Энергетика России

    В России качество электрической энергии нормирует стандарт ГОСТ 13109 «Нормы качества электрической энергии у ее приемников, присоединяемых к электрическим сетям общего назначения».
Для количественной оценки качества электроэнергии используются различные параметры режима питающей сети, характеризующие частоту и напряжения потребляемого электрического тока.
В реальных условиях работы электрической сети параметры ее режима изменяются в достаточно широких пределах вследствие непрерывного изменения нагрузки потребителей, плановых и аварийных включений и отключений отдельных приемников электроэнергии, элементов сети и генераторов электростанций.
Отклонения параметров режима питающей сети от номинальных значений снижают экономичность работы приемников за счет уменьшения производительности технологических установок (снижение частоты вращения электродвигателей, замедление химических, термических и других процессов), сокращения сроков службы электро-приемников (при работе с повышенным на 10% напряжением обычные лампы перегорают втрое быстрее) и могут наносить прямой материальный ущерб за счет нарушения технологических процессов и брака продукции.
Для линий трехфазного  переменного тока показателями качества являются:
-отклоненияи колебания частоты;
-отклонении и размах напряжения;
-несинусоидальность напряжения;
-несимметрия напряжений по фазам, а так же смещение потенциала нейтрали;
-дисбаланс напряжения.
Для линий однофазного тока используются теже показатели, за исключением несимметрии и неуравновешенности напряжения.
Качество электроэнергии в сетях постоянного тока характеризуется:
-отклонениями и размахом изменения напряжения;
-коэффициентом пульсации действующего напряжения.
Частота является инвариантом для всей электрическисвязанной сети (от выводов генератора до розетки квартире). Остальные показатели имеют локальный характер и существенно зависят от точки измерения.
Если изменение показателя качества электроэнергии во времени носит случайный характер, то приводимые в ГОСТ значения относятся к тем, которые определяются с интегральной вероятностью 95% (т. е. не меньше чем в 95% случаев значение контролируемого параметра не должно выхолить за заданные пределы).
Под отклонением частоты рассматривается разность фактического значения и номинальной величины, усредненная за десять минут. В нормальном, установившемся режиме отклонене частоты должно находиться в пределе 0,1 герц; допускается временная работа энергосистем с отклонениями усредненной за десять минут частоты в пределе 0,2 герца.
Размах колебанния частоты обуславливается разностью наибольшего и наименьшего значениями за некоторый временной промежуток. Размах колебаний не должен превышать 0,2 герца сверх допустимых отклонений.
Причиной  длительных снижений частоты является дефицит баланса мощности или дефицит энергоресурсов в энергосистеме. Для устранения дефицита мощности необходим ее дополнительный на электростанциях (либо ограничение нагрузки потребителей). Кратковременные снижения и повышения частоты являются следствием недостатка маневренных мощностей, способных оперативно откликаться на изменения баланса мощности энергосистемы. Для устранения таких отклонений частоты необходимо увеличивать долго маневренных агрегатов в структуре мощностей энергосистемы. Наличие недопустимых колебаний частоты указывает на необходимость совершенствования системы автоматического управления мощностью электростанций.
Под отклонением напряжения понимается относительная разность фактического значения и номинальной величиной напряжения, существующая при изменении режима со скоростью изменения напряжения не более 1 % в одну секунду: Отклонения напряжения допускаются: от минус 2,5 до плюс 5%  от номинального на приборах рабочего освещения в зданиях, а также прожекторных установок; от минус 5 до плюс 10% на клеммах электрических двигателей и пусковых аппаратов; в пределах  5% на выводах остальных электроприемников.
В электрических сетях сельскохозяйственных районов, кроме животноводческих ферм и птицефабрик, а также в сетях, запитаных от шин тяговых подстанций электротранспорта, при наличии специальных технико-экономических обоснований с разрешения Минэнерго допускаются другие значения отклонений напряжения.
В послеаварнйных режимах разрешается понижение напряжения на 5% сверх значений, указанных выше.
Глубокие снижения напряжения могут , иметь место при перегрузке сети. Повышения напряжения могут наблюдаться при
значительном снижении загрузки сети, особенно на протяженных линиях электропередачи сверхвысокого напряжения, имеющих значительную зарядную реактивную мощность.
