18
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
4 (23),
декабрь
2021
Эффективность
различных
мероприятий
повышения
качества
электроэнергии
в
«
Россети
Юг
»
Андрей
ГАЙДАРЕНКО
,
главный
метролог
Службы
метрологии
и
контроля
качества
электроэнергии
(
СМиККЭ
)
исполнитель
–
ного
аппарата
ПАО
«
Россети
Юг
»
С
овременный
узел
нагрузки
коммунально
–
бытового
сектора
насыщен
электроприемниками
с
нелиней
–
ными
вольтамперными
характеристиками
(
ВАХ
),
по
отдельности
каждый
из
таких
электроприемников
не
несет
существенного
влияния
,
но
при
массовом
исполь
–
зовании
они
генерируют
в
сеть
весьма
значительные
уровни
высших
гармоник
,
которые
являются
причиной
искажения
синусоиды
кривых
напряжений
и
токов
.
Из
–
за
особенностей
переменного
и
неравномерного
потребления
электроэнер
–
гии
по
фазам
коммунально
–
бытовым
сектором
в
электри
–
ческих
сетях
возникает
несимметрия
токов
и
напряжений
.
Вследствие
воздействия
таких
явлений
происходит
сниже
–
ние
показателей
качества
электроэнергии
(
КЭ
),
что
в
даль
–
нейшем
ведет
к
дополнительным
потерям
электроэнергии
,
снижению
сроков
эксплуатации
электрохозяйства
,
ложному
срабатыванию
релейной
защиты
,
выходу
из
строя
или
не
–
возможности
использования
электроприемников
.
ПОКАЗАТЕЛИ
КАЧЕСТВА
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ЭНЕРГИИ
Показатели
качества
электрической
энергии
,
методы
их
оценки
и
нормы
определяет
Межгосударственный
стан
–
дарт
«
Электрическая
энергия
.
Совместимость
технических
средств
электромагнитная
.
Нормы
качества
электрической
энергии
в
системах
электроснабжения
общего
назначе
–
ния
»
ГОСТ
32144-2013 [1].
Качество
электроэнергии
С
развитием
энергетики
часто
связывают
состояние
про
–
мышленности
,
уровень
жизни
населения
и
общее
экономи
–
ческое
благосостояние
государства
.
Благодаря
принятому
Федеральному
закону
РФ
№
261-
ФЗ
«
Об
энергосбережении
и
о
повышении
энергетической
эффективности
и
о
внесе
–
нии
изменений
в
отдельные
законодательные
акты
Россий
–
ской
Федерации
»
в
коммунально
–
бытовом
секторе
появи
–
лись
электроприборы
и
оборудование
,
предназначенные
для
работы
в
определенной
электромагнитной
обстановке
.
Единые
требования
к
электромагнитной
обстановке
закреп
–
ляют
стандартами
,
что
позволяет
создавать
оборудование
и
гарантировать
его
работоспособность
в
условиях
,
соот
–
ветствующих
этим
требованиям
.
Стандарты
устанавлива
–
ют
допустимые
уровни
помех
в
электрической
сети
,
кото
–
рые
характеризуют
качество
электроэнергии
(
КЭ
).
Явления
,
происходящие
в
сети
,
так
или
иначе
влияют
на
КЭ
.
Основ
–
ными
виновниками
ухудшения
КЭ
в
низковольтных
элек
–
трических
сетях
являются
потребители
электроэнергии
.
19
Стандарт
предназначен
для
применения
при
установ
–
лении
и
нормировании
показателей
КЭ
,
связанных
с
харак
–
теристиками
напряжения
электропитания
,
относящимися
к
частоте
,
значениям
и
форме
напряжения
,
а
также
к
сим
–
метрии
напряжений
в
трехфазных
системах
электроснаб
–
жения
.
Данные
характеристики
напряжения
подвержены
изменениям
из
–
за
изменений
нагрузки
,
влияния
кондуктив
–
ных
электромагнитных
помех
,
создаваемых
отдельными
видами
оборудования
,
и
возникновения
неисправностей
,
вызываемых
,
главным
образом
,
внешними
событиями
.
В
результате
возникают
случайные
изменения
характе
–
ристик
напряжения
во
времени
в
любой
отдельной
точке
передачи
электрической
энергии
пользователю
электри
–
ческой
сети
,
а
также
случайные
отклонения
характеристик
напряжения
в
различных
точках
передачи
электрической
энергии
в
конкретный
момент
времени
.
В
практике
ПАО
«
Россети
Юг
»
чаще
всего
встречают
–
ся
случаи
выхода
за
пределы
ГОСТ
32144-2013,
такие
как
медленные
изменения
напряжения
,
несинусоидальность
напряжения
и
несимметрия
в
трехфазных
системах
.
