Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Оборудование >> Руководство по устройству электроустановок

Обнаружение и устранение гармоник - Руководство по устройству электроустановок

Оглавление
Руководство по устройству электроустановок
Методология
Нормы и правила
Установленные мощности нагрузки
Мощность нагрузки установки
Контроль и регулирование потребляемой мощности
Энергоснабжение при высоком напряжении
Процедура создания новой подстанции
Подстанция абонента с измерениями на стороне низкого напряжения
Подстанция абонента с измерениями на стороне высокого напряжения
Создание распределительных понижающих подстанций
Низковольтные потребители - подключение
Низковольтные распределительные сети - подключение
Подсоединение потребителей к сети
Качество поставляемого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Надежность системы электропитания в системах низкого напряжения
Защитные и аварийные устройства
Заземляющие соединения в системах низкого напряжения
Определение стандартизованных систем заземления в системах низкого напряжения
Характеристики систем TT, TN и IT
Критерии выбора систем TT, TN IT
Выбор метода заземления в системах низкого напряжения
Монтаж заземляющих электродов в системах низкого напряжения
Оборудование установки в системах низкого напряжения
Перечень внешних воздействий в системах низкого напряжения
Защита оборудования закрытого типа в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Защита от прямого прикосновения
Защита от косвенного прикосновения
Защита имущества от ущерба вследствие пробоя изоляции
Реализация системы TT
Реализация системы TN
Реализация системы IT
Устройства защитного отключения
Защита цепей
Определение сечения провода для открытой прокладки
Определение падения напряжения
Ток короткого замыкания
Частные случаи тока короткого замыкания
Защитный заземляющий провод
Нейтральный провод
Низковольтная распределительная аппаратура
Низковольтные коммутационные аппараты
Выбор низковольтной коммутационной аппаратуры
Автоматический выключатель
Выбор автоматического выключателя
Согласование характеристик автоматических выключателей
Защита от перенапряжений
Устройства защиты от перенапряжений
Стандарты защит от перенапряжений
Выбор устройств защиты от перенапряжений
Повышение коэффициента мощности и фильтрация гармоник
Зачем повышать коэффициент мощности?
Методы повышения коэффициента мощности
Выбор места установки компенсирующих конденсаторов
Выбор оптимального уровня компенсации
Компенсация на зажимах трансформатора
Повышение коэффициента мощности асинхронных двигателей
Влияние гармоник
Блоки конденсаторов
Обнаружение и устранение гармоник
Последствия Ih гармоник для электроустановок
Показатели гармонических искажений и принципы измерений
Измерение гармонических показателей
Способы ослабления гармоник
ИБП
Защита трансформаторов низкого напряжения
Осветительные цепи
Асинхронные двигатели
Коттеджи, жилые и особые помещения
Ванные и душевые комнаты
Рекомендации, относящиеся к специальным установкам и помещениям
Рекомендации по обеспечению электромагнитной совместимости
Принципы и конструкции систем заземления
Механизмы электромагнитной связи
Рекомендации по электропроводке

1 Проблема: Зачем нужно обнаруживать и устранять гармоники?
Возмущения, вызываемые гармониками
Гармоники, протекающие по распределительным сетям, вызывают снижение качества электрической энергии, что может иметь ряд негативных последствий:
перегрузки в распределительных сетях из-за увеличения действующего значения тока
перегрузки в нулевых (нейтральных) проводниках из-за суммирования токов высших гармоник, кратных трем, которые генерируются однофазными нагрузками
перегрузки, вибрация и преждевременное старение генераторов, трансформаторов и электродвигателей, а также повышенный шум трансформаторов
перегрузки и преждевременное старение конденсаторов для повышения коэффициента мощности
искажение формы питающего напряжения, которое может повлиять на «чувствительные» нагрузки
помехи в сетях связи и телефонных линиях Экономические последствия гармонических возмущений
Гармоники имеют значительные экономические последствия:
преждевременное старение оборудования означает необходимость его замены раньше запланированного срока, если в нем с самого начала не был предусмотрен запас мощности
перегрузки в распределительной сети могут привести к более высоким уровням потребления энергии и увеличению потерь
Искажение формы кривой тока способно вызывать ложное срабатывание автоматических выключателей, что может приводить к остановке производственного процесса.
Нарастание степени серьезности последствий
Всего десять лет назад гармоники еще не считались реальной проблемой, поскольку их влияние на распределительные сети было в целом незначительным. Однако массовое внедрение силовой электроники в различные виды оборудования привело к тому, что наличие гармоник стало серьезно сказываться во всех секторах экономической деятельности. Кроме того, оборудование, порождающее такие гармоники, часто является критически важным для компании или организации.
Какие гармоники нужно измерять и устранять?
Чаще всего в трехфазных распределительных сетях встречаются гармоники нечётного порядка. С увеличением частоты амплитуды гармоник обычно снижаются. Гармоники выше 50-ого порядка имеют незначительную амплитуду, и дальнейшие измерения не имеют смысла. Достаточно точные результаты измерений получаются при измерении гармоник до 30-ого порядка. Энергоснабжающие компании контролируют содержание 3-ей, 5-ой, 7-ой, 11-ой и 13-ой гармоник в питающих сетях. В целом, достаточным является устранение гармоник низших порядков (до 13- ого). При более тщательном контроле учитываются гармоники до 25-ой включительно.

