В зависимости от сложности технологического процесса, объема и технического уровня используемого в производстве силового оборудования, затраты на электроэнергию при изготовлении могут быть очень значительными и нередко превышают половину себестоимости продукции.
Вместе с тем, даже сегодня в условиях реальной рецессии экономики многие менеджменты и владельцы производственных и непроизводственных объектов не осознают безусловные факты того, что в электросетях объектов уже давно нет и не может быть простых расчетов энергопотребления по номинальным характеристикам силового оборудования (и связанных с обеспечением деятельности энергосистем).
На реальное энергопотребление влияет режим работы, характер нагрузки, параметры, стабильность электроснабжения, которые зависимы друг от друга, а также негативное воздействие силовых сетей вне балансовой принадлежности владельца объекта, включая саму распределительную сеть. Или проще — минимум (условно) электроэнергии оборудование будет потреблять из сети только при номинальном (стандартизированном) напряжении без искажений (провалов, бросков) и в установившемся стабильном режиме работы (не во время пуска, остановки).
Но если в сети или смежных силовых сетях есть нелинейная нагрузка, то уже априори присутствуют искажения по току — из-за наличия гармоник синусоида тока перестает быть таковой по факту, вызывает искажение формы сигнала напряжения, а в итоге перегрев трансформаторов и другого силового оборудования, перегрузки по току в нейтральных соединительных проводах, помехи в линиях телекоммуникаций, проблемы управления микропроцессором электронных устройств и т.д. и т. п.
Т. е. для номинального энергопотребления с простыми расчетами нужна электросеть, как «изолированная от внешних сетей» для исключения трансмиссии искажений извне, так и без нелинейной нагрузки с постоянно работающим оборудованием, что сегодня буквально nonsense.
Стоит сказать и о том, что чем совершеннее силовая сеть объекта, в том числе с искусственным интеллектом (современная интерпретация систем автоматического, а часто и автоматизированного управления), тем больше искажений сетевых параметров, поскольку буквально все электронные устройства являются источниками эмиссии гармоник разных порядков.
Справка
Как бы не выглядело «парадоксальным» для сетевых «экспертов, специалистов», но те же активные фильтры гармоник (АФГ) на биполярный транзисторах с изолированным затвором (IGBT) и их маркетинговые разновидности — тоже генерируют гармоники, а значит «чистая» сеть выше места подключения — не более, чем утопия, безусловно, если дополнительно не используются пассивные фильтры для устранения искажений от самого АФГ.
Defacto то же относится и к конденсаторным установкам повышения коэффициента мощности, инвертерам, конвертерам, источникам бесперебойного питания, демпфирующим реакторам и т. д., причем даже (условно) линейные нагрузки, такие как силовые трансформаторы, могут работать нелинейно в условиях насыщения. Так, в некоторых случаях плотность магнитного потока (ось «В» на рис. ниже) в трансформаторе перестает увеличиваться или увеличивается очень незначительно, хотя интенсивность магнитного потока (ось «Н» на рисунке ниже) продолжает расти.
Это происходит за пределами так называемого колена насыщения кривой намагничивания трансформатора и известно как кривая гистерезиса. Конечно, этот нелинейный эффект будет продолжаться до тех пор, пока преобладает условие насыщения, например, на трансформатор может быть подано повышенное напряжение во время низкой нагрузки, которое может длиться до нескольких часов, или состояние перегрузки трансформатора вызвано пуском больших двигателей или высокоинерционных нагрузок в промышленных условиях, длящихся несколько секунд. Кривая намагничивания трансформатора (кривая 0-1) начинается в точке 0 с увеличением напряженности магнитного поля «H», достигает точки 1 на пике «H», за пределами которого магнитный поток показывает пологий характер, то есть небольшое увеличение «B» при значительном повышении «H».
Следовательно, ток начинает искажаться и, таким образом, также появляются гармонические составляющие на форме волны напряжения. От точки 1 к точке 2 характеристика «B-H» изменяется по другому пути, так что, когда напряженность магнитного поля уменьшается до нуля, в сердечнике трансформатора остается остаточная магнитная индукция Br, называемая остаточной намагниченностью, устраняемая только тогда, когда напряженность электрического поля меняется на противоположную и достигает так называемой коэрцитивной силы Hc. Точка 4 соответствует пику напряженности магнитного поля отрицательного цикла, и когда «H» возвращается к нулю в конце первого цикла, характеристика «B-H» заканчивается в точке 5, а полный цикл гистерезиса будет завершен, когда «H» снова достигнет своего пикового положительного значения, чтобы вернуться в точку 1.
Область, охваченная кривой гистерезиса пропорциональна потерям в сердечнике трансформатора, а значит нормальная работа силовых трансформаторов должна быть ниже области насыщения. Однако когда трансформатор работает за пределами его номинальной мощности — в часы пиковой нагрузки — или выше номинального напряжения, особенно если конденсаторные батареи коэффициента мощности остаются подключенными к линии в условиях небольшой нагрузки, то трансформаторы работают в режиме насыщения, что приводит к нерациональным потерям электроэнергии.
С ростом уровня гармонических искажений в силовых сетях традиционное определение коэффициента мощности как косинуса угла между напряжением и током на основной частоте уже не является актуальным и расширилось до рассмотрения среднеквадратичных значений сигналов различных частот.
Это уже используется практически во всех счетчиках электроэнергии, т. е. потребитель платит и за активную/реактивную мощность на фундаментальной частоте, и за всю мощность на нефундаментальных частотах, а значит рационально нивелировать любые гармонические искажения в электросети, безусловно в совокупности с компенсацией реактивной мощности на основной частоте.
