История электротехники - Коллектив авторов

5.3.5. ПОТЕРИ И КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Один из важных показателей, характеризующих экономичность передачи электроэнергии по электросетям, — уровень потерь электроэнергии.

В период 1970–1990 гг. уровень потерь в сетях Минэнерго СССР составлял 9,0–9,4% от отпуска электроэнергии в сети. В 1990 г. это соответствовало потерям энергии в абсолютных единицах более 150 млрд. кВт∙ч. Для сравнения можно привести объем полезного потребления энергии наиболее энергоемкой отраслью — черной металлургией, который в том же периоде составлял 147 млрд. кВт∙ч.

Из общих потерь электроэнергии 80–85% приходится на сети напряжением 220, 110, 35 и 6 — 10 кВ.

Мероприятия по снижению потерь включают экономические расчеты режимов сетей всех классов напряжения, определение структуры потерь, выявление причин и конкретных точек, где потери особенно велики, и выбор наиболее эффективных решений. Слабая методическая проработка этих вопросов и невысокий уровень вычислительной техники начала 70-х годов ограничивали возможности детального анализа потерь, особенно в сетях низших классов напряжения. В середине 70-х годов исследования уже привели к выводу о том, что для отечественных условий наиболее эффективны компенсирующие устройства в сетях потребителей электроэнергии, разгружающие сети всех классов напряжения от излишних потоков реактивной мощности (Ю.С. Железко, Ф.Ф. Карпов, А.А. Тайц).

Однако оснащенность отечественных сетей средствами компенсации реактивной мощности составляла менее 0,25 квар на 1 кВт максимальной нагрузки, в то время как для зарубежных энергосистем этот показатель составлял 0,6–0,8 квар/кВт.

В 1975 г. были введены нормативные документы, предусматривавшие в договорах на пользование электроэнергией индивидуальные требования по компенсации реактивной мощности (КРМ) каждому потребителю и скидки (надбавки) к тарифам на электроэнергию, стимулирующие выполнение этих требований. Требования по КРМ рассчитывались по специальной методике, учитывающей потери электроэнергии, обусловленные передачей реактивной мощности конкретному потребителю, и затраты на КУ, снижающие ее потоки по сетям (Ю.С. Железко).

Методическое и программное обеспечение таких расчетов постоянно совершенствовалось, и к 1992 г. уже 30 энергосистем перешли с более простого нормативного метода расчета на оптимизационный, предусматривающий выполнение расчета одновременно для всех потребителей, присоединенных к общей сети, с учетом взаимного влияния их реактивных нагрузок на уровень потерь. Подход к решению этих вопросов остается таким же и в настоящее время, хотя методики и программное обеспечение совершенствуются.

К середине 80-х годов к допросам расчета и анализа потерь стали подходить более тщательно. Возникла необходимость в систематизации разработанных программных средств, а также в унификации перечня возможных мероприятий по снижению потерь. Были введены новые нормативные документы, устанавливающие методы расчета и анализа потерь, типовой перечень мероприятий и методы их выбора. Современные программные средства позволяют выполнять подробный анализ потерь в сетях всех напряжений с разделением их на структурные составляющие (технические и коммерческие потери, нагрузочные, холостого хода, в различных группах элементов, с разделением по выделенным регионам и т.п.) с одновременным выявлением «очагов» потерь и выбором мероприятий по их снижению.

В последние 10–15 лет в связи с широким распространением электронной техники, чувствительной к помехам в сети питания, с одной стороны, и развитием и ростом мощностей технологического оборудования, вносящего помехи в сеть, в связи с реализуемыми электротехнологическими процессами (дуговые сталеплавильные печи, преобразовательные устройства, мощные сварочные аппараты и т.п.), с другой стороны, возросло внимание к проблеме качества электрической энергии (Л.А. Солдаткина, Н.А. Мельников, Ю.С. Железко, И.В. Жежеленко, Г.Я. Вагин и др.).

Стандарт, устанавливающий перечень показателей качества и нормы, впервые был введен в нашей стране в 1967 г. (ГОСТ 13109–67). В первые годы он использовался в основном проектными организациями. В 1984 г. были введены тарифные санкции за нарушение норм стандарта (скидки и надбавки к тарифам за качество электроэнергии), которые предъявляются к потребителям, вносящим искажения в сеть (надбавки к тарифам) и при расчетах с потребителями, вынужденными потреблять некачественную электроэнергию (скидки с тарифа). В то же время житомирским заводом «Электроизмеритель» были выпущены первые в стране приборы контроля качества электроэнергии, прошедшие аттестацию и включенные в государственный реестр.

