ПРИМЕНЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ГАРМОНИК СТАНДАРТА IEEE 519-1992
Томас М. Блуминг
Дэниэл Дж. Карновал
Перевод: И.Б. Пономарев
Источник: Appllication of IEEE Std 519-1992 Harmonics Limits
Аннотация: стандарт IEEE 519-1992 является полезным документом для понимания гармоник и применения гармонических пределов в энергетических системах. Несмотря на многие годы его эффективного использования, все еще существует путаница в том, как применять определенные аспекты стандарта. В данной статье рассматриваются некоторые из этих, и также связанные с ними, вопросов, которые являются полезными в работе с пределами гармоник.
Существует значительный спор о точности стандарта, как некоторые элементы стандарта IEEE 519-1992 взгляды должны интерпретироваться. Эта статья представляет взгляды авторов на некоторые из наиболее неоднозначных элементов стандарта и на применение пределов гармоник в целом.
Ключевые слова:гармоники, пределы гармоник, стандарт IEEE 519-1992, точка общего присоединения (ТОП), общее искажение тока (TDD).
I. ВВЕДЕНИЕ
Гармоники – это проблема, поскольку они могут быть причиной чрезмерного нагрева и пульсаций и снижения крутящего момента в двигателях и генераторах; повышенного нагрева и напряжения в конденсаторах, а также неправильной работы электроники, выключателей и реле. Короче говоря, гармоники могут привести к снижению срока службы оборудования, если система разработана без учета гармоник и, если оборудование неправильно нормируется и применяется.
Поэтому этот стандарт полезен для измерения и ограничения гармоник в электроэнергетических системах. Стандарт IEEE Std 519-1992, озаглавленный «Рекомендованная IEEE практика и требования на содержание гармоник в силовых электрических системах» (IEEE 519) [1], является основным документом для определения пределов гармоник. Этот документ выполняет отличную работу, определяя пределы, но есть какие-либо вопросы, которые требуют, чтобы читатель использовал собственные решения.
Одно очень принципиальное различие при обсуждении гармоник – это гармоники, о которых идет речь: гармоники в напряжении или гармоники в токе. Это опыт авторов, что многие люди не поясняют это при обсуждении гармоник. Например, люди будут говорить о коэффициенте гармонических искажений в процентах, без указания напряжения или тока.
Вообще говоря, энергосистемы имеют низкое сопротивление источника и хорошо регулируемое напряжение. Они могут терпеть значительные нарушения за пределами устойчивой нагрузки 60 Гц, включая гармонические токи, без причинения значительного искажения напряжению. Для данного количества гармонического тока, результирующее искажение напряжения будет относительно небольшим (за исключением ситуаций гармонического резонанса). Поэтому, когда кто-то упоминает об уровнях гармоник, намного превышающих 5%, он, наверное, говорит о гармониках в токе.
Гармоники добавили в корень из суммы квадратов (квадратный корень из суммы квадратов различных частотных компонентов) моды. Это означает, что ток 100 А 60 Гц в сумме с 20 А 5-й гармоникой тока (300 Гц) составляют 102 АRMS, не 120 А. Если гармоники очень высоки, RMS ток, вероятно, будет очень близок к основному току 60 Гц. Это особенно справедливо для напряжения, поскольку гармонические искажения напряжения почти всегда меньше искажений тока.
Полезно говорить о гармониках в процентах от основных значений, чтобы получить понимание относительно уровней гармоник в системе. В этой статье обсуждается работа с пределами и исследуется гармонический анализ, однако, как правило, более полезно получить информацию о гармониках в действительных величинах, вольтах или амперах при разных частотах.
II. ПРЕДЕЛЫ ГАРМОНИК
А. Пределы гармоник в напряжении и токе
Стандарт IEEE 519 требует, чтобы искажение напряжения, вызванное гармониками, в энергосистеме с напряжением 69 кВ и ниже не превышал 5,0% от общего гармонического искажения (THD); а уровень искажений, создаваемый одной гармоникой, не превышал 3%. Пределы гармоник в токе варьируются в зависимости от силы короткого замыкания в системе, в которую оно в настоящее время вводится. По существу, система в состоянии справиться с содержанием гармоник в токе тем лучше, чем больше потребителей разрешается вводить в систему.
