Аппараты, использующие электрическую энергию, правильно работают в том случае, если напряжение и частота близки к их номинальным значениям и если перерывы в питании не слишком часты. При этом считается, что поставляемая электроэнергия—хорошего качества *.
Изменение параметров потребительских установок и появление новых аппаратов, как промышленных, так и бытовых, заставляет не только стремиться к поддержанию достигнутого качества электроэнергии, но и постоянно улучшать его.
Изменения частоты сети вызывают изменения угловой скорости вращения двигателей, а следовательно, и вращающего момента. Соответственно меняются индукция и потери в магнитных цепях. Наложение гармоник и их производных, появляющихся при работе некоторых аппаратов, увеличивает потери в сетях, а также механические напряжения в некоторых диэлектриках.
Изменения напряжения уменьшают эффективность преобразования электрической энергии в механическую, в тепловую и особенно в световую, где из-за колебаний (фликкер) усиливается усталость зрения.
*Показателем качества энергии переменного тока является также синусоидальность формы кривой и симметрия фазных напряжений (трехфазного тока). -Прим. ред.
Перерывы в электропитании вызывают расстройства в работе потребителей, а следовательно, большие ущербы при производстве товаров в некоторых отраслях промышленности, расстройства общественной жизни и тяжелые психологические последствия.
Долгое время качество электроснабжения определяли, довольствуясь наложением жестких ограничений на изменения частоты и напряжения, а также на перерывы в электроснабжении. Все эти ограничения изложены в технических требованиях. Они предписывают, чтобы частота не отклонялась более чем на 1 Гц в обе стороны от номинальной величины 50 Гц,
Предписания технических требований относительно напряжения более сложны; они вводят: номинальное напряжение сети; напряжение, фигурирующее в контракте между Э де Ф и потребителем; рабочее напряжение. В описаниях оговаривается, что:
напряжение, указанное в контракте, не должно отклоняться более чем на ± 5, ± 6, ± 7% от номинального напряжения соответственно для сетей СН, питающих сетей (63 или 90 кВ) и передающих сетей (150 кВ и выше);
рабочее напряжение не должно отклоняться более чем на ± 7, ± 8, ± 10% от напряжения, указанного в контракте соответственно для тех же сетей.
Можно приблизительно сказать что первое из этих ограничений относится к среднему напряжению в точке поставки, а второе — к флуктуациям напряжения около этого среднего напряжения.
Непрерывность электроснабжения не является предметом каких- либо ограничений в технических требованиях, поскольку качество поставляемой энергии удовлетворительно, за исключением нескольких особых случаев. Однако предписания по надежности предлагают не допускать перерывов в питании, для чего особо ответственным потребителям (например, больницам) предписывается предусматривать необходимые меры (иметь аварийный Источник питания и т. д.); считается логичным, чтобы потребители брали на себя расходы по обеспечению этих мер.
Способ определения качества электроэнергии с помощью жестких ограничений прост и легко контролируем. Однако он может привести к неправильным заключениям в оценке этого качества. В самом деле, он рассматривает одинаково приемлемыми сеть, в которой напряжение постоянно колеблется на ±9% около номинального значения, и сеть, в которой напряжение никогда не отличается более чем на 1% от номинального. Более того, если бы во второй сети в течение короткого промежутка времени каждую неделю изменение напряжения превышало 11%, то качество электроснабжения этой сети теоретически было бы рассмотрено как более худшее, чем в первой сети. Решения, которые следовало бы принять для соблюдения условий технических требований, могли бы привести к непроизводительному расходу энергии в одних сетях, в то время как потребители в других сетях получали бы энергию худшего качества.
Правильное определение качества электроэнергии в первую очередь должно позволить определить равенство качеств электроэнергий двух различных сетей. В самом деле, при изучении способов усиления сетей после сравнения многих вариантов решений выбирается самый дешевый из них при условии, что качество электроэнергии по крайней мере равно качествам электроэнергий в других вариантах.
В то же время желательно сравнивать и различные по техническому качеству условия электроснабжения, рассматривая их экономическую значимость (стоимость). Эта величина, введенная в исследования развития сетей, позволяет сравнивать технические решения, даже если они имеют различные качества электроэнергии. Итак, необходимо, чтобы повышение качества электроэнергии при переходе от одного решения к другому было эталоном выигрыша, который получают потребители. Этот выигрыш необходимо сбалансировать с дополнительными расходами, позволившими получить улучшение качества электроэнергии.
Именно с этой точки зрения в дальнейшем будут изучаться качество электроснабжения, средства его улучшения и различные воздействия на потребителей. Выбранный при этом порядок сравнения не имеет какую-то определенную соподчиненность, но, как правило, его начинают с изучения области производства электроэнергии, в дальнейшем переходят к изучению непрерывности электроснабжения, которое зависит от всей сети, и заканчивают изучением изменения напряжения, что относится к области распределения электроэнергии.
Можно установить, что этот порядок отвечает задачам регулирования. Так, при поддержании частоты 1ребуется применение более сложной автоматики, чем при уменьшении числа отключений.
Порядок сложности этих проблем, однако, изменяется, если происходит децентрализация регулирования частоты. Регулирование напряжения и поддержание уровня электроснабжения потребителей обеспечиваются правильной работой регулирующей аппаратуры. При этом оказывается, что труднее контролировать напряжения у всех потребителей, чем частоту в системе, так как для ее контроля требуется только один прибор.
Необходимо рассматривать не только качество электроснабжения, но и всякого рода ущербы, вызываемые влиянием действия того или иного оборудования на окружающую среду. При этом следует учесть средства защиты окружающей среды, затрачиваемые для непосредственного уменьшения причин ущерба или защиты объектов, испытывающих на себе влияние этого ущерба.
Стоимость средств защиты тем выше, чем она эффективнее (при этом не следует забывать о минимуме экономических затрат).
Несмотря на различную природу средств защиты (физическую, химическую, электромагнитную, радиоэлектрическую, акустическую или даже эстетическую), они будут далее рассмотрены совместно.