Источником
несинусоидальности
напряжения
в
элек
–
трических
сетях
является
электрооборудование
и
электро
–
приемники
с
нелинейной
вольт
-(
вебер
-)
амперной
характе
–
ристикой
,
к
которым
относят
:
–
преобразовательные
установки
различных
видов
(
выпрямители
,
инверторы
,
частотные
преобразовате
–
ли
,
регуляторы
напряжения
,
электроподвижной
состав
переменного
и
постоянного
тока
и
т
.
д
.);
–
аппараты
с
электрической
дугой
или
аппараты
,
исполь
–
зующие
электрический
разряд
(
дуговые
печи
,
свароч
–
ные
установки
,
люминесцентное
освещение
и
т
.
д
.);
–
установки
с
магнитными
цепями
,
работающими
в
режи
–
ме
насыщения
(
трансформаторы
,
дроссели
с
сердеч
–
ником
и
т
.
д
.);
–
вращающиеся
машины
(
генераторы
,
двигатели
).
При
несинусоидальности
напряжения
наблюдается
ускоренное
старение
изоляции
электрических
машин
,
трансформаторов
,
конденсаторов
и
кабелей
.
При
рабо
–
чих
температурах
в
изоляционных
материалах
проте
–
кают
химические
реакции
,
приводящие
к
постепенному
изменению
их
изоляционных
и
механических
свойств
.
С
увеличением
температуры
эти
процессы
ускоряются
,
сокращая
срок
службы
оборудования
.
Таким
образом
,
использование
в
низ
–
ковольтных
электрических
сетях
нели
–
нейных
электроприемников
(
в
первую
очередь
,
с
импульсным
характером
по
–
требляемого
тока
),
вызывая
искажения
синусоидальности
кривых
питающих
напряжений
,
приводит
к
значительному
технико
–
экономическому
ущербу
.
Несимметрия
напряжения
возника
–
ет
от
неравномерного
распределения
нагрузок
по
фазам
электрической
сети
,
а
также
может
со
–
провождаться
либо
низким
уровнем
напряжения
(
у
потре
–
бителей
наиболее
загруженной
фазы
),
либо
повышенным
напряжением
или
даже
опасностью
возникновения
пере
–
напряжений
(
у
потребителей
наименее
загруженной
фазы
)
в
случае
обрыва
нейтрального
провода
.
В
случае
понижен
–
ного
напряжения
могут
быть
проблемы
с
запуском
,
пере
–
грев
и
выход
из
строя
однофазных
асинхронных
электро
–
двигателей
,
широко
применяющихся
,
например
,
в
бытовых
компрессионных
холодильниках
,
кондиционерах
и
каналь
–
ных
вентиляторах
,
сбои
в
работе
и
аварийные
остановки
газовых
котлов
,
проблемы
с
зажиганием
люминесцентных
ламп
,
неудовлетворительная
работа
электрических
печей
,
паяльного
и
сварочного
оборудования
,
некорректное
функ
–
ционирование
автоматики
различных
систем
[2].
МЕРОПРИЯТИЯ
ПО
ПОВЫШЕНИЮ
КАЧЕСТВА
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Переключение
без
возбуждения
(
ПБВ
).
Основными
мероприятиями
для
приведения
электроэнергии
к
тре
–
бованиям
ГОСТ
32144-2013
является
переключение
ПБВ
для
регулировки
напряжения
силового
трансформатора
с
целью
поддержания
требуемой
величины
напряжения
у
потребителей
,
питающихся
от
данного
силового
транс
–
форматора
.
ПБВ
—
это
устройство
,
осуществляющее
изменение
величины
напряжения
при
полном
отключении
трансфор
–
матора
от
питающей
сети
.
Устройство
ПБВ
может
быть
установлено
как
на
обмотке
высокого
напряжения
,
так
и
на
обмотке
низкого
напряжения
[3].
На
рисунке
1
изображен
суточный
замер
медленного
изменения
напряжения
на
КТП
до
переключения
ПБВ
.
Как
видно
из
графика
,
напряжение
превышает
допустимые
параметры
качества
электрической
энергии
(±10%)
требо
–
вания
ГОСТ
32144-2013,
а
на
рисунке
2
изображен
замер
медленного
изменения
напряжения
на
КТП
после
переклю
–
чения
ПБВ
на
трансформаторе
.
Переключатель
ПБВ
имеет
,
как
правило
,
ручной
привод
и
фиксатор
,
препятствующий
самопроизвольному
смеще
–
нию
рукоятки
привода
.
Также
ПБВ
конструктивно
имеет
устройство
,
обеспечивающее
фиксацию
переключателя
строго
в
выбранном
положении
,
что
позволяет
избежать
Рис
. 1.
Медленные
изменения
напряжения
до
переключения
ПБВ
на
КТП
Время
А
В
С
U
y
%
24:00
16:00
08:00
22:00
14:00
06:00
20:00
12:00
04:00
18:00
10:00
02:00
00:00
16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
20
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
4 (23),
декабрь
2021
плохого
контакта
ответвлений
в
выбран
–
ном
положении
переключателя
.
