Качество электроэнергии на производстве пластиковых контейнеров

Введение

26 апреля 2024 года на производственном объекте, специализирующемся на выпуске пластиковых контейнеров, был проведен технический аудит качества электроснабжения. Аудит осуществлялся компанией «Хомов электро» с привлечением технического специалиста. В рамках аудита применялись специализированные измерительные приборы, среди которых особое место занимал анализатор качества электроэнергии HIOKI PQ3100-10. Этот прибор, обладающий расширенным функционалом, предназначен для комплексного мониторинга параметров электрической сети. С его помощью был проведен детальный анализ ключевых характеристик электроснабжения, включая напряжение, частоту, форму сигнала и другие значимые параметры.

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.

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.

Из полученных в ходе измерения данных следует, что распределение нагрузки по фазам равномерно, характер нагрузки резкопеременный (от 80,0 до 175,51) с значительными по величине колебаниями и с значительной просадкой.

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 0,73 до 0,88 и имеет среднее значение 0,83 характер нагрузки – активно-индуктивный, значения коэффициентов мощности по фазам совпадают. В целом усредненный суммарный коэффициент мощности свидетельствует о том, что компенсация реактивной 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 приближены к критическим значениям 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 приближены к критическим значениям 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 2-я, 3-я, 5-я, 7-я, 9-я, 11-я и 13-я гармоники напряжения.

Рисунок 8 – Коэффициенты n-й гармонической составляющей тока

Из гистограммы распределения коэффициентов гармоник тока (рис. 3.3.9) следует, что преобладающими гармониками тока является 2-я, 3-я, 4-я, 5-я, 6-я, 7-я, 9-я, 11-я, 13-я, 17-я и 19-я гармоники тока.

Рекомендации по внедрению установок

На основании проведенного комплексного анализа и детального изучения текущих технических характеристик, представляется целесообразным рекомендовать внедрение устройства компенсации реактивной мощности (УКРМ), оснащенного антирезонансными дросселями. Данное техническое решение направлено на оптимизацию энергопотребления и повышение эффективности функционирования системы электроснабжения.

В контексте объекта, предусматривающего наличие резервного источника питания в виде дизельного генератора, рекомендуется применять УКРМ с тиристорной коммутацией и антирезонансным дросселем на частоте 134 Гц. Это позволит избежать резонансных явлений, возникающих при совместной работе УКРМ и собственной генерации, что может привести к нежелательным последствиям для стабильности и надежности системы электроснабжения.

В рамках реализации данной системы целесообразно рассмотреть применение устройства КРМТФ-134-0,4-50-12,5. Данный выбор обусловлен его оптимальными техническими характеристиками, которые обеспечивают высокую эффективность компенсации реактивной мощности в условиях современных промышленных и коммерческих объектов. Использование данного устройства позволит минимизировать потери электроэнергии, улучшить качество электроснабжения и повысить общую надежность системы.