Отклонения напряжения могут быть уменьшены: увеличением степени компенсации реактивной составляющей нагрузки потребителей; установкой средств компенсации на подстанциях энергосистем — синхронных компенсаторов, батарей конденсаторов, реакторов; повышением оснащенности сети устройствами регулирования напряжения.
Колебания напряжении обуславливаются размахом напряжения: относительной разностью наибольшего и наименьшего значениями напряжения при изменении напряжения не меньше 1 % от номинального в секунду, частотой , а так же интервалом между смежными изменениями напряжений.
Колебания напряжения вызываются режимами технологических установок— пусками электродвигателей, работой сварочных аппаратов, выпрямительных установок и др. — и практически неустранимы. Уменьшить колебания напряжения можно за счет снижения сопротивления питающей сети путем ее усиления, применения продольной компенсации, приближения приемников с резкопеременной нагрузкой к мощным источникам питания, а также за счет применения специальных средств безинерцнонного регулирования (специальные синхронные компенсаторы, управляемые реакторы).
Несинусондальность  кривой напряжения обусловлена составом высших гармоник и их действующими значениями (учитываются гармоники по 13-ю включительно) и допускается в следующих размерах: действующее значение высших гармоник на клеммах электроприемника должно быть не выше 5%  от действующего напряжения на  основной частоте. На выводах асинхронных двигателей допускается большая несинусоидальность по условию допустимого нагрева.
Высшие гармоники напряжения неблагоприятно сказываются на работе электроприемников и электрических линий, средств автоматики и связи, измерительных приборов, и многих другихпотребителей.
Снижение вредного влияния высших гармоник достигается продуманным проектированием схемы электроснабжения (путем выделения нелинейных нагрузок и нх приближения к мощным источникам питания) и применением специальных фильтрокомпенсирующих устройств. Кривая напряжения, подводимого к электроприемникам, в установившихся режимах не должна содержать субгармонических составляющих.
Несимметрия трехфазной системы возникает в аварийных ситуациях — при пропаже или отключении какой либо фазы, в рабочих  режимах — при работе мощных однофазных нагрузок распределенных несиметрично, при несимметрии параметров элементов сети. Очень часто несимметричная система напряжений на клеммах электроприемников появляется в следствие того, что несимметричные токи нагрузкия вляются следствием падения напряжения в сети.
В трехфазной распределительной сети с однофазными осветительными и бытовыми электроприемниками напряжение обратной последовательности должно быть ниже значений, при которых действующие значения напряжений находятсяза допустимыми пределами. Напряжение обратной последовательности в пределах до 2% номинального длительно допустимо на клеммах любого трехфазного электропрнемника. На выводах асинхронных двигателей напряжение обратной последовательности определяется но условию допустимого нагрева и может быть больше 2%.
Помимо несимметрии, вызываемой напряжением обратной последовательности, может возникать несимметрня от наложения на систему прямой последовательности системы нулевой последовательности.
В трехфазных сетях без пулевого провода составляющая нулевой последовательности отсутствует (сумма линейных напряжений равна нулю). В четырехпроводных сетях напряжением до 1000 В смешение нейтрали обуславливается относительно нулевого провода в точке подключения электроприемников. Напряжение нулевой последовательности должно быть ниже значений, при которых действующие значения напряжения находятся в допустимых пределах.
Степень неснмметрии можно уменьшить за счет более равномерного распределения по фазам однофазных нагрузок, применения специальных средств симметрирования сети (компенсации сопротивления отдельных фаз, включения в разные фазы шунтовых батарей конденсаторов разной мощности), создания специальных схем для питания несимметричных нагрузок.
Формулы для определения действующих значений напряжения в сетях однофазного и трехфазного тока симметричных и несимметричных систем, а также действующих значений составляющих прямой, обратной и нулевой последовательностей гармоник напряжения приведены в приложениях к ГОСТ 13109.
Государственный стандарт на качество электроэнергии вводится в энергосистемах постепенно, по мере оснащения соответствующими средствами регулирования и контроля. В период до повсеместного внедрения стандарта действуют положения по качеству электроэнергии, содержащиеся в Правилах пользования электрической энергией», регламентирующих взаимоотношения между энергосистемой и потребителями.

    Все значительные проявления опасного влияния, которое отражается на окружающей среде разнообразными электротехническими объектами, находящимися в составе РАО ЕЭС, можно подразделить на следующие перечисленные большие группы.
