Качество электрической энергии в теплице

Введение

4 марта 2024 года был проведен технический аудит качества электроснабжения агропромышленного объекта, представляющего собой современную теплицу. В рамках данного аудита был задействован специалист компании «Хомов электро». Для проведения комплексного анализа и оценки параметров электрической сети использовались специализированные измерительные приборы. В частности, был применен анализатор качества электроэнергии HIOKI PQ3100-10, обладающий расширенным функционалом и предназначенный для детального мониторинга ключевых характеристик электроснабжения.

В процессе измерений прибор HIOKI PQ3100-10 регистрировал 256 различных параметров, включая среднеквадратичные значения напряжения и тока, коэффициент мощности, показатели гармонических искажений, а также минимальные и максимальные значения отклонений от номинальных характеристик. Это позволило провести всесторонний анализ качества электроснабжения и выявить потенциальные источники нестабильности в электрической сети.

Дополнительно были зафиксированы осциллограммы токов, напряжений и мощностей, что обеспечило возможность детального изучения динамических характеристик системы. Также осуществлялось построение гистограмм распределения гармонических составляющих, что позволило оценить уровень интерференции и выявить возможные проблемы, связанные с качеством электроэнергии.

Применение специализированного оборудования и квалифицированного персонала позволило провести аудит на высоком уровне, выявить потенциальные проблемы и предложить рекомендации по их устранению. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации системы электроснабжения теплицы, повышения ее энергоэффективности и обеспечения стабильного функционирования агропромышленного объекта.

В условиях современного агропромышленного комплекса, где энергоэффективность и стабильность технологических процессов играют ключевую роль, исследование показателей качества электроэнергии становится актуальным аспектом, требующим глубокого анализа. Тепличные комплексы, как высокотехнологичные системы, предъявляют высокие требования к параметрам электрической энергии, влияющим на их производительность и экономическую эффективность.

Среди основных показателей качества электроэнергии можно выделить:

1. Стабильность напряжения: отклонение напряжения от номинального значения не должно превышать допустимых пределов, установленных стандартами. Это критически важно для предотвращения сбоев в работе оборудования и обеспечения его долговечности.

2. Частота сети: колебания частоты должны быть минимальными, чтобы избежать дисбаланса в работе электродвигателей и других электроприборов.

3. Форма кривой напряжения: гармонические искажения могут негативно влиять на работу чувствительных к качеству электроэнергии устройств.

4. Коэффициенты мощности и искажения: эти параметры характеризуют эффективность использования электрической энергии и позволяют оптимизировать энергопотребление.

5. Пульсации напряжения: их наличие может привести к нестабильной работе оборудования и снижению его производительности.

6. Фазовые искажения: неравномерное распределение нагрузки по фазам может вызвать перегрев оборудования и его преждевременный выход из строя.

7. Электромагнитная совместимость: важно учитывать влияние электромагнитных помех на работу чувствительных систем и устройств.

8. Качество заземления: надежное заземление предотвращает возникновение опасных потенциалов и обеспечивает безопасность эксплуатации оборудования.

Обеспечение высокого качества электроэнергии в тепличных комплексах является комплексной задачей, требующей системного подхода и применения современных технологий. Это позволяет повысить эффективность производства, снизить эксплуатационные расходы и обеспечить надежность работы всех систем и устройств.

Цель

Целью измерений являлось определение параметров качества электрической энергии и их соответствия требованиям ГОСТ 32144–2013 с последующим анализом полученных в ходе измерений данных.

Замеры

В результате проведения замеров получены динамические данные отражающий изменение соответствующих величин по времени.

Согласно пункту 3 ГОСТ–21128 «Системы электроснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения до 1000 В» номинальные напряжения на выходе систем электроснабжения, источников и преобразователей электрической энергии, номинальные напряжения сетей и на выводах непосредственно присоединяемых к ним приемников электрической энергии должны соответствовать указанным в таблице 1.

Таблица 1 – Нормативные значения напряжения согласно ГОСТ–21128.

Графики линейных напряжений приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Графики напряжений

Таблица 2 – Зафиксированные значения напряжения.

В соответствии с п. 4.2.2 ГОСТ 32144–2013 отклонение напряжения характеризуется показателем установившегося отклонения напряжения, для которого установлены следующие нормы:

- положительные и отрицательные отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии равны соответственно ±10 % от номинального напряжения электрической сети по ГОСТ 721 и ГОСТ 21128 (номинальное напряжение);

- допустимые значения положительного и отрицательного отклонения напряжения в точках общего присоединения должны быть установлены сетевой организацией с учетом необходимости выполнения норм настоящего стандарта в точках передачи электрической энергии.

Во время проведения измерений напряжение на данном участке распредсети не выходило за пределы диапазона, установленного ГОСТ 32144–2013.

