Детектирование источников проблем в сети и смягчение их последствий

Качество электроэнергии имеет большое значение для владельцев и руководителей предприятий, стремящихся повысить энергоэффективность производства. Многие уже воспользовались простыми решениями. Генераторы и системы бесперебойного питания защищают от провалов напряжения. Устройства стабилизации предотвращают скачки. Динамические компенсаторы искажения напряжения исправляют низкий коэффициент мощности. Однако, это далеко не всё.

Исследование, проведённое Европейским институтом меди (European Copper Institute) в 2012 году, показало, что 40% незапланированных отключений вызваны отклонениями качества электроэнергии. Кроме того, 4% годового дохода теряется по этой же причине.

Цитируя отчёт Research & Markets, опубликованный в мае 2017 года, «мировой рынок оборудования для обеспечения качества электроэнергии оценивается в 29,74 млрд долларов в 2017 году и, как ожидается, будет расти, достигнув в 2022 год 40,8 млрд долларов». И любой руководитель производства или электросбытовой компании не удивится такому положению дел.

Вот несколько обстоятельств, которые заставили задуматься о качестве электроэнергии:

· стареющая электрическая инфраструктура;

· рост доли возобновляемых источников и распределение генерации электроэнергии;

· побочные последствия энергоэффективности.

Низкое качество электроэнергии ставит под угрозу оборудование и доходы компаний каждый день. Снижается мощность производства, сокращается расчётный срок службы оборудования, что может привести к простою, и, как следствие, к существенному снижению прибыли предприятия. Некачественная электроэнергия – настоящий бесшумный убийца в системе энергоснабжения объекта.

Проблема, с которой сталкиваются большинство владельцев объектов, заключается в отсутствии полезной информации по качеству электроэнергии. Хотя количество установленных анализаторов за последние годы увеличилось, для типичного обслуживающего персонала показатели качества не являются очевидными. Тем не менее, в руках эксперта, данные, полученные от этих устройств могут стать значимыми и полезными.

Что такое качество электроэнергии?

В идеальной трёхфазной системе электропитания напряжения имеют номинальную амплитуду и частоту, они идеально сбалансированы и имеют форму идеальной синусоиды. Любое нарушение одного из трёх параметров - величины, частоты и формы волны - классифицируется как проблема качества электроэнергии.

Отклонения от номиналов могут оказывать негативное воздействие на электрическую систему и оборудование. Наиболее распространённые явления – это прерывания, провалы, скачки напряжения, гармонические искажения и изменения частоты.

Удивительно, но учитывая огромный разрушительный потенциал некачественного энергоснабжения для промышленной инфраструктуры, события в электросети в основном не детектируются и не мониторятся.

Многие руководителей знакомы с его последствиями: простоем производства, преждевременным отказом оборудования, снижением электрической мощности и влиянием на электросеть объекта. Однако, когда дело доходит до выявления и оценки причин плохого качества электроэнергии, у большинства владельцев для этого практически нет инструментов.

Можно сказать, что отклонения качества электроэнергии в электросетях со временем будут происходить чаще. Старение инфраструктуры означает более высокий риск сбоев. Возобновляемая энергия помогает снизить стоимость энергии, но создаёт проблемы с балансировкой энергосистемы. Частотные приводы и светодиодные фонари являются источником гармоник, которые приводят к перегреву обмоток трансформаторов и ложным срабатываниям автоматов.

Система мониторинга качества электроэнергии может помочь компаниям предотвратить все эти явления на объектах. Этот процесс состоит всего из трёх шагов.

Шаг 1: Установите анализаторы и измерьте параметры электроэнергии

Чтобы понять, что происходит в энергосистеме, необходимо провести измерения. Причём важен не только выбор правильного оборудования, но и понимание того, что будет измеряться.

Поскольку анализаторы энергии обычно стоят дороже, чем обычные электросчётчики, необходимо размещать их в самых важных местах системы. Например, в точке разграничения балансовой принадлежности.

Далее, следует определить, какие типы помех являются внешними и внутренними, а также к какому типу относятся. Например, если речь идёт о полном гармоническом искажении напряжения по сравнению с полным гармоническим искажением тока, подход к измерению будет отличаться.

