Оценка и нормирование несимметрии напряжений в системах электроснабжения общего назначения

Показатели электромагнитной совместимости (ЭМС) должны отражать негативные последствия воздействия помех: дополнительные потери мощности, сокращение срока службы и др. Первоначально допустимость несимметрии напряжений (помехи) оценивалась только величиной коэффициента несимметрии, что корректно лишь при неизменных помехах, поскольку в этом случае потери мощности и эффекты дополнительного нагрева связаны с ним функционально. В [1] при измерениях в действующих электрических сетях учитывается еