаливания, несинусоидальность. Энергосберегающие лампочки дают еще и низкий коэффициент мощности (cos<p).
Электросварочные установки
Электросварочные установки переменного тока дуговой и контактной сварки представляют собой однофазную неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким costp: 0,3 для дуговой сварки и 0,7 для контактной. Сварочные трансформаторы и аппараты малой мощности подключаются к сети 380/220 В, более мощные — к сети 6 — 10 кВ. Электросварочные установки вызывают значительные колебания напряжения в электрических сетях. Кроме того, эти колебания напряжения происходят длительно и в широком диапазоне частот, в том числе и в самом неприятном для установок электрического освещения диапазоне (порядка 10 Гц).
Вентильные преобразователи
Вентильные преобразователи в силу специфики их регулирования являются потребителями реактивной мощности (cos<p вентильных преобразователей прокатных станов колеблется от 0,3 до 0,8), что вызывает значительные отклонения напряжения в питающей сети; коэффициент несинусоидальности при работе тиристорных преобразователей прокатных станов может достигать значения более 30 % на стороне 10 кВ питающего их напряжения, на симметрию напряжения в силу симметричности их нагрузок вентильные преобразователи не влияют.
Электротермические установки в зависимости от метода нагрева делятся на группы: дуговые печи, печи сопротивления прямого и косвенного действия, электронные плавильные печи, вакуумные, шлакового переплава, индукционные печи. Данная группа электроприемников также оказывает неблагоприятное влияние на питающую сеть, например, дуговые печи, которые могут иметь мощность до 10 МВт, в настоящее время выполняются как однофазные. Это приводит к нарушению симметрии токов и напряжений (последнее происходит в связи с падениями напряжения на сопротивлениях сети оттоков разных последовательностей). Кроме того, дуговые печи, как и вентильные установки, являются нелинейными электроприемниками с малой инерционностью, поэтому они приводят к несинусоидальности токов, а следовательно, и напряжений.
Электрифицированная железная дорога
Электрифицированная железная дорога по своей природе однофазна. Тяговое напряжение подается на электровоз между контактным проводом и заземленным рельсом. Земляной канал вынужденно становится проводником обратного тока. С учетом единичной мощности одного электровоза 1500 кВт и напряжения 27,5 кВ искажения, выдаваемые в сеть внешнего электроснабжения, весьма значительны.
Городской электротранспорт вызывает те же искажения, что и электрифицированная железная дорога, только меньшей мощности и напряжением до 1 кВ.
Электрическая нагрузка квартиры (дома) характеризуется широким спектром бытовых электроприемников, которые по назначению и влиянию на электрическую сеть можно разделить на следующие группы:
- пассивные потребители активной мощности (лампы накаливания, нагревательные элементы утюгов, плит, обогревателей);
- электроприемники с асинхронными двигателями, работающими в трехфазном режиме (привод лифтов, насосов — в системе водоснабжения и отопления и др.) или в однофазном режиме (привод компрессоров холодильников, стиральных машин и др.);
- электроприемники с коллекторными двигателями (привод пылесосов, электродрелей и др.);
- сварочные агрегаты переменного и постоянного тока (для бытовых ремонтных работ и др.);
- выпрямительные устройства (для зарядки аккумуляторов и др.);
- радиоэлектронная аппаратура (телевизоры, компьютерная техника и др.);
- высокочастотные установки (печи СВЧ и др.);
- лампы люминесцентного освещения и энергосберегающие.
Воздействие каждого отдельно взятого бытового электроприемника незначительно, совокупность же электроприемников, подключаемых к шинам 0,4 кВ трансформаторной подстанции, оказывает существенное влияние на питающую сеть.
С физической точки зрения любой потребитель электрической энергии, имеющий электроустановки с нелинейной вольтамперной характеристикой, влияет на качество электрической энергии. Однако следует отметить, что наличие такого оборудования у потребителя не всегда является основанием для классификации данного потребителя как источника искажения качества электроэнергии в точке общего присоединения.
Выявление источника, ухудшающего качество электрической энергии в точке общего присоединения, осуществляется по результатам испытаний качества электрической энергии в точке общего присоединения с помощью средств измерения качества электроэнергии не только по каналам напряжения, но и по токовым цепям. Если число потенциально возможных источников искажения качества электрической энергии велико, а число средств измерения ограниченно, то проводят разделение нагрузок потребителей на искажающие и неискажающие.