2 Стандарты
Вопросы гармонических искажений в электрических сетях регламентируются различными стандартами и нормами:
стандартами обеспечения совместимости распределительных сетей
нормативными требованиями к оборудованию, порождающему гармоники
рекомендациями энергоснабжающих компаний, применимыми к электроустановкам
В настоящее время действует тройная система стандартов и норм, направленная на быстрое ослабление влияния гармоник и основанная на перечисленных ниже документах.
Стандарты, регламентирующие совместимость распределительных сетей и изделий:
Эти стандарты устанавливают необходимую совместимость распределительных сетей и электрооборудование:
гармоники, порождаемые каким-либо устройством, не должны создавать в распределительной сети возмущений выше определенного уровня
каждое устройство должно сохранять работоспособность при наличии в питающей сети возмущений определенного уровня
стандарт IEC 61000-2-2 для низковольтных систем энергоснабжения общего применения
стандарт IEC 61000-2-4 для промышленных электроустановок низкого и среднего напряжения
Стандарты, регламентирующие качество электрической энергии, обеспечиваемой распределительными сетями
стандарт EN 50160 устанавливает характеристики электроэнергии, подаваемой распределительными сетями общего назначения
стандарт IEEE 519 представляет общий подход энергоснабжающих компаний и потребителей к ограничению влияния нелинейных нагрузок. Энергоснабжающие компании стимулируют принятие превентивных мер, призванных повысить качество электроэнергии, снизить рост температуры и уменьшить влияние на коэффициенты мощности. Они намерены в будущем штрафовать потребителей, являющихся основными источниками гармоник в питающей сети.
Стандарты, устанавливающие требования к оборудованию
стандарт IEC 61000-3-2 или EN 61000-3-2 для низковольтного оборудования с номинальным током менее 16 А
стандарт IEC 61000-3-12 или EN 61000-3-4 для низковольтного оборудования с номинальным током более 16 А и менее 75 А
Максимально допустимые уровни гармоник
Проведенные международные исследования позволили собрать данные и оценить типичное содержание гармоник в распределительных электрических сетях. В таблице на рис. L1 представлены уровни, которые, по мнению большинства энергоснабжающих компаний, не должны превышаться.


Нечетные гармоники

 

 

Нечетные гармоники,

 

Четные гармоники

 

 

некратные трем

 

 

кратные трем

 

 

 

 

 

 

Порядок

НН

СН

СВН

Порядок

НН

СН

СВН

Порядок

НН

СН

СВН

гармоники,

 

 

 

гармоники,

 

 

 

гармоники,

 

 

 

h

 

 

 

h

 

 

 

h

 

 

 

5

6

6

2

3

5

2.5

1.5

2

2

1.5

1.5

7

5

5

2

9

1.5

1.5

1

4

1

1

1

11

3.5

3.5

1.5

15

0.3

0.3

0.3

6

0.5

0.5

0.5

13

3

3

1.5

21

0.2

0.2

0.2

8

0.5

0.2

0.2

17

2

2

1

> 21

0.2

0.2

0.2

10

0.5

0.2

0.2

19

1.5

1.5

1

 

