Стандарты КЭ. Качество электрической энергии и его показатели. Стандарты качества электрической энергии. Электромагнитные помехи
 Скачать 168.35 Kb.
|
|
Энергетика и энергоснабжение УДК 621.315.05: 621.315.05 Качество электрической энергии и его показатели. Стандарты качества электрической энергии. Электромагнитные помехи Жуков А.С., Крупнов А.В. Аннотация. В статье рассмотрены электромагнитные помехи, их причины, источники и влияние на работу предприятий. Рассмотрены показатели качества электроэнергии. Дана характеристика нормативно-правовым документам в области контроля качества электроэнергии и оценено их влияние на отрасль. Ключевые слова: качество электрической энергии, стандарт, показатели качества электрической энергии, электромагнитные помехи , электромагнитная совместимость, интергармоники, отклонение напряжения, колебание напряжения, несинусоидальность напряжения. ВВЕДЕНИЕ Изменение качества электрической энергии (КЭ) может повлечь за собой серьёзные последствия. Прежде всего, это неэффективная работа электроустановок, неработоспособность системы электроснабжения, снижение срока службы оборудования и, соответственно, высокая стоимость эксплуатации электроустановок. Вопрос КЭ является одним из самых важных для потребителей. Для уточнения термина обратимся к действующему на данный момент ГОСТ 32144-2013: Качество электрической энергии - степень соответствия характеристик электрической энергии в данной точке электрической системы совокупности нормированных показателей КЭ. К основным параметрам КЭ относят: частоту, значение, форму и симметрию напряжений в трехфазных системах электроснабжения и т.д. Стоит напомнить, что влияние системы и отдельного потребителя является взаимным, т.е. потребитель электрической энергии также влияет на систему путём внесения помех. Таким образом, мы подходим к определению электромагнитной совместимости (ЭМС): ЭМС- способность устройств правильно функционировать в данной электромагнитной среде без внесения чрезмерных возмущений в эту среду, либо в другие устройства. [3, с.10] В таком случае КЭ стоит рассматривать как составную часть ЭМС или же её производную: чем выше совместимость, тем меньше помех при работе создают друг другу технические устройства и тем выше КЭ у отдельных потребителей. ЭМП И ИХ ИСТОЧНИКИ В цехах современных предприятий более 50% электроэнергии используется в преобразованном виде, в некоторых отраслях промышленности этот показатель составляет до 90-95 %. Широко применяются вентильные преобразователи (ВП), различного рода преобразователи частоты и т.д. [3, с.65]. Вентильные двигатели являются мощными источниками высших гармоник (ВГ). В зависимости от вентильных преобразователей как общий уровень пульсаций напряжения, так и преобладание каких-либо отдельных гармоник меняется. К примеру, часто применяются с 6-пульсные мостиковые схемы, преобладающими в них являются 5,7,11 и 13 гармоники. Преобразователи на таких схемах применяют в электроприводе прокатных станов, в электролизных установках, в установках с резкопеременными и ударными нагрузками. Чем выше пульсации напряжения, тем выше величина ВГ. Преобразователи частоты делятся на непосредственные преобразователи частоты (НПЧ) и преобразователи со вставкой постоянного тока. НПЧ выступают в качестве источников не только ВГ, но и интергармоник (ИГ). Причиной является механизм работы элемента: из трёхфазного входного сигнала выбираются участки, подходящие под заданные условия и из них формируется выходной сигнал. Данный процесс  наглядно показан на рис.1 Рисунок 1- Входной и выходной сигнал НПЧ НПЧ являются сильнейшими источниками электромагнитных помех (ЭМП). Преобразователи с вставкой постоянного тока нашли большее распространение в промышленности из-за возможности большего диапазона возможностей. Входной сигнал изначально преобразовывается в пульсирующий, а затем в выходной переменный заданной частоты. С точки зрения рассматриваемой темы, важно, что преобразователи данного типа более благоприятны с точки зрения создаваемых помех, однако при этом всё равно создаются как ВГ, так и ИГ. Дуговые сталеплавильные печи (ДСП) являются значительным источником ЭМП: ВГ, ИГ, колебаний и несимметрии напряжений. Последнее наблюдается за счёт того, что установки могут быть однофазными. Впрочем, чаще всего ДСП работают либо на трёхфазном напряжении, либо на постоянном. Электросварочные установки (ЭСУ) создают практически все возможные виды ЭМП: ВГ, несимметрию, провалы и колебания напряжения. При точечной сварке ИГ появляются в диапазоне 35-75 Гц с амплитудами до 20% от основной гармоники. Для ЭСУ также значительными являются провалы напряжения, в некоторых случаях данный параметр достигает 16%.[3] Рассмотрим влияние параметров КЭ на работу отдельных элементов или предприятия в целом. ПАРАМЕТРЫ КЭ ИХ ВЛИЯНИЕ НА РАБОТУ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ Отклонение напряжения появляется, прежде всего, из-за изменения нагрузки, вызываемое как режимом работы потребителей и их числом, так и нарушениями работы сети и приводит к изменению потребляемой активной и реактивной мощностей (рис. 1)  Рисунок 2 – Статические характеристики нагрузки по напряжению В различных производственных процессах небольшое отклонение напряжение может приводить к существенному удорожанию производства. Например, при понижении напряжения при плавке металла данный процесс займёт больше времени, в условиях полного производственного цикла это приводит к простою оборудования и непременному увеличению себестоимости готовой продукции. В осветительных электроустановках при отклонении напряжения снижается световой поток, для ламп накаливания при изменении напряжения на 10% световой поток изменяется на 40%. Срок службы при этом неизменно сокращается. Несимметрия напряжений появляется при наличии мощных однофазных нагрузок (индукционные печи, сварочные аппараты и т.