Переключатель
ПБВ
является
более
компактным
и
простым
в
устройстве
и
со
–
ответственно
более
надежным
по
срав
–
нению
с
устройством
регулировки
напря
–
жения
под
нагрузкой
(
РПН
).
Основным
недостатком
ПБВ
является
необходимость
полного
снятия
напряже
–
ния
с
силового
трансформатора
для
произ
–
водства
цикла
переключения
ответвлений
.
Еще
одним
недостатком
является
окисление
контак
–
тов
ответвлений
переключателя
ПБВ
в
процессе
эксплу
–
атации
силового
трансформатора
.
Окисление
контактов
приводит
к
увеличению
сопротивления
контактируемых
поверхностей
и
,
в
конечном
итоге
,
это
может
привести
к
аварийной
ситуации
—
внутреннему
повреждению
или
срабатыванию
газовой
защиты
(
при
наличии
таковой
).
В
связи
с
этим
рекомендуется
не
менее
двух
раз
в
год
от
–
ключать
трансформатор
от
сети
и
делать
несколько
цик
–
лов
переключений
устройством
ПБВ
для
удаления
окис
–
ной
пленки
с
поверхности
всех
контактов
.
Переключение
РПН
.
Помимо
переключателей
ПБВ
для
изменения
напряжения
используются
устройства
РПН
,
которые
позволяют
регулировать
напряжение
под
нагруз
–
кой
.
Устройства
РПН
позволяют
изменять
напряжение
на
вторичной
обмотке
в
более
широком
диапазоне
.
Для
более
эффективной
работы
устройства
РПН
могут
иметь
конструктивно
токоограничивающие
реакторы
или
токоограничивающие
резисторы
.
На
силовых
трансформаторах
мо
–
жет
быть
реализовано
автоматическое
регулирование
напряжения
(
АРН
).
Эта
функция
реализуется
устройством
РПН
,
которое
управляется
в
автоматическом
режиме
специальными
устройствами
РЗА
.
В
отличие
от
конструкции
РПН
ре
–
акторного
типа
,
который
показал
свою
эффективность
при
переключениях
токов
,
имеющих
высокие
значения
,
РПН
с
токоограничивающими
резисто
–
рами
наилучшим
образом
подходят
для
переключения
высоких
напряже
–
ний
.
Из
–
за
особенностей
конструкции
обычно
РПН
реакторного
типа
рас
–
полагают
со
стороны
обмоток
низкого
напряжения
.
Устройства
РПН
с
токоо
–
граничивающими
резисторами
распо
–
лагают
со
стороны
обмотки
высокого
напряжения
[4].
Устройство
размещают
внутри
бака
трансформатора
.
Для
исключения
воз
–
можности
загрязнения
масла
контакторы
вынесены
в
от
–
дельный
бак
,
который
расположен
внутри
трансформато
–
ра
.
Реактор
с
избирателем
размещают
в
основном
баке
,
так
как
они
не
вызывают
разложения
масла
от
действия
дуги
.
Конструкция
РПН
резисторного
типа
может
допускать
установку
контактора
отдельно
в
наружном
баке
или
внутри
трансформатора
.
Для
обеспечения
нормальной
работы
рас
–
ширительный
бак
трансформатора
имеет
внутри
дополни
–
тельный
отсек
,
оснащенный
указателем
уровня
масла
.
Устройства
РПН
дают
возможность
регулировать
на
–
пряжение
в
течение
суток
в
автоматическом
или
дистан
–
ционном
режиме
.
На
рисунке
3
изображен
суточный
замер
медленного
изменения
напряжения
у
потребителя
до
переключения
РПН
.
Как
видно
из
графика
,
напряжение
превышает
до
–
пустимые
параметры
качества
электрической
энергии
(±10%) (
требования
ГОСТ
32144-2013),
а
на
рисунке
4
Качество
электроэнергии
Рис
. 3.
Медленные
изменения
напряжения
у
потребителя
до
переключения
РПН
Рис
. 4.
Медленные
изменения
напряжения
у
потребителя
после
переключения
РПН
Время
А
В
С
U
y
%
24:00
16:00
08:00
22:00
14:00
06:00
20:00
12:00
04:00
18:00
10:00
02:00
00:00
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
-20
-22
Время
А
В
С
U
y
%
24:00
16:00
08:00
22:00
14:00
06:00
20:00
12:00
04:00
18:00
10:00
02:00
00:00
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
Рис
. 2.
Медленные
изменения
напряжения
на
КТП
после
переключения
ПБВ
Время
А
В
С
U
y
%
24:00
16:00
08:00
22:00
14:00
06:00
20:00
12:00
04:00
18:00
10:00
02:00
00:00
10
8
6
4
2
0
-2
-4