В дальнейшем стандарт был модифицирован и в значительной степени приведен в соответствие с международными требованиями. В 1987 г. была введена в действие следующая его редакция (ГОСТ 13109–87), а в 1991 г. — действующая в настоящее время (Ю.С. Железко, И.В. Жежеленко).

В начале 90-х годов разработаны дополнительные документы, определяющие правила присоединения потребителя к сети по условиям влияния на качество электроэнергии, и новая редакция тарифных санкций.

5.4. ТЕХНИКА ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ ОТ ГРОЗОВЫХ И ВНУТРЕННИХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

5.4.1. ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ И ИХ ОГРАНИЧЕНИЕ

Первоначально исследования в этой области были направлены на обеспечение надежной эксплуатации линий электропередачи и электрооборудования. Изучалась работа линейных изоляторов, электропроводность и диэлектрические потери в изоляционных материалах, грозовые перенапряжения и защита от них электрооборудования, создавались теории пробоя изоляции. В дальнейшем с повышением номинальных напряжений электропередач на первый план вышли проблемы внутренних перенапряжений, их ограничения, координации изоляции.

Грозовые перенапряжения подразделяются на перенапряжения прямого удара молнии в электрическую установку и индуцированные перенапряжения, возникающие при ударе молнии в землю или в заземленные объекты поблизости от электроустановки. При прямом ударе молнии элементы электроустановки приобретают весьма высокий потенциал, достигающий нескольких мегавольт. Индуцированные перенапряжения значительно ниже — до 200–300 кВ.

В качестве основного защитного устройства еще в начале века было рекомендовано применение на линиях электропередачи заземленных тросов. Однако трос в то время рассматривался, в основном как средство для снижения индуцированных перенапряжений, значение которых весьма преувеличивалось. Защита от прямых ударов молнии считалась практически невыполнимой, да и сами удары молнии в линию редким явлением.

Для защиты трансформаторов за рубежом применялись катушки индуктивности, включаемые перед трансформатором с целью снижения крутизны фронта приходящих на подстанцию импульсов грозовых перенапряжений. В США применялись также алюминиевые и порошковые разрядники.

Для изучения методов защиты электропередач от перенапряжений и разработки руководящих указаний в 1925 г. были созданы комиссии: в Ленинграде под руководством проф. А.А. Смурова и в Москве под председательством проф. Л.И. Сиротинского. Согласованный комиссиями проект «Руководящих указаний по борьбе с перенапряжениями в электрических установках» был одобрен IX Всесоюзным электротехническим съездом в 1928 г.

В Руководящих указаниях были приведены основные решения, многие из которых действуют и поныне: глухое заземление нейтрали в электроустановках напряжением выше 35 кВ и заземление ее через дугогасящий реактор при напряжениях 35 кВ и ниже; применение заземленных тросов по всей длине линий на металлических опорах и только на подходах к станциям и подстанциям на линиях с деревянными опорами. Тросы рассматривались в основном как средство борьбы с индуцированными перенапряжениями, однако высказывалось предположение, что заземленный трос играет до некоторой степени роль громоотвода, защищающего линию. Рекомендовалось применение разрядников, но в то же время отмечались недостатки существовавших тогда иностранных разрядников [5.15; 5.16].

Появление первых линий электропередачи напряжением 110 кВ поставило вопрос об их электромагнитном влиянии на линии связи и железнодорожной блокировки, особенно сильном при коротких замыканиях и перенапряжениях. В 1923 г. были выпущены временные указания, а в 1925 г. — «Правила ограждения линий слабого тока от вредного влияния установок сильного тока». Эти, по существу, первые работы по электромагнитной совместимости электроустановок продолжались в 1938–1939 гг. специально созданной комиссией под председательством проф. Л.И. Сиротинского. Комиссия усовершенствовала «Правила ограждения сооружений связи и сигнализации от вредного воздействия установок сильного тока», а также разработала нормативы по защите устройств связи от опасного и мешающего влияния линий электропередачи напряжением 400 кВ.