Влияние на окружающую среду электрического поля. Поле, создаваемое линиями  электропередачь сверхвысоких токов и напряжений, может оказывать существенное вредное воздействие на организм человека, а также и на другие живые организмы и растительность.  Нормамы и правила охраны труда работ на линиях и подстанциях напряжением четыреста, пятьсот и семьсот пятьдесят киловольт в России регламентирована допустимая продолжительность пребывания людей в электрическом поле. Так, при существующей напряженности поля в двадцать киловольт на метр допускаетсянахождениев нем продолжительностью в десять минут и в течение одних суток,  при напряженности десять киловольт на метр — продолжительностью три часа Напряженность ноля пять киловольт на метр и более низкая считается безопасной для человека, и длительность пребывания в таком поле в течение рабочего периода считается относительно безопасной и не ограничевается. На эксплуатируемых линиях пятьсот киловольт напряженность электрического поля под проводами достигает интервала от десяти до двенадцати киловольт на мет, на линиях семьсот пятьдесят киловольт составляет пятнадцать киловольт на метр.
Электрическое поле индуцирует на изолированных от земли телах потенциал, который при касании  этих объектов человеком, стоящим на земле, приводит к прохождению через тело человека тока импульсного характера. Этот импульсный ток под линией семьсот пятьдесят киловольт может достигать порядка нескольких ампер, и вызывать относительно неприятные ощущения, а так же даже быть опасным для жизни. Учет вредного влияния электрического поля оказывает существенное влияние на принимаемые решения при выборе трасс и конструкций линий электропередач напряжением в диапазоне от семьсот пятидесяти до тысячаста пятидесяти киловольт. К вредным проявлениям электрического поля можно также отнести помехи радиотелевизионному приему.
Для защиты от вредного влияния электрического поля предусматриваются специальные заземленные навесы или тросы в местах, часто посещаемых людьми, экраны и индивидуальные средства защиты для эксплуатационного персонала, а также организационные меры: предупредительные и агетирующие плакаты, ограничение длительности пребывания в зоне действия поля.
Увеличение шума. Как правило источниками шума являются абсолютно  все объекты энергетики — электростанции, линии электропередачи и подстанции. В  практике строительства и эксплуатации, в последнее время, все чаще приходится сталкиваться с вопросами шума от подстанций, близких к жилым поселениям. Источниками неприятного шума на подстанциях являются практически все технологическое оборудование.
Изъятие из пользования земли и воды. Сооружение разнообразных энергетических объектов требует, как правило, отъема значительного количества площадей. При этом из пользования изымаются земли, имеющие интерес  и для других отраслей  хозяйства. Вопросы отъема площадок под застройство электростанций и сетей в густонаселеннойчасти России являются сложной задачей. Для новых крупных электростанций площадь земель отъема  составляет примерно  0,1—0,3 гектара на каждый 1 МВт илидаже больше. Для постройки всех сетей напряжением свыше тридцати пяти киловольт под подстанции и опоры ВЛ отводятся в среднем по России 0,1—0.2 гектара на каждый 1 МВт роста нагрузки. Огромные площади занимают водохранилища гидроэлектростанций.

        В виду возможности одновременности процессов потребления и производства электроэнергии в энергосистемах для каждого момента времени должно иметься соответствие расходной части баланса мощности, в том числе  с учетом потерь в сетях и собственных нужд электростанции, и его приходной частью, к которой так же относится и мощность электростанций (с учетом перетоков между энергосистемами). При эксплуатации баланс мощности определяется на каждый час суток , а также на каждый месяц последующего квартала.
При проектировании энергосистем баланс мощности определяется для определения суммарного ввода мощности на электростанциях и взаимного обмена мощностью с другими энергосистемами.
Составление балансов производится для периода прохождения зимнего максимума нагрузки. При наличии крупных потребителей по сезону либо электростанций с существенным колебанием располагаемой мощности в зависимости от сезона  производится пересчет баланса по весеннему и летнему периоду.
Расходная часть баланса энергосистем складывается из:
- максимума нагрузки(годового) энергосистемы;
-балансового потока мощности в другие энергосистемы
-расчетного резерва мощности.