Таблица 1 показывает пределы гармоник в напряжении согласно IEEE 519, а в таблице 2 приведены пределы гармоник в токе.
Таблица №1 Пределы искажения.
Примечание: Высоковольтные системы могут иметь общий уровень искажений до 2 %, если их причиной является соединение с высоковольтными линиями электропередачи постоянного тока и искажения будут ослаблены к моменту поступления напряжения потребителям.
Таблица №2. Максимальные токи гармоник в процентах от IL , возбуждаемые нагрузками потребления в точке общего присоединения для распределительных сетей общего пользования с напряжением 120…69000 В.
Примечание:
- Для всех генераторных установок независимо от отношения ISC/IL используются ограничения, приведенные в верхней строке таблицы.
- Уровень четных гармоник не должен превышать 25% от нечетных.
- Искажение тока, вызываемые появлением постоянной составляющей, например из-за однополупериодного выпрямления, не допускаются.
Пределы содержания гармонических составляющих в токе указывают на максимальное количество гармонических составляющих тока, которое потребитель может внести в энергосистему. Энергетическое предприятие несет ответственность за обеспечение чисто синусоидального (небольшое искажение) напряжения для потребителя. Энергетическое предприятие может быть достаточно судить, однако, когда потребитель отвечает за уровень гармоник в токе. В противном случае, потребитель может быть виновным в искажении напряжения у самого себя. Целью IEEE 519 является:
Это рекомендованная практика признает ответственность, что пользователи не должны искажать напряжение энергетического предприятия других пользователей потреблением нелинейных токов от сети. Она также признает ответственность энергетического предприятия за предоставление пользователям синусоидального напряжения.
В разделе 10.2 из IEEE 519 далее говорится:
Философия развития пределов гармоник в этой рекомендованной практике заключается в:
- ограничении инжекции гармоник от индивидуальных потребителей, чтобы они не вызывали неприемлемые уровни искажений напряжения для нормальных характеристик системы.
- ограничении общего искажения напряжения системы, вызванного гармониками, подаваемого энергоснабжающим предприятием.
Эти ограничения предназначены для применения в точке общего присоединения (ТОП) между потребителем и снабжающим предприятием. Внутри установки потребителя эти ограничения не распространяются, но они по-прежнему являются полезными руководствами для оценки уровня содержания гармоник внутри установки потребителя. Предыдущее издание этого стандарта дало THD напряжения 8,0%, как предложенное внутреннее ограничение потребителя, чтобы избежать неправильной работы оборудования.
Вопросы, связанные с применением этих пределов составляют остальную часть данной статьи.
III. ТОЧКА ОБЩЕГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ (ТОП)
А. Определение
ТОП является одной из самой непонятной частью IEEE 519. Рабочая группа IEEE 519 [2] которая в настоящее время пересматривает IEEE 519, прояснила определение ТОП следующим образом:
Точка общего присоединения (ТОП) с границей потребитель / снабжающее предприятие является точкой электрической сети энергоснабжающего предприятия, электрически ближайшая к рассматриваемому потребителю электроэнергии, к которой присоединены или могут быть присоединены другие потребители электроэнергии. Право собственности на любое устройство, такое как трансформатор, которым энергоснабжающее предприятие может обеспечить потребителя в системе все равно несущественно для определения ТОП. Примечание: определение было одобрено рабочей группой 519.