 

 

 

12

0.2

0.2

0.2

23

1.5

1

0.7

 

 

 

 

> 12

0.2

0.2

0.2

25

1.5

1

0.7

 

 

 

 

 

 

 

 

> 25

0.2
+ 25/h

0.2
+ 25/h

0.1
+ 25/h

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. L . Максимально допустимые уровни гармоник

3 Общие положения
Присутствие гармоник говорит об искаженной форме тока или напряжения. Искажение же формы тока или напряжения означает наличие возмущений в распределительной сети и ухудшение качества поставляемой электроэнергии.
Источниками гармоник токов являются нелинейные нагрузки, подсоединенные к распределительной сети. Протекание гармоник токов по сети, имеющей некоторое полное сопротивление, приводит к появлению гармоник напряжений и соответственно к искажению формы питающего напряжения.
Происхождение гармоник
Устройства и системы, порождающие гармоники, имеются во всех секторах экономики, т.е. в промышленности, коммерческом секторе и жилищном хозяйстве. Гармоники порождаются нелинейными нагрузками, т.е. нагрузками, потребляющими ток с формой волны, отличающейся от формы волны питающего напряжения. Примеры нелинейных нагрузок:
промышленное оборудование (сварочные машины, электродуговые печи, индукционные печи, и выпрямители)
приводы с регулируемой скоростью с асинхронными двигателями или двигателями постоянного тока
источники бесперебойного питания
офисное оборудование (компьютеры, фотокопировальные машины, факсимильные аппараты, и
др.)
бытовые электроприборы (телевизоры, микроволновые печи, люминесцентные лампы)
некоторые приборы с магнитным насыщением (трансформаторы)
Возмущения, создаваемые нелинейными нагрузками: гармоники тока и напряжения
Нелинейные нагрузки потребляют токи гармоник, которые поступают в распределительную сеть. Гармоники напряжения вызываются протеканием токов гармоник по сопротивлениям питающих цепей (по трансформатору и распределительной сети для случаев аналогичных тому, который показан на рис. L2).

Рис. L Однолинейная схема, показывающая сопротивление питающей цепи для гармоники h-ого порядка
Реактивное сопротивление проводника возрастает с увеличением частоты тока, протекающего по этому проводнику. Поэтому для каждой гармоники тока (h-ого порядка) в цепи питания существует некоторое полное сопротивление Zh.
Когда по сопротивлению Zh протекает ток гармоники h-ого порядка, то по закону Ома он создает напряжение гармоники Uh = Zh x Ih. В результате этого форма напряжения в точке B искажается и отличается от синусоидальной. Все нагрузки, питающиеся через точку B, получают напряжение искаженной формы.
Для тока данной гармоники, это искажение пропорционально сопротивлению распределительной сети.
Протекание несинусоидальных токов в распределительных сетях
Можно считать, что нелинейные нагрузки генерируют токи высших гармоник в распределительную сеть в направлении источника питания.
На рис. L3 и L4 показана схема электроустановки, «загрязненной» гармониками. В схеме, изображенной на рис. L3, протекает ток частотой 50 Гц, а на рис. L4 - ток частотой гармоники h- ого порядка.

Рис. L Схема электроустановки, питающей нелинейную нагрузку, в которой протекает только ток основной частоты 50 Гц

Рис. L4. Схема той же электроустановки, в которой протекает только ток h-ной гармоники
При питании нелинейной нагрузки возникает ток частотой 50 Гц (как показано на рис. L3), к которому добавляются токи Ih (рис. L4), соответствующие каждой h-ной гармонике. По-прежнему считая, что нагрузки генерируют токи высших гармоник в распределительную сеть в направлении источника питания, можно построить схему протекания токов разных гармоник в этой сети (рис. L5).

Примечание: Хотя на данной схеме определенные нагрузки генерируют токи гармоник в распределительную сеть, другие нагрузки могут поглощать такие токи
Рис. L5. Протекание токов гармоник в распределительной сети
Основные экономические последствия гармоник для электроустановок:
повышенный расход энергии
преждевременное старение оборудования
производственные убытки



 
« Ремонт электрооборудования распредустройств до 10 кВ   Схемы управления и сигнализации воздушных и масляных выключателей »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.