Приходная часть баланса составляется исходя изтехникоэкономических расчетов, учитывающих выбор структуры генерирующей мощности, т. е. расчетов на обосновании местоположения, состава, основных параметров, вида используемого топлива и очереди строительства электрических станций. Оптимальное определение развития  мощностей производится в 2 этапа. В начале для энергосистемы в целом и каждой ОЭС в тандеме с оптимизацией ТЭК страны находится выгодная структура генерирующих мощностей, отличающихся типом основного оборудования и видом энергоресурса. В связи с неоднозначностью исходных данных, результаты , как правило, находятся в зонеоптимальных решений. Данный этап работы,для страны в целом,выполняется централизованно.
В результате, находятся оптимизированные семмарные диапазоны мощностей  на разных видах топлива, общая мощность, а также оптимальные размеры взаимных перетоков мощности и между общими энергетическими системами.
На следующем этапе для каждой общей энергетической системы в пределах  диапазона мощностей электростанций обосновывается выгодный состав, основные параметры, размещение, а так же последовательность развития объектов. При формировании новых вариантов развития используются результаты проектных разработок специализированных организаций по нахождению возможных пунктов сооружения электростанций на территориях соответствующих ОЭС, по схемам использования водных ресурсов,развития теплофикации, по характеристикам нового оборудования.
Задача расчета наращивания генерирующих мощностей на всех этапах решается совместно с аналитическим расчетом   режимов работы электростанций в суточном цикле, недельном и годовом циклах.
Для энергосистем, входящих в более крупные объединения, планируемый обмен мощностью с другими энергосистемами, а также расчетный резерв мощности определяются но данным баланса мощности и расчета надежности соответствующего объединения. Баланс мощности удовлетворяет условиям, если отклонение баланса от расходной части не превышает одной второй мощности крупнейшего из ведомых агрегатов. Дефициты или избытки мощности в указанных пределах рассматриваются как случайные отклонения, лежащие в пределах точности прогноза.
Необходимая перспективная установленная мощность электростанций энергосистемы определяется исходя из помечаемого ввода мощности, а также технико-экономического  обоснования демонтажа физически и морально изношенного оборудования.
Располагаемая мощность , учитываемая в балансе мощности на период максимума нагрузок, принимается равной сумме их установленных мощностей за минусом ограничений и разрывов мощности оборудования.
При проектировании развития энергосистем в составе ограничений учитываются:
-снижение мощности из-за неполного освоения к моменту прохождения максимума расчетного года головных образцов нового оборудования, а также серийных агрегатов, вводимых в IV квартале расчетного года;
-снижение мощности из-за временного несоответствия между отдельными элементами технологической схемы электростанций (для них и эксплуатации используется термин «разрывы мощности»), ограничений но выдаче мощности, отсутствия тепловых нагрузок (для турбин с противодавлением), снижения напора ГЭС против расчетного или ограничения режима ГЭС вследствие удовлетворения требовании неэнергетических потребителей и т. п.
Сумма ограничений при составлении перспективных балансов мощности принимается на основании анализа существующих в эксплуатации ограничений с учетом мероприятий, намечаемых по их устранению. В крупных объединениях при отсутствии более точной информации ограничения принимаются в среднем равными 6—8% установленной мощности электростанций.
Баланс электроэнергии энергосистем составляется: для проверки возможности выработки необходимого количества электроэнергии в течении года электростанциями, будучи в балансе мощности; для расчета потребности в топливе энергосистемы; для определения потоков энергии между энергосистемами. Расходная часть баланса энергии складывается из электропотребления данной энергосистемы (с учетом потерь в сетях), расхода энергии па заряд ГАЭС и передачи электроэнергии в последующие энергосистемы.
Приходная часть баланса энергии включает в себя выработку электроэнергии всеми электростанциями системы и планируемое получение энергии из других энергосистем.
Выработка гидроэлектростанций имеет учет по средней многолетней. Для энергосистем с  удельным весом ГЭС 30% и выше, производится проверка баланса также и для условий гарантированной в условиях маловодного года 95%-ной обеспеченности выработки электроэнергии гидроэлектростанциями. Распределение годовой генерации электроэнергии между тепловыми электростанциями производится исходя из их экономичности, обеспеченности ресурсами, стоимости различных видов топлива и маневренных характеристик оборудования. Обычно для этого находится распределение суточной выработки между электростанциями для характерных суток различных сезонов — зимы, лета и периода  паводка — и оценивается длительность сезонов.
Для приближенных расчетов выработка отдельными типами электростанций может оцениваться по годовым числам часов использования установленной мощности. Баланс считается удовлетворительным, если число используемых часов  среднегодовой существующей мощности ТЭС в среднем не превышает 6500.