Это уточнение необходимо, поскольку раздел 10.1 IEEE 519 гласит:
Рекомендации, описанные в этом документе пытаются сократить гармонические влияния в любой точке на территории всей системы путем установления ограничения на содержание гармоник в токе и напряжении в точке общего присоединения (ТОП), в точке измерения, или в любой точке, где энергоснабжающее предприятие и потребитель могут предоставить доступ к точке для прямых измерений гармонических индексов, значимых для обоих, или можно оценить гармонические индексы в точке вмешательства (ТВ) через взаимоприемлемые методы. В промышленном предприятии, ТОП является точкой между нелинейной нагрузкой и другими нагрузками.
Этот пункт позволяет оценить пределы содержания гармоник практически в любом месте. Нет ничего плохого в том, что до тех пор, пока обе стороны согласны. Но это не площадь с целью стандарта, приведенной прежде (цитируется выше).
На основании цитаты из раздела 10.1 IEEE 519 некоторые люди предпочитают определять ТОП (или несколько ТОП) как точку (или точки) внутри системы потребителя. Это означает, что пределы содержания гармоник должны быть выполнены внутри, в системе потребителя. Многие консультанты, например, используют это заявление, чтобы заставить производителей нелинейных нагрузок (двигатели, выпрямители и т.д.) соблюдать пределы IEEE 519 для одной нагрузки. Это может привести к значительным затратам для конечных потребителей и никогда не было целью стандарта.
Цель применения пределов гармоник, указанных в IEEE 519, является предотвращение одного потребителя от влияния содержания гармоник, вызванными другим потребителем или энергоснабжающим предприятием. Если у вас высокое содержание гармоник в вашей собственной системе, то вы только причиняете вред, но не обязательно нарушаете IEEE 519.
Конечно, это может быть очень хорошей идеей добровольно ограничить содержание гармоник в вашей собственной системе, возможно, до уровней, указанных в IEEE 519, чтобы избежать проблем в работе, но стандарт IEEE 519 применим только в точке, где вы можете повлиять на вашего соседа, в ТОП. Только, если у вас есть несколько каналов от энергоснабжающего предприятия, вы бы могли иметь несколько ТОП. ТОП является единственной точке, где вы должны соблюдать требования IEEE 519, если IEEE 519 включен в договор или действующий тариф (IEEE 519 это рекомендованная практика).
В. Советы по применению ТОП
На практике это означает, что истинная ТОП наиболее часто будет находится в средине первичного напряжения питающего потребителей трансформатора, независимо от собственности трансформатора или учета местоположения. В действительности, конечно, часто практичней выполнять измерения на вторичной стороне трансформатора. Система моделирования будет необходима для расчета искажения напряжения на первичной обмотке трансформатора, хотя процентное содержание тока прямо преобразуется. Необходимо использовать отношение ISC / IL на первичной обмотке трансформатора при решении того, какие пределы применять. В большинстве случаев, все, кроме кратных трем гармоник, гармонические токи появятся на обеих сторонах трансформатора. Надо просто масштабировать через коэффициент трансформации.
Подавляющее большинство измерений на вторичной обмотке трансформатора являются достаточными для определения существования проблемы, связанной с гармониками, для которой необходимо использовать точное определение ТОП. Но мы должны иметь в виду, что мы просто делаем то, что мы можем из соображений удобства, а не что мы будем делать в идеальном случае, когда мы могли безопасно и легко измерять везде. Если есть спор между энергоснабжающим предприятием и потребителем об уровне содержания гармоник, тогда может быть понадобиться оценить и / или рассчитать уровень гармоник в истинной ТОП.
IV. ОТНОШЕНИЕ ISC/IL
Как показано в табл. 2 и кратко упоминалось ранее в этой статье, пределы гармоник, которые применяются для конкретного потребителя зависят от отношения ISC / IL в точке общего присоединения потребителя с энергоснабжающим предприятием. Как определено в IEEE 519, ISC – «максимальный ток короткого замыкания в ТОП». Это должно быть трехфазное короткое замыкание. IL является «максимальным током нагрузки (основная частотная составляющая) в ТОП». Это ток рассчитывается из максимальной продолжительности (например, 15 или 30 минуту) потребления, а не мгновенного пика – это очень важное различие.
