ПРИВЕДЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ ИСКАЖЕНИЯ СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ
Конференция: LIII Международная научно-практическая конференция «Научный форум: технические и физико-математические науки»
Секция: Электротехника
LIII Международная научно-практическая конференция «Научный форум: технические и физико-математические науки»
ПРИВЕДЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ ИСКАЖЕНИЯ СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ
REDUCTION OF INDICATORS CHARACTERIZING THE DISTORTION OF THE SINUSOIDAL SUPPLY VOLTAGE
Sergey Pochinyaev
Student, Ufa State Petroleum Technical University, Russia, Salavat
Аннотация. В статье рассмотрен ряд национальных стандартов, нормирующих величину показателей, характеризующих несинусоидальность питающего напряжения.
Abstract. The article considers a number of national standards that normalize the value of indicators that characterize the non-sinusonality of the supply voltage.
Ключевые слова: высшие гармоники; напряжения; государственные отраслевые стандарты; снижение потерь.
Keywords: higher harmonics; voltages; state industry standards; loss reduction.
В процессе выработки, преобразования, распределения и потребления электроэнергии возможны искажения формы синусоидальных токов и напряжений. Источниками искажений, в общем случае, являются синхронные генераторы, силовые трансформаторы, преобразовательные устройства, электроприемники с нелинейным вольт - амперным характеристиками (или нелинейные нагрузки). В рассматриваемом случае, искажения, создаваемые синхронными генераторами и силовыми трансформаторами, не учитываются, т.к. они малы и не оказывают существенного влияния на системы электроснабжения.
Основной причиной искажений являются вентильные преобразователи, во всем своем многообразии, электродуговые сталеплавильные и руднотермические печи, установки дуговой и контактной сварки, преобразователи частоты, индукционные печи, электронные технические средства, газоразрядные лампы и т.п. В связи со значительным ростом применения электротехнических комплексов содержащих в своей структуре вентильные преобразователи, генерирующие в сеть высшие гармоники, появилось достаточно большое число возмущений и искажений в промышленных электросетях.
Наличие в сети высших гармонических составляющих приводит к дополнительным потерям, нагреву токоведущих частей, а также ускоренному старению изоляции и отрицательно сказывается на функционировании различных видов электрооборудования. Кроме того, в зависимости от амплитудного спектра напряжения (тока), а также параметров электрических сетей проявляется специфическое воздействие на различные виды электрооборудования, системы релейной защиты и автоматики. При этом количественные характеристики допустимых значений высших гармоник определяется главным образом на основании экспертных оценок линейных и нелинейных нагрузок, преобладающих в сетях.
Таким образом, для некоторых нагрузок важно нормировать не только показатель, характеризующий искажение кривой напряжения, определяемый отношением суммы квадратов действующих значений высших гармоник к номинальному значению напряжения (или к первой гармонике напряжения), называемый коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения 
(l) или ТНD (total harmonic distortion factor) в зарубежной литературе , но и ограничивать амплитуды отдельных гармоник, которые зависят и от электрических параметров, и от вида нелинейности нагрузки.
(1)
При разработке соответствующих нормативных документов целесообразно информативно использовать стандарты других стран. Подвергать эти документы всестороннему анализу ни в коем случае не осуществляя механического копирования их положений. Kроме того, несмотря на то, что зарубежные стандарты кажутся более жестким в отношении нормирования показателей качества электрической энергии, сложно допустить, что нормируемое электротехнологическое оборудование и электроустановки будут соответствовать отечественным стандартам, что конечно должно уточняться и проверяться в каждом конкретном случае.
Стандартом России ГОСТ 13109-2007 нормируется значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения Ки и отдельных гармоник напряжения. Нормально допустимое и предельно допустимые значения коэффициента искажения синусоидальности для напряжения питающей сети приведено в табл. 1, нормально допустимые значения коэффициента n-й гармоники в табл. 2, при этом предельно допустимые значения принимают равными полуторакратному значению нормально допустимых гармоник.
Следует обратить внимание, что значения 3 и 9-й гармоник относятся к однофазным электрическим сетям. В трехфазных трехпроводных электрических сетях значения следует принимать вдвое меньше.
Таблица 1.
Допустимые значения коэффициента искажения синусоидальности
|
Нормально допустимое значение |
Предельно допустимое значение |
||||||
|
0,38 |
6 - 20 |
35 |
110 - 330 |
0,38 |
6 - 20 |
35 |
110 - 330 |
|
8 |
5 |
4,0 |
2 |
12 |
8 |
6 |
3 |
, % при Uнoм, кВ
Таблица 2.
Нормально допустимые значения коэффициента k-й гармоники
|
Нечетные гармоники |
Нечетные гармоники |
Четные гармоники |
||||||||||||
|
n |
0,38 |
6 - 20 |
35 |
110 - 330 |
n |
0,38 |
6 - 20 |
35 |
110 - 330 |
n |
0,4 |
6 - 20 |
35 |
110 - 330 |
|
5 |
6 |
4 |
3 |
1,5 |
3 |
5 |
3 |
3 |
1,5 |
2 |
2 |
1,5 |
1 |
0,5 |
|
7 |
5 |
3 |
2,5 |
1 |
9 |
1,5 |
1 |
1 |
0,4 |
4 |
1 |
0,7 |
0,5 |
0,3 |
|
11 |
3,5 |
2 |
2 |
1 |
15 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,2 |
6 |
0,5 |
0,3 |
0,3 |
0,2 |
|
13 |
3 |
2 |
1,5 |
0,7 |
21 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
8 |
0,5 |
0,3 |
0,3 |
0,2 |
|
17 |
2 |
1,5 |
1 |
0,5 |
>21 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
10 |
0,5 |
0,3 |
0,3 |
0,2 |
|
19 |
1,5 |
1 |
1 |
0,4 |
12 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
|||||
|
23 |
1,5 |
1 |
1 |
0,4 |
>12 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
0,2 |
|||||
|
25 |
1,5 |
1 |
1 |
0,4 |
||||||||||
|
>25 |
0,2+1,3*25/k |
0,2+0,8*25/k |
0,2+0,6*25/k |
0,2+0,2*25/k |
||||||||||
При практическом определении несинусоидальности напряжения по данному стандарту проводится 9-ть измерений в течение 24 часов через равные промежутки времени для каждой гармоники, находится их среднеквадратичное значение, а затем определяется коэффициент искажения синусоидальности [2, с. 44]. Очевидно, что использование такого метода дает хорошие результаты в том случае, если нагрузка не изменяется в течение суток.
Данный стандарт (в версии 97 года) принят также в Армении, Беларуси, Казахстане, Киргизии, Молдове, Таджикистане, Туркменистане и Узбекистане в качестве национального стандарта [1, с. 89].
Нормы EN 50160 разработаны для сетей низкого напряжения и сетей среднего напряжения до 35 кВ. Данные нормы приняты в Германии, Норвегии, Дании, Польше и других европейских странах.
Согласно EN 50160 в нормальных режимах каждые сутки в любом 10-мииутном интервале времени усредненные величины действующих значений высших гармоник напряжения должны быть не больше, приведенным в табл. 3, при этом коэффициента искажения синусоидальности должен быть не больше 8 % [1, с. 119], [3, с. 8].
При практическом определении значения коэффициента k-й гармоники и коэффициента искажения синусоидальности согласно EN 50160 составляют график нагрузок, на кото ром в течение 7 дней через 10 минутный промежуток времени отложен замеренный коэффициента искажения синусоидальности (1008 измерений). Таким образом, видно, что использование такого метода дает хорошие результаты при статической и при слабо динамической нагрузке.
Таблица 3.
Предельно допустимые значения коэффициента k-й гармоники согласно EN 50160
|
Нечетные гармоники |
Четные гармоники |
||||
|
Гармоники некратные трем |
Гармоники кратные трем |
Номер гармоники |
Относительное напряжение (%) |
||
|
Номер гармоники |
Относительное напряжение (%) |
Номер гармоники
|
Относительное напряжение (%) |
||
|
5 |
6 |
3 |
5 |
2 |
2 |
|
7 |
5 |
9 |
1,5 |
4 |
1 |
|
11 |
3,5 |
15 |
0,5 |
6,,,24 |
0,5 |
|
13 |
3 |
21 |
0,5 |
|
|
|
17 |
2 |
|
|||
|
19 |
1,5 |
||||
|
23 |
1,5 |
||||
|
25 |
1,5 |
||||
Американский стандарт IEEEStd 519 разработан американским национальным институтом стандартизации (ANSI) и институтом инженеров электриков и электронщиков. Стандарт включает в себя нормы предельно допустимых значений коэффициентов k-й гармоники и коэффициентов искажения синусоидальности потребляемого тока и нормы предельно-допустимых коэффициентов k-й гармоники и коэффициентов искажения синусоидальности напряжения для сетей низкого, среднего и высокого напряжения [4, с. 32]. При этом максимально-допустимые значения токов четных гармоник ограничены 25% от значения «предыдущей» нечетной гармоники.
Рассмотрев вышеуказанные отраслевые стандарты, можно прийти к заключению, что в целом, зарубежные стандарты EN 50160 и IEEEStd 519 предъявляют более «жесткие» требования к наличию в сети высших гармоник.
