Якість електропостачання - Енергетичні системи
Апарати, що використовують електричну енергію, правильно працюють у тому випадку, якщо напруга та частота близькі до їх номінальних значень і якщо перерви в живленні не надто часті. При цьому вважається, що електроенергія, що поставляється, — хорошої якості *. Зміна параметрів споживчих установок та поява нових апаратів, як промислових, так і побутових, змушує не тільки прагнути підтримки досягнутої якості електроенергії, а й постійно покращувати його. Зміни частоти мережі викликають зміни кутової швидкості обертання двигунів, а отже, і моменту, що обертає. Відповідно змінюються індукція та втрати в магнітних ланцюгах. Накладення гармонік та їх похідних, що з'являються під час роботи деяких апаратів, збільшує втрати в мережах, а також механічну напругу в деяких діелектриках. Зміни напруги зменшують ефективність перетворення електричної енергії в механічну, теплову і особливо світлову, де через коливань (фліккер) посилюється втома зору.
*Показником якості енергії змінного струму є також синусоїдальність форми кривої та симетрія фазних напруг (трифазного струму). -Прим. ред.
Перерви в електроживленні викликають розлади у роботі споживачів, а отже, великі збитки при виробництві товарів у деяких галузях промисловості, розлади суспільного життя та тяжкі психологічні наслідки. Довгий час якість електропостачання визначали, задовольняючись накладенням жорстких обмежень на зміни частоти та напруги, а також на перерви в електропостачанні. Усі ці обмеження викладено у технічних вимогах. Вони наказують, щоб частота не відхилялася більш ніж на 1 Гц в обидві сторони від номінальної величини 50 Гц, технічні вимоги щодо напруги складніші; вони вводять: номінальну напругу мережі; напруга, що фігурує у контракті між Е де Ф та споживачем; робоча напруга. В описах обумовлюється, що: напруга, зазначена в контракті, не повинна відхилятися більш ніж на ± 5, ± 6, ± 7% від номінальної напруги відповідно для мереж СН, мереж живлення (63 або 90 кВ) і передаючих мереж ( 150 кВ та вище); робоча напруга не повинна відхилятися більш ніж на ± 7, ± 8, ± 10% від напруги, зазначеної в контракті відповідно для тих самих мереж. Можна приблизно сказати, що перше з цих обмежень відноситься до середньої напруги в точці поставки, а друге - до флуктуацій напруги біля цієї середньої напруги. Безперервність електропостачання не є предметом будь-яких обмежень у технічних вимогах, оскільки якість енергії, що поставляється задовільно, за винятком декількох особливих випадків. Однак приписи щодо надійності пропонують не допускати перерв у харчуванні, для чого особливо відповідальним споживачам (наприклад, лікарням) передбачається передбачати необхідні заходи (мати аварійне джерело харчування тощо); вважається логічним, щоб споживачі брали він витрати на забезпечення цих заходів. Спосіб визначення якості електроенергії за допомогою жорстких обмежень простий та легко контролюємо. Однак він може призвести до неправильних висновків щодо оцінки цієї якості. Справді, він розглядає однаково прийнятними мережу, в якій напруга постійно коливається на ±9% біля номінального значення, і мережа, в якій напруга ніколи не відрізняється більш ніж на 1% від номінального. Більше того, якби в другій мережі протягом короткого проміжку часу щотижня зміна напругиперевищувало 11%, то якість електропостачання цієї мережі теоретично було б розглянуто як гірше, ніж у першій мережі. Рішення, які слід було б прийняти для дотримання умов технічних вимог, могли б призвести до непродуктивної витрати енергії в одних мережах, тоді як споживачі в інших мережах отримували б енергію найгіршої якості. Правильне визначення якості електроенергії насамперед має дозволити визначити рівність якостей електроенергій двох різних мереж. Справді, щодо способів посилення мереж після порівняння багатьох варіантів рішень вибирається найдешевший їх за умови, що якість електроенергії принаймні дорівнює якостям електроенергій за іншими варіантах. В той же час бажано порівнювати й різні за технічною якістю умови електропостачання, розглядаючи їхню економічну значимість (вартість). Ця величина, введена в дослідження розвитку мереж, дозволяє порівнювати технічні рішення навіть якщо вони мають різні якості електроенергії. Отже, необхідно, щоб підвищення якості електроенергії при переході від одного рішення до іншого було зразком виграшу, який отримують споживачі. Цей виграш необхідно збалансувати з додатковими витратами, що дали змогу отримати поліпшення якості електроенергії. Саме з цієї точки зору надалі вивчатимуться якість електропостачання, засоби його поліпшення та різні впливи на споживачів. Вибраний при цьому порядок порівняння не має якоїсь певної супідрядності, але, як правило, його починають з вивчення галузі виробництва електроенергії, надалі переходять до вивчення безперервності електропостачання, яке залежить від усієї мережі, і закінчують вивченням зміни напруги, що стосуєтьсягалузі розподілу електроенергії. Можна встановити, що цей порядок відповідає завданням регулювання. Так, при підтримці частоти 1требуется застосування складнішої автоматики, ніж при зменшенні числа відключень. Порядок складності цих проблем, однак, змінюється, якщо відбувається децентралізація регулювання частоти. Регулювання напруги та підтримання рівня електропостачання споживачів забезпечуються правильною роботою регулюючої апаратури. У цьому виявляється, що важче контролювати напруги в усіх споживачів, ніж частоту у системі, оскільки її контролю потрібно лише одне прилад. Необхідно розглядати не тільки якість електропостачання, але й різноманітних збитків, що викликаються впливом дії того чи іншого обладнання на навколишнє середовище. При цьому слід врахувати засоби захисту навколишнього середовища, що витрачаються для безпосереднього зменшення причин шкоди або захисту об'єктів, які зазнають впливу цієї шкоди. Вартість засобів захисту тим вища, чим вона ефективніша (при цьому не слід забувати про мінімум економічних витрат). Незважаючи на різну природу засобів захисту (фізичну, хімічну, електромагнітну, радіоелектричну, акустичну або навіть естетичну), вони будуть розглянуті далі спільно.