д.). Влияние несимметрии проявляется в увеличении потерь в различных элементах электроснабжения, уменьшения срока службы системы освещения, перегреве двигателей и создания на их валу дополнительного момента сопротивления из-за влияния дополнительно создаваемых магнитных полей, что приводит к ухудшению экономических показателей. Колебания напряжения опасны как для зрения, так и для электрооборудования. Опасность для человека колебания напряжения оказывают через мигание осветительных приборов, степень воздействия зависит от частоты пульсаций и от их амплитуды. При этом чем ниже частота колебаний, тем опаснее влияние. Это связано с устройством зрительных рецепторов человеческого глаза. Вентильные преобразователи и батареи конденсаторов выходит из строя при колебаниях напряжения 10-15%, также возможны выходы из строя системы автоматического управления режимом СД. Данное явление приводит к другим печальным последствиям и в итоге к существенным экономическим потерям. [3, с.103-108] Несинусоидальность напряжения проявляется в наличии различных гармоник, прежде всего, ВГ. ВГ вызывают дополнительный нагрев двигателей, трансформаторов и ЛЭП, они сокращают срок работы оборудования, появляется погрешность измерения потреблённой энергии. Учёт электроэнергии в таком случае зависит от характеристик счётчика и места его установки. Нелинейная нагрузка является источником ВГ, которые негативно влияют на системы учёта электроэнергии, что может приводить к недоучёту или переучёту. ВГ вызывают нагрев внутренних элементов предохранителей и автоматических выключателей, что приводит к ложному срабатыванию защитных устройств. При близком расположении силовых кабелей и кабелей телекоммуникационной связи или при использовании распределительных сетей в качестве сетей связи наводимые помехи способны ухудшить качество передаваемых сигналов. Провалы напряжения (ПН) возникают при резком изменении нагрузки: при коммутации мощных электроприёмников или при аварийном включении/отключении линии. Основное влияние оказывается на устройства релейной защиты и автоматики, приводя к некорректной работе данных приборов и приводя к экономическим потерям. Если в двигателях используются микропроцессорные системы управления, то при некотором значении провала напряжения данные системы способны из состояния устойчивой работы. [3, с.114]. Как было показано выше, ухудшение параметров КЭ приводит к серьёзным последствиям и требует наличия нормативно-правовой базы для их регулирования. СТАНДАРТЫ КАЧЕСТВА ЭЭ Показатели качества и методы их оценки постоянно совершенствуются, предлагаем отследить историю развития нормативно-правовых документов в данной сфере и оценить их влияние. Кратко данная информация приведена в таблице 1.
Таблица 1 – Информация о нормативно-правовых документах Также достойны упоминания: ГОСТ Р 53333-2008, РД 153-34.0- 15.501-00 и РД 153-34.0-15.502-2002 , но их влияние либо было заметно меньшим в силу своего локального характера, либо данный документ в силу различных причин не являлся основным долгий промежуток времени. СРАВНЕНИЕ СТАНДАРТОВ КЭ К сравнению примем основные ГОСТ, определившие на долгие годы стандарты КЭ, а именно: ГОСТ 32144-2013 и ГОСТ 13109-97. Отобразим некоторые изменения в таблице 2. Таблица 2 – Сравнение ГОСТ по КЭ
Помимо этого, по сравнению со старым ГОСТ, в ГОСТ 32144-2013: Внесено понятие «интергармонические составляющие напряжения»; Добавлен термин «маркированные данные» для обозначения результатов измерений показателей КЭ и результатов их усреднения на временных интервалах, в пределах которых имели место прерывания, провалы напряжения или перенапряжения; гармонические составляющие напряжения должны измеряться в соответствие с ГОСТ 30804.4.7-2013 и т.д. Анализируя данные, можно сделать вывод, что произошло некоторое ужесточение стандартов, что должно позитивно сказаться на потребителе. Однако, теперь и сам потребитель несёт некоторую ответственность и имеет дополнительные обязанности. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. [Электронный ресурс]. - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200104301 (дата обращения 20.06.21) 2. Электромагнитная совместимость потребителей [Текст]: Э45 моногр. / И.В. Жежеленко, А.К. Шидловский, Г.Г. Пивняк и др. ─ М.: Машиностроение, 2012. ─ 351 с. 3. Качество электрической энергии [Электронный ресурс]. - URL: https://www.proektant.org/arh/1506.html (дата обращения 07.07.21) 4. Причины появления интергармоник, генерируемых непосредственными преобразователями частоты, и подход к их нормированию [Электронный ресурс]. - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/prichiny-poyavleniya-intergarmonik-generiruemyh-neposredstvennymi-preobrazovatelyami-chastoty-i-podhod-k-ih-normirovaniyu/viewer (дата обращения 26.06.21) 5. Влияние нелинейной нагрузки на качество электроэнергии [Электронный ресурс]. - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-nelineynoy-nagruzki-na-kachestvo-elektroenergii/viewer (дата обращения 28.06.21) 6. Сравнительный анализ стандартов качества электрической энергии ГОСТ 13109-97 и ГОСТ 32144-2013 [Электронный ресурс]. - URL: https://moluch.ru/archive/124/34114/ (дата обращения 25.06.21) 7. Сравнительный анализ российских стандартов и стандартов Евросоюза по качеству электроэнергии [Электронный ресурс]. - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sravnitelnyy-analiz-rossiyskih-standartov-i-standartov-evrosoyuza-po-kachestvu-elektroenergii/viewer (дата обращения: 07.07.21) |