На рисунке 2 приведены графики фазных токов.

Рисунок 2 – Графики фазных токов

Таблица 3 – Зафиксированные значения токов.

Анализ данных, полученных в результате измерений, демонстрирует, что распределение нагрузки по фазам является равномерным, а характер нагрузки характеризуется плавностью изменения в диапазоне от 0 до 1415,3. Теплица оснащена датчиком солнечной активности, который автоматически регулирует освещение в зависимости от освещенности. В присутствии солнечного света освещение отключается, что способствует экономии энергии и поддержанию оптимальных условий для растений. По мере захода солнца и увеличения облачности система активирует освещение в необходимом количестве, обеспечивая оптимальные условия для роста растений и функционирования тепличного комплекса.

Согласно приказу министерства промышленности и энергетики Российской Федерации от 23 июня 2015 г. № 380 «О порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договорах энергоснабжения)», предельные значения коэффициента реактивной мощности имеют следующие значения (таблица 4).

Таблица 4 – Предельные значения коэффициента реактивной мощности.

Рисунок 3 – Графики изменения мощностей

Рисунок 4 – Графики изменения коэффициентов мощности

Таблица 5 – Зафиксированные значения мощностей и коэффициента реактивной мощности.

В результате проведенных измерений было выявлено, что величина суммарного коэффициента мощности колеблется от 0 до -0,99 и имеет среднее значение -0,75 характер нагрузки – активно-ёмкостной, значения коэффициентов мощности по фазам совпадают. В целом усредненный суммарный коэффициент мощности свидетельствует о том, что компенсация реактивной (ёмкостной) мощности требуется.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения согласно ГОСТ 32144–2013 при Uном = 0,4 кВ составляют 8,0 % и 12,0 % соответственно. По требованиям к эксплуатации конденсаторных установок без применения защитных дросселей искажения не должны превышать 2 % по напряжению и 25 % по току, а для конденсаторных установок с установленными защитными дросселями искажения не должны превышать 7 % по напряжению.

Графики суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения и тока, полученные в процессе измерений, приведены на рисунках 5 и 6 соответственно.

Рисунок 5 – Графики суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения

Из графика, изображенного на рисунке 5 следует, что уровни гармонических искажений напряжения не превышают значения ГОСТ 32144-2013, но превышают критические значения для безопасной эксплуатации конденсаторов (2 %).

Рисунок 6 – Графики суммарных коэффициентов гармонических составляющих тока

Из графика, изображенного на рисунке 6 следует, что уровни гармонических искажений тока превышают критические значения для безопасной эксплуатации конденсаторов (25 %).

Таблица 6 – Значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения.

Таблица 7 – Значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих тока.

Значения коэффициентов n-й гармонической составляющей напряжения и тока в сравнение с допустимыми значениями приведены на рисунках 7 и 8 соответственно.

Рисунок 7 – Коэффициенты n-й гармонической составляющей напряжения

Из гистограммы распределения коэффициентов гармоник напряжения (рис. 7) следует, что преобладающими гармониками напряжения являются от 2-ой до 40-ой гармоники напряжения. В условиях отключения осветительных приборов и отсутствия нагрузки наблюдается значительное увеличение амплитуды данных гармоник, что свидетельствует о нарастании нелинейных искажений (помех) в электрической сети.

Рисунок 8 – Коэффициенты n-й гармонической составляющей тока

Из гистограммы распределения коэффициентов гармоник тока (рис. 3.3.9) следует, что преобладающими гармониками тока является от 2-ой до 40-ой гармоники тока. В условиях отключения осветительных приборов и отсутствия нагрузки наблюдается значительное увеличение амплитуды данных гармоник, что свидетельствует о нарастании нелинейных искажений (помех) в электрической сети.

Рекомендации по внедрению установок

На основании детального и многоаспектного анализа текущей ситуации, включая тщательное исследование технических параметров и эксплуатационных характеристик различных решений в области фильтрации высших гармоник и компенсации реактивной (емкостной) мощности, представляется обоснованным рекомендовать внедрение активного фильтра гармоник (АФГ) номинальной мощностью 250 А. Данное решение обладает значительным потенциалом для повышения качества электрической энергии в системе, минимизации негативного воздействия высших гармоник на электрооборудование и инфраструктуру, а также для оптимизации эксплуатационных затрат и повышения надежности функционирования электроустановок.

Внедрение АФГ позволит существенно снизить уровень искажений синусоидальной формы тока, что, в свою очередь, способствует увеличению срока службы электротехнического оборудования и снижению вероятности возникновения аварийных ситуаций. Оптимизация реактивной мощности посредством компенсации реактивных составляющих нагрузки обеспечивает более эффективное использование электрической энергии, что приводит к снижению энергопотребления и эксплуатационных расходов.