XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Увеличение количества городских жителей, развитие промышленности, создание совершенно новых по своей технологии производств, строительство новых и реконструкция действующих производственных объектов, внедрение мощных электроустановок, увеличение единичных мощностей бытового электрооборудования приводит к устойчивому росту электропотребления в городах, что требует систематического развития городских электрических сетей [7].

Городские электрические сети в современном городе, развивающемся быстрыми темпами, не всегда способны справляться с возрастающими нагрузками, как на этапе передачи, так и на этапе распределения энергии городским потребителям. Увеличение нагрузок в современном городе ведет к появлению определенных проблем в системах электроснабжения городского хозяйства, которые необходимо решать еще при проектировании [4]. Увеличение потребления электрической энергии в свою очередь приводит к ужесточению требований к работе систем электроснабжения городов. Отключения в периоды пиковых нагрузок могут стать катастрофой для энергоснабжения городских потребителей, поэтому важное значение приобретают требования к развитию городских электрических сетей с учетом обеспечения необходимого качества электрической энергии[7].

Для современных городских электрических сетей характерны колебания, провалы, недопустимые отклонения напряжения, а также несимметрия трехфазной системы. Причинам этого являются обрывы, отключения одной фазы, неравномерное распределение по фазам массовых однофазных электроприемников, характерных для городских потребителей, загрязнение изоляции городской средой, механические повреждения элементов сети, ошибочные действия оперативного и ремонтного персонала [7].

К коммунально-бытовым потребителям электроэнергии относятся общественные и административные учреждения (школы, детские сады, поликлиники, больницы, театры и т. д.), жилые дома и коммунальные предприятия (бани, прачечные, столовые, предприятия бытового обслуживания) [3].

Потребление электроэнергии на бытовые нужды имеет тенденцию к росту из-за увеличения числа двигателей (пылесосы, полотеры, стиральные машины, электробритвы и др.), а также телевизоров, кондиционеров, холодильников. Основные характеристики приемников электроэнергии коммунально-бытовых потребителей приведены в таблице 1 [3].

Таблица 1 – Характеристики основных приемников электроэнергии коммунально- бытовых потребителей

Наименование	Pн, кВт	W, кВт ∙ ч/год
Электроплита	2-7	440
Оборудование для подогрева жидкости	1-4	300
Холодильник	0,18-0,3	570
Телевизор	0,06	180
Компьютер	0,3	40
Пылесос	1-1,5	65
Утюг	2	30

Исходя из таблицы 1 видно, что наиболее энергоемким приемником электроэнергии в жилищном секторе является электроплита. На долю их приходится около 40 % всей расходуемой электроэнергии, на долю освещения – около 25 % [3]. Затем следуют холодильники с долей потребления 18%, оборудование для подогрева жидкости 10% и другие 7%.

Энергопотребление является одной из важнейших характеристик бытовой электротехники, поэтому в 1992 г. с целью повышения эффективности электробытовых приборов Европейским сообществом была принята директива 92/75/ЕЕС, согласно которой с января 1995 г. Каждый прибор европейских производителей обязан иметь наклейку, отображающую ее энергетические характеристики. На этой наклейке латинскими буквами отображаются классы энергоэффективности (от A до G). Например, для элетроприемников энергопотребление класса A примерно в 3 раза меньше, чем энергопотребление такого же приемника класса G [3].

Влияние показателей качества на режимы работы сети и на функционирование оборудование различно. Отклонение напряжения, как правило, обусловленное изменением мощностей нагрузок городских потребителей, отрицательно сказывается на качестве работы и сроке службы компьютерной техники, телевизоров и других бытовых электронных устройств. Несимметрия напряжения приводит к ошибкам при работе счетчиков электроэнергии, при появлении в трехфазной сети напряжения нулевой последовательности ухудшаются режимы напряжений для однофазных приемников. Токи нулевой последовательности постоянно протекают через заземлители и значительно высушивают грунт, увеличивая сопротивление заземляющих устройств. При несимметричном режиме ухудшаются условия работы электроприемников и всех элементов электрической сети: снижаются экономичность и срок службы оборудования, уменьшается пропускная способность сети, увеличиваются потери энергии[1]. Колебание напряжения в осветительной сети приводит к уменьшению освещенности, что может вызвать снижение производительности выполняемых работ, дискомфорт у человека, убытки в результате снижения срока службы осветительных установок [6]. Колебания напряжения отрицательно влияют на работу радиоприборов, нарушая их нормальное функционирование и снижая срок службы [7].

Целью данной работы является анализ показателей качества электрической энергии в сети 0,4 кВ с коммунально-бытовой нагрузкой.