Понимание типов событий поможет и выборе анализатора. Если у компании их ещё нет, стоит привлечь специалиста по качеству электроэнергии для оценки параметров с использованием портативных анализаторов.

Кроме того, оценка качества электроэнергии позволит классифицировать проблемы в сети по величине экономического воздействия. Как правило, провалы напряжения и переходные процессы наносят наибольший урон предприятию. И эта информация пригодится для экономического обоснования инвестиций в систему мониторинга и защиты.

Анализаторы 3 уровня – это базовые измерители мощности, которые обеспечивают измерения гармоник. Они должны быть установлены на кабелях всей электрической системы. Анализаторы 2 уровня обычно умеют распознавать форму сигнала и детектировать провалы/скачки напряжения, а также с ограничениями определять соответствие качества энергии стандартам. Они могут быть установлены на первичном распределительном устройстве среднего или низкого напряжения. Самые современные анализаторы 1 уровня устанавливаются на вводе с внешних электросетей, а также на другом питающем оборудовании, например, распределительном устройстве генератора. Они умеют составлять полный отчёт о соответствии качества энергии стандартам, обнаруживать переходные процессы, импульсные скачки и мерцания, а также имеют широкие возможности для анализа гармоник.

При этом важно правильно устанавливать пороговые значения, которые определяются ГОСТ 32144-2013, для детектирования тех или иных событий в сети.

Шаг 2: Проанализируйте данные измерений

Вторым шагом в процессе управления качеством электроэнергии является обработка результатов измерений. Анализ включает в себя интерпретацию данных и оценку влияния событий в сети на электрические установки и оборудование. Исследование может проводиться регулярно (например, раз в месяц) или по запросу (например, по срабатыванию оповещения).

Для этого обычно привлекаются опытные специалисты с узкой специализацией в области качества электроэнергии и знанием современных электроустановок. Они способны сопоставлять данные о событиях в сети с возможными повреждениями оборудования, неисправностями или простоем.

Руководители предприятий и обслуживающий персонал не всегда являются экспертами именно в области качества электроэнергии, поэтому им может быть сложно интерпретировать данные измерений и извлекать из них ценную информацию. Однако, текущая тенденция заключается во внедрении возможностей анализа в сами системы мониторинга качества энергии. В них можно настроить информационные панели и соответствующие виджеты для анализа проблем в сети. Причём, хорошая система будет предварительно обрабатывать данные измерений, и представлять результаты в простом и понятном виде.

Обслуживающий персонал сможет отслеживать показатели качества электроэнергии на панели управления и получать информацию не только о событиях в сети, но и о важных тенденциях на объекте. Хорошая система управления электропитанием будет совмещать мониторинг параметров и средства управления энергосетью для достижения большей эффективности использования энергии.

Для кратковременных событий, таких как провалы напряжения, скачки, переходные процессы и прерывания, рекомендуется использовать статистические виджеты, круговые диаграммы или счетчики. Можно отслеживать количество событий за определенный период времени и сортировку по типу события и предполагаемому воздействию на оборудование. Эта информация может помочь инженерам-электрикам определить, является ли та или иная проблема электропитания причиной отказа оборудования.

Некоторые информационные панели упрощают анализ качества электроэнергии, окрашивая индикаторы в разные цвета и связывая их с каждым типом события. Используя этот инструмент, пользователь может увидеть где находится проблема, а затем перейти к более подробной информации.

Хорошая система также учитывает аспекты экономического воздействия различных событий в энергосети. Прояснение этих вопросов облегчает проведение анализа затрат и выгод, и облегчает оценку возврата инвестиций в системах мониторинга качества электроэнергии.

Шаг 3: Действуйте согласно ситуации

После анализа измерений и понимания потенциальных затрат и убытков, руководители и инженеры объекта имеют значительные преимущества и ясность в разработке плана повышения качества электроэнергии. Этот проект может быть инвестицией в защитное оборудование, изменением архитектуры электрической системы, модернизацией производства или получением более качественной электроэнергии от поставщика. И хорошая система позволит ещё до внедрения оценить то, насколько верна стратегия улучшения качества энергоснабжения.