Это отношение показывает степень воздействия данного потребителя на энергоснабжающее предприятие. Потребитель с небольшим относительно допустимого тока короткого замыкания током потребления не может привести к гораздо большим нарушениям в системе энергоснабжающего предприятия. Таким образом, такому потребителю разрешаются содержать высшие гармоники в токе. И наоборот, крупный потребитель (большой IL) относительно допустимого тока короткого замыкания имеет строгие пределы содержания высших гармоник.
Не зная конкретной информации об энергоснабжающем предприятии, (Isc, для расчета отношения ISC / IL), не могут быть определены используемые пределы содержания гармонических составляющих в токе.
Иногда энергоснабжающее предприятие предоставляет мощности трехфазного короткого замыкания (МВАКЗ). В этом случае удобнее может более расчет отношения МВАКЗ / MВAL. Это значение совпадает с отношением ISC/IL.
В реальных системах ток короткого замыкания может изменяться в зависимости от конфигурации системы и эксплуатации генераторов энергоснабжающего предприятия. С целью определения, какие пределы гармоник используются при применении максимального тока короткого замыкания, как и в исследовании короткого замыкания. При выполнении исследования гармонического анализа, однако, часто лучше использовать нижнюю оценку имеющихся токов короткого замыкания в целях получения более консервативного результата (выше рассчитанные гармонические искажения напряжения).
Рисунок 1 – Нагрузка, питающаяся от энергетического предприятия. Искажение напряжения (THDv) = 2,3%.
Рисунок 2 – Нагрузка, питающаяся от резервного генератора. Искажение напряжения (THDv) = 5,7%.
Есть ситуации, которые могут значительно изменить отношение ISC / IL. Одной из распространенных такой ситуацией является работа резервного генератора, где коэффициент ISC / IL будет значительно ниже, чем во время работы снабжающего предприятия. Пределы IEEE 519 не будут строго применять, потому что нет взаимосвязи с предприятием и другими потребителями. Даже IEEE 519 по-прежнему дает рекомендации, как гармонические токи должны быть ограничены в пределах потребителей для избегания гармонических проблем. На рисунках 1 и 2 представлено одну и ту же нагрузку, которая питается от электросети и от резервного генератора. Обратите внимание на значительное увеличение искажения напряжения, когда нагрузка питается от генератора, который, как правило, значительно слабее (ниже ток короткого замыкания) источник, чем предприятие.
А. Определение
Другой непонятной частью стандарта IEEE 519 является термин общего искажения тока, или TDD. Из таблицы 2 выше, "Общее искажение тока (RSS), искажающий гармонический ток в % от тока максимальной нагрузки (15 или 30 мин потребления)." (RSS корень из суммы квадратов, или квадратной корень из суммы отдельных гармонических составляющих в квадрате). Термин TDD очень похож на термин общее гармоническое искажение, или THD. В этих примеры, THD и TDD определены через токи:
I1, I2, I3, и так далее являются гармоническими токами, в амперах. I1 относится к основной частоте тока, обычно 60 Гц в Северной Америке. I2 относится ко второй гармоники, или ток при двойной основной частоте (120 Гц, если фундаментальные составляет 60 Гц). И так далее.
IL определяется как "ток максимальной нагрузки (составляющая основной частоты) на ТОП." Это будет максимальный ток, усредненный на интервале потребления (например, 15 или 30 минут) для данного потребителя.
Два определения очень похожи. Единственное отличие состоит в знаменателе. Расчет THD сравнивает измеренные мгновенные гармоники с измеренным мгновенным фундаментальным током. Расчет TDD сравнивает мгновенные (но стационарные) измеренные гармоники с ток максимальной нагрузки, который не мгновенное число из всех.
Кроме того, отдельные пределы гармонических составляющих тока даны не в процентах от основной (как это характерно для большинства гармонических измерений) на данный момент времени. Пределы токов даны в терминах, "Максимальное гармоническое искажение тока в процентах от IL ".
По определению, IL всегда будет больше, чем I1 для целей гармонических измерений. (I1 может кратковременно превышать IL, но оценка предела гармоник основана на стационарных значениях). Поэтому TDD и процент от измеренного IL всегда будет меньше, чем THD и процент от измеренного I1.
В новой установке (или предлагаемые дополнения нагрузки) ток потребления (или увеличение тока потребления), не известно. Это приводит к некоторым трудностям при оценке гармоник в новых установках. Не зная, какой фактические ток потребления был когда-то рабочим током потребителя, не представляется возможным узнать, какой ряд передела гармонических составляющих тока применять. В таких случаях обычно используют трансформатор с полным током нагрузки при оценке максимального тока потребления.
Разница между THD и TDD (и между гармоник в процентах от I1 и IL) очень важна, поскольку она не позволяет потребителю быть несправедливо наказанным за гармоники в периоды незначительной нагрузки. В периоды малой нагрузки он может показаться, что гармонические уровни увеличились в процентах, хотя фактические гармонические токи в амперах остались такими же, или снизилась. Давайте посмотрим на числовой пример, который иллюстрируют эту разницу.
В. Предположения для расчетного примера
В нашем примере завод имеет две различные производственные площади, одна с некоторой гармонической нагрузкой, а другая только с линейной нагрузке. Часть завода с гармонической нагрузкой потребляет 100 А при 60 Гц (I1), 14 А при 300 Гц (I5), и 7 А при 420 Гц (I7). Часть завода только с линейной нагрузкой потребляет 100 А при 60 Гц (I1). Рис. 3 показывает простой эскиз энергосистемы.
Рисунок 3 – Пример энергосистемы с линейной и гармонической нагрузками
Предположим, что эти токи на вторичной стороне трансформатора 12470-480 В. ТОП на первичной стороне трансформатора, и трехфазное короткое замыкание МВА (МВАкз) на первичной стороне составляет 5 МВА (информация, представленная энергетическим предприятием). Это часто более удобно для определения отношения ISC / IL путем расчета отношения МВАкз / МВАL. Два соотношения одинаковы и определения отношения МВА немного легче. В этом случае нагрузка МВА 0,166 (166 кВАL), что дает отношение MVASC / MVAL 30,1. Это означает, что применяется второй ряд пределов гармонических составляющих тока (ограничение TDD до 8% и отдельные гармоник ниже 11 – 7% или меньше).
Предположим также, что токи при той же частоте могут быть просто добавлены (без сокращения из-за различия угла сдвига фаз / коэффициент мощности).
C. Пример 1: Завод при полной нагрузке
При работе обеих частей завода мы бы в общей сложности имели ток 200 А при 60 Гц (I1), 14 А при 300 Гц (I5), и 7 А при 420 Гц (I7). Предположив, что это максимальная нагрузка завода (в среднем за интервал потребления), мы бы вычислили ток потребления, в 200 А (максимальный ток, составляющая основной частоты)
Это привело бы к следующим расчетам
I5 в процентах от I1 будет 14/200, или 7,0%. I5 в процентах от IL также будет 14/200, или 7,0%.
В этом случае, пределы гармонического тока для TDD и отдельных гармоник в процентах от IL едва удовлетворили стандарту. Пределы могли бы быть не удовлетворительными, если бы мы использовали THD и индивидуальные гармоники в процентах от I1 Последнее – это то, о каком измерительном инструменте гармоник обычно сообщают.
D. Пример 2: завод при частичной нагрузке
В этом случае, работают только гармонические части завода. Поэтому мы только имеем 100 А при 60 Гц. Однако, ранее рассчитанный ток потребителя IL, не изменится.
Это представлено в следующих расчетах:
I5 в процентах от I1 будет 14/100, или 14,0%. I5 в процентах от IL будет 14/200, или 7,0%.
В этом случае, пределы гармонического тока для TDD и отдельных гармоник в процентах от IL едва удовлетворили стандарту. Однако, пределы могли бы быть не удовлетворительными, если бы мы использовали THD и индивидуальные гармоники в процентах от I1.
Чисел в виде процентов I1, а не IL, могут расти довольно резко в зависимости от нагрузки в пределах завода в каждый данный момент времени. Но завод в этом случае не должен быть оштрафованный, потому что он вводит гармонический ток в измерении 2 не больше, чем в измерении 1.
Е. Советы по применению TDD
Все вышеперечисленное означает, что есть определенные количество пост-обработки данных гармонических измерений, что является необходимым для надлежащей оценки соблюдения пределов тока, указанных в IEEE 519. Это означает, что в большинстве случаев, когда мы сравниваем данные измеренных гармонических токов (THD, не TDD; отдельные гармоники в процентах от I1, а не в процентах от IL) с данными в IEEE 519, мы не сравниваем яблоки с яблоками.
Для обеспечения того, что мы имеем действительные гармонические измерения, мы хотим убедиться, что все гармонические нагрузки, конечно, работают в рабочем режиме во время измерения. В дополнение к этому необходимо обеспечить, чтобы измеренные THD (и все измеренные отдельные гармоники, рассчитанные в процентах от I1) точно соответствовали измерениям TDD (и всем отдельным измеренным гармоникам, рассчитанных в процентах от IL). Мы также хотим убедиться, что наши измерения проводятся в то время, когда все линейные нагрузки работают нормально.
Как и при обсуждении ТОП, есть то, что вы хотели бы сделать в идеальном мире, и что вы может реально сделать в реальном мире. В реальном мире нам редко необходимо преобразовать измеренные THD и проценты от I1 в измеренные TDD и проценты от IL. Большинство времени, измерения THD и процента от I1 достаточно. Если измеренные THD и процент от I1 удовлетворяют IEEE 519, то измеренные пределы TDD и процент от IL, по определению, а также будут удовлетворять стандарту (так как IL больше I1, TDD и процент от IL всегда будет равно ли меньше THD и процента от I1). Если пределы будут значительно превышать, если измерения проводятся на уровне или почти полной нагрузки, то не нужно преобразовывать в TDD. Если цифры близки, вы, вероятно, хотите осторожно ошибиться и уменьшить гармоники в любом случае.
Как ТОП, мы должны иметь в виду, что мы просто делаем то, что мы можем из соображений удобства (THD, процент от I1), а не то, что мы могли бы сделать в идеальном мире (TDD, процент от IL), если бы мы имели время для постобработки данных измерений. Если существует спор между энергетической компанией и потребителем, затем может быть необходимо постобработка сравнение яблок-с-яблоками с пределами гармонических токов IEEE 519.
F. Ампер против Процента – Пример двигателя.
Обсуждая гармоники с точки зрения процентов от фундаментальных величин, полезно понимать относительные уровни гармоник. При выполнении гармонических измерений, исследовании и оценки предела более полезно говорить с точки зрения фактических величин: вольт и ампер при каждой частоте интересующей гармоники.
Один пример, который иллюстрирует это различие, – это работа преобразователя частоты (VFD). VFD производит гармоники тока из-за способа, которым они тянут ток от источника. Шестиимпульсные двигатели производят 5, 7, 11, 13, 17, 19 гармоники, и так далее. 12-импульсные и 18-импульсные двигатели включают в себя конструкции, которые в значительной степени отменяют определенные ниже характеристики гармоник.
Некоторые консультанты, когда пишут гармонические спецификации для установки с приводами, требуют проверочные измерения для того, чтобы двигатели работали, как ожидалось. Они также требуют, чтобы эти измерения покрывали различные рабочие параметры, в том числе различные нагрузки привода. В случае насосной станции, снижение нагрузки означает снижение выходной частоты двигателя. Доводы в том, что в качестве привода нагрузки уменьшается, гармоник возрастают.
Таблица 3 - Измерения тока 18-импульсного двигателя при различных частотах (все значения в амперах, номинвльный ток IL = 225 A)
Таблица 3 показывает измерения на 18-импульсном двигателе во время такой проверки измерения. Двигатель работал при различных выходных частотах, и были измерены гармоники. Мы не сравнивали эти измерения с любым пределом гармоник, потому что этот двигатель является лишь частью более широкой системы. Эти измерения представлены, для того чтобы показать, как изменяются гармоники в зависимости от выходной частоты двигателя.
Данные показывают, что в то время как частота источника 60 Гц ток снижается значительно с выходной частотой, гармонические токи снижаются незначительно. Это создает впечатление, как будто двигатели создают больше гармоник, если только смотреть на гармоники в процентах от тока фундаментальной частоты 60 Гц (THD, а не TDD). Гармоники, выраженные в амперах, на самом деле, уменьшаются при снижении выходной частоты, но не будет знать, что только глядя на THD или отдельных гармоник, что рассчитываются как процент снижения фундаментального тока (I1).
Именно поэтому пределы гармонического тока записаны в процентах от полного тока нагрузки, IL (TDD), а не в процентах от мгновенного фундаментального тока I1 (THD). Установление пределов как процента от фундаментальных значений будет означать, что пределы гармоник получаются более строгие в периоды малой нагрузки, хотя в настоящее время вводятся меньше гармонических составляющих тока.
Эти пределы также показывают, что, в общем, работа загруженного двигателя является худшим условием анализа в гармоническом исследовании и измерении. Исследование и измерение при частичной нагрузке обычно не стоит усилий.
V1. ПРИНУЖДЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ГАРМОНИК
С практической точки зрения, энергетические предприятия редко расследуют или принуждают исполнять пределы тока, если проблемы происходят где-то в распределительной сети. Это является общим для выполнения измерений на объекте с нагрузками, вызывающими гармоники, и для нахождения пределов гармонических токов, которые технически превышают пределы IEEE 519, не видя никаких оперативных проблем.
Если возникают проблемы, они, как правило, проявляются в виде чрезмерного искажения напряжения. Возможно иметь один или не сколько потребителей, пределы токов которые превышают пределы IEEE 519, не вызывая проблем в системе, если система загружена слабо или если есть ряд других потребителей, чьи пределы гармонических составляющих тока ниже.
Иногда гармонические проблемы, кажется, начинаются, когда новый потребитель подключается к системе энергоснабжающего предприятия, и на этого потребителя возлагают вину за все гармонические проблемы. По правде говоря, новый потребитель часто не является источником всех проблем, он только "солома, что сломала спину верблюда" и толкнул существующие уровни гармоник чуть выше. Хотя проблема, казалось, началась, когда присоединился к системе новый потребитель, вина лежит на всех потребителях в системе, которые производят гармоники.
Изменения в системе, будь то в системе энергетического предприятия или в пределах потребителя, также могут привести к росту уровней гармоник. Например, применение силовых конденсаторов для коррекции коэффициента мощности может изменить точку гармонического резонанса энергосистемы и усилить ввод гармонических токов, в результате чего это вызовет чрезмерное искажение напряжения. Обсуждение этой тема выходит за рамки данной статьи.
V11. ВЫВОДЫ
Полезно измерять и ограничивать содержание гармоник в электроэнергетической системе, для того чтобы избежать проблем в работе оборудования. Стандарт IEEE 519-1992 определяет пределы содержания гармоник, но существует некоторая путаница относительно того, как эти пределы должны применяться. Следует быть осторожным; необходимо знать о каких гармониках идет речь: о гармониках напряжения или о гармониках тока; и заданы ли они в именованных единицах (вольт или ампер) или в процентах. В этом случае они должны быть указаны или в процентах от I1 (наиболее распространенный способ), или от IL (как во время тщательной оценки пределов).
Общая цель IEEE 519 – ограничение содержания гармонических составляющих тока, вызванными отдельными потребителями, и ограничение искажения напряжения, предоставляемое энергетической компанией. Потребители не должны вызывать чрезмерного гармонического тока, и энергетические компании должны обеспечить почти синусоидальное напряжение. Отношение ISC / IL должно быть известно для того, чтобы определить, какой ряд предела гармонических составляющих тока применить.
Неразбериху в IEEE 519 вызывает определение Точки общего присоединения, или ТОП. ТОП – это точка, где другой потребитель может питаться, независимо от места измерения или собственности оборудования (трансформатора). Цель применения пределов гармоник, указанные в IEEE 519, является предотвращение одного потребителя от создания проблем с гармониками для другого потребителя или энергетического предприятия. Пределы IEEE 519 могут по-прежнему использоваться в качестве руководства внутри потребителя для минимизации гармонических проблем.
Другая путаница в IEEE 519 возникает в вопросе различие между общим искажения тока (TDD) и общим коэффициентом гармонических искажений (THD). Разница между ними состоит в том, что TDD выражает гармоники в процентах от максимальной тока нагрузки (IL), а THD выражает гармоники в процентах от фундаментальных (60 Гц) тока (I1) в время измерения. Индивидуальные гармонические токи должны также быть выражены в процентах от IL, прежде чем сравнивать их с пределы гармоник в IEEE 519.
Разница между THD и TDD (и между гармониками в процентах от I1 и IL) важна, поскольку она не позволяет потребителю быть несправедливо наказанным за гармоники в периоды незначительной нагрузки. Некоторые нагрузки, такие как потребители, имеют более высокий THD при незначительной нагрузке, даже если они создают меньше общего гармонического тока в амперах и, таким образом, вызывают меньшее гармоническое искажение напряжения. Это не всегда удобно или необходимо измерять в истинной ТОП или преобразовать THD в значение TDD. Зная, как в IEEE 519 должны быть оценены пределы, когда это возможно, позволять инженеру определять, достаточно хорош ли его или её подход для работы под рукой.
СПИСОК ССЫЛОК
- IEEE Std 519-1992, "IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control hi Electric Power Systems," © Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. 1993.
- IEEE 519 Working Group [Online]. Available: (March 15,2004).
- D. J. Carnovale, T. J. Dionise, and T. M. Blooming, "Price and Performance Considerations for Harmonic Solutions," Power Systems World, Power Quality 2003 Conference, Long Beach, California.
БИОГРАФИИ АВТОРОВ
Томас М. Блуминг, Р.Е. является старшим инженером отдела качества электроэнергии из Eaton Electrical. Том получил образование по электротехнике в университете Маркетт, по электроэнергетике – в политехническом институте Rensselaer, по менеджменту – в Высшей школе менеджмента. Том работает в группе коррекции коэффициента мощности Eaton Electrical (отдел качества электроэнергии). Он занимается вопросами, связанные с коррекцией коэффициента мощности конденсаторами, фильтрами гармоник, статическими конденсаторными батареями, а также активными фильтрами гармоник, а также многими вопросами, связанными с качеством. Том ранее работал в сервисе инженерных услуг Cutler-Hammer и обеспечивал клиентов оценкой электроэнергии, уделяя особое внимание области качеству электроэнергии и надежности. Том выполнил многочисленные измерения и исследования. Он опубликовал технические статьи и семинары по вопросам качества электроэнергии.
Дэниэл Дж. Карновал, Р.Е. является менеджером по вопросам качества электроэнергии в Eaton Electrical. Дэн отвечает за разработку стратегии и способов для обеспечения надежности и производительности решений по 8 отделу оборудования электрических групп. Дэн разработал CEU, технические семинары по энергетическому анализу. Он провел несколько сотен исследований качества электроэнергии для коммерческих, промышленных и коммунальных энергосистем: оценка качества электроэнергии и применение решений. Дэн работал в сервисе инженерных услуг Westinghouse и ABB Power T & D. Он получил докторскую степень в области электротехники от университета Ганнон и степень магистра в энергосистемах политехнического университета. Он является зарегистрированным профессиональным инженером в штатах Пенсильвания, Калифорния и Аляска.