Для достижения цели необходимо рассмотреть основные показатели качества электрической энергии; провести необходимые замеры; проанализировать полученные данные и сделать выводы.

Исследования качества электрической энергии проводились в ноябре 2018 года на одной из подстанций 10/0,4 кВ поселка Белореченский, питающей коммунально-бытовую нагрузку группы многоквартирных пятиэтажных домов. Испытания проводились в точке, наиболее приближенной к нагрузке (силовой распределительный пункт) с использованием прибора Ресурс-UF2 № 2337, период испытаний – 1 неделя. Методика испытаний проводились в соответствии с руководящими документами [4]. Данный цифровой прибор предназначен для регистрации относительных значений величин токов и напряжений прямой, нулевой и обратной последовательностей. Время автономной регистрации сигналов вторичных цепей доходит до месяца. Вся информация, записанная в памяти прибора, переносится в компьютер и затем легко обрабатывается и фиксируется на бумаге [5].

Недельные графики измерения показателей качества электрической энергии приведены на рисунках 1-4.

На рисунке 1 и 2 представлены графики отклонения фазных и междуфазных напряжений. Согласно ГОСТ 32144-2013 [2] предельно допустимое отклонение напряжения ±10 %. Анализ графика отклонений напряжения показывает, насколько не равномерно происходит отклонение напряжения, диапазон отклонения от 6% и достигает почти 13% (фазное напряжение) и от 7% до 12% (межфазное напряжение). Уменьшение значений указывает на то, что с ростом нагрузки, напряжение снижается, а с ее уменьшением – возрастает. Характер изменения отклонения напряжений показывает, что в 30-60 % исследуемого времени показатели выходит за установленные значения. Это может негативно отразится на правильной работе электроприемников, а в некоторых случаях, привести к выходу их из строя.

Рисунок 1 – Недельный график отклонения фазных напряжений

На рисунке 3 изображен недельный график изменения активной мощности по фазам сети. Из данного графика видно, что мощность, потребляемая коммунально-бытовой нагрузкой, имеет случайный характер включения, неравномерное распределение в течение суток. Наименьшая нагрузка сетей наблюдается в ночное время. Распределение коэффициентов несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательности не превышают предельно допустимое значение – 4%, но значительное количество однованных потребителей и их вероятностный характервключения, приводит к увеличению коэффициента К0U. В 20 % исследуемого времени показатель выходит за нормально допустимые пределы - 2 %. (рисунок 4).

Рисунок 2 – Недельный график отклонения междуфазных напряжений

Рисунок 3 – Недельный график изменения мощностей

Рисунок 4 - Недельный график изменения коэффициента несимметрии напряжения по нулевой и обратной последовательности

Проанализировав данные графики можно сделать следующие выводы:

1. Рассмотренные показатели качества электрической энергии, в основном, находятся в пределах, установленных ГОСТ 32144-2013.

2. Отклонения от требований стандарта наблюдаются у таких показателей качества электрической энергии как: отклонение напряжения; коэффициент несимметрии по нулевой последовательности.

3. Для сравнительной оценки рассматриваемых показателей качества электрической энергии рекомендуется провести исследования на ряде аналогичных по нагрузке трансформаторных подстанций сельских распределительных сетей 0,4 кВ.

Список литературы

1. Анчутин К.Д. Влияние качества электрической энергии на работу асинхронных двигателей // В мире научных открытий. 2016. №5. С. 61-63.

2. ГОСТ 32144–2013. Электрическая энергия. Совместимость средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Изд-во стандартов, 2013. 16 с.

3. Карманова Т.Е. Приемники и потребление электрической энергии систем эдектроснабжения: учеб. пос.Архангельск.: САФУ имени М.В. Ломоносова, 2015. 120 с.

4. Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. / РД 153-34.0-15.501-00, ООО

«Научный центр ЛИНВИТ», -М.: 2000. – 34 с.

5. Сукьясов С.В., Рудых А.В. Анализ качества электрической энергии на лесоперерабатывающем предприятии Усолького района // Вестник ИрГСХА. 2017. №81- 2. С. 139-148.

6. Сукьясов С.В., Рудых А.В. Способы повышения качества электрической энергии в распределительных сетях 0,38 кВ // Актуальные проблемы энергетики АПК. 2017. №8. С. 242-247.

7. Сукьясов С.В., Седова А.Г., Хуснудинова Е.А. Качество электрической энергии в городской сети с коммунально-бытовой нагрузкой // Актуальные проблемы энергетики АПК. 2015. №6. С. 284-288.