Энергосбережение. Улучшение качества электроэнергии как одно из средств энергосбережения в "МРСК ВОЛГИ"

Качество электрической энергии – степень соответствия параметров электрической энергии их установленным значениям (ГОСТ 23875–88).
Оценка качества ЭЭ необходима по целому ряду причин [2]:
- как показатель, приведенный в Гражданском кодексе, где сказано об оплате за продукцию в соответствии с её количеством и качеством;
- как ресурс, обеспечивающий нормальные условия для всей жизненной деятельности человечества;
- как ресурс, обеспечивающий выпуск продукции практически всех от-раслей производства, причем нарушение качества ЭЭ может привести не только к кратковременным сбоям производства, но и к её длительному нера-циональному расходу.
Параметр электрической энергии – величина, количественно характе-ризующая какое-либо свойство электрической энергии. Под параметрами электрической энергии понимают напряжение, частоту, форму кривой элек-трического тока (ГОСТ 23875–88) [2].
Выполним анализ потерь электроэнергии в распределительных сетях и пути ее оптимизации.
Устранение несимметрии токов и напряжения в распределительных сетях как один их методов оптимизация потерь электроэнергии в распределительных сетях. Электрические распределительные сети напряжением 0,4 – 10кВ отличаются от электрических сетей более высоких классов напряжений: по своему составу; неоднородности размещения электроприемников (ЭП) различных категорий; по типам коммутационных аппаратов, по уровню резервирования. Этими сетями обслуживаются потребители электроэнергии, которых можно условно разделить на следующие группы: коммунально-бытовые; промышленные; электрифицированный транспорт; производственные потребители сельского хозяйства; прочие потребители. Сюда попадает основная категория ЭП, обеспечивающие жизнедеятельность человека, что налагает огромную ответственность, которая возложена на распределительные сети данного диапазона. Эти отличия ставят распределительные сети в разряд простейших и одновременно достаточно сложных для обеспечения требуемой надежности функционирования электроустановок. 
Все это обуславливает необходимость обеспечения требуемого качества электроэнергии. Оно характеризуется рядом показателей, одним из которых является несимметрия напряжения [1]. Несимметрия напряжений появляется из-за несимметрии токов, то есть токов нагрузки, протекающих по элементам системы электроснабжения.
Исходя вышесказанного, можно сделать вывод, что исследование влияния несимметрии токов и напряжения на электрические сети 0,4 – 10кВ представляет научный и практический интерес, и уменьшение этого явления также позволит уменьшить и оптимизировать потери электроэнергии в распределительных сетях.  
Источниками несимметрии напряжений являются: в сетях 0,4кВ – бытовые однофазные ЭП; в сетях более высоких напряжений – однофазные ЭП промышленного назначения, тяговые подстанции, а также трехфазные ЭП с неодинаковым потреблением электроэнергии по фазам (дуговые сталеплавильные печи) [2]. Но основной причиной появления чрезмерных отклонений величины напряжения от номинального является обрыв нулевого провода. При этом согласно [3] недопустимые повышения напряжения возможны и при необходимом качестве заземления данной линии. 
На стадии проектирования электрических сетей закладываются нормы несимметрии напряжения, которые принимаются согласно вышеупомянутой ГОСТ. Однако в процессе эксплуатации сетей и подключением к нему все больше потребителей с однофазной и трехфазной нагрузкой, вероятность возникновения несимметричной работы возрастает, а соответственно возрастают и потери электроэнергии. Различают систематическую и вероятностную несимметрию [2]. Систематическая несимметрия характеризируется постоянной перегрузкой одной из фаз, в то время как, вероятностная несимметрия – попеременной перегрузкой то одной, то другой фазы. Оба вида несимметрии, при их превышении заданных значений, являются следствием аварийной работы распределительной сети. Данные для расчета показателей качеств электроэнергии обычно берутся путем измерения. 
Несимметрия напряжения в трехфазной сети в свою очередь приводит к ухудшению еще одного показателя электроэнергии, как отклонение напряжения, который наблюдается в его фазах, и увеличению потерь электроэнергии. Отклонение напряжения – это отличие фактического напряжения в установившемся режиме работы системы электроснабжения от его номинального значения. 
При этом отклонения напряжения у ЭП перегруженной фазы могут превысить допустимые значения. Кроме ухудшения режима напряжения у ЭП, при несимметричном режиме существенно ухудшаются условия работы как самих ЭП, так и всех элементов сети, как релейная защита, коммутационная аппаратура, что ведет к снижению надежности работы электрооборудования и системы электроснабжения в целом. Известно, что значительные токи нулевой последовательности, протекающие через нулевой проводник недостаточного сечения, могут вызвать его сильный нагрев [4]. Зарегистрирован ряд случаев возникновения пожаров в зданиях из-за перегрева нулевых проводников, сечение которых составляло 25% или 50% фазного провода. Стоит отметить также, что при несимметрии может быть нарушено правильное функционирование счетчиков. Особенно это актуально для систем автоматического контроля энергопотребления, в которых в автоматическом режиме снимаются данные энергопотребления. Неправильные значения могут привести к ошибкам в прогнозе энергопотребления. 
В настоящее время, при разработке объекта широко используются компьютерные системы моделирования. Одной из таких программ является программный пакет схемотехнического моделирования OrCAD, который имеет все возможности для полного исследования электрических схем любой сложности [5], в том числе получить данные для расчета показателей несимметрии.
Для практической реализации поставленной задачи были собраны простейшие схемотехнические модели цепи трехфазного переменного тока с активными фазными нагрузками в несимметричных режимах в пакете OrCAD, а также влияния нейтрального провода на величину фазных напряжений электроприемников и потерь электроэнергии в распределительных сетях. 
Целесообразно рассмотреть два варианта схем. 
Исследование распределения фазных токов и напряжений в несимметричной схеме без нулевого провода. 
Исследование распределения фазных токов и напряжений в несимметричной схеме с нулевым проводом. 
Полученные результаты моделирования приведены на рисунках 1, 2, 3 и 4 [8].