Применение пределов гармоник стандарта ieee 519-1992

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), 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.

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:

1. ограничении инжекции гармоник от индивидуальных потребителей, чтобы они не вызывали неприемлемые уровни искажений напряжения для нормальных характеристик системы.

2. 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 THDнапряжения 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 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.

IV. ОТНОШЕНИЕ ISC/IL

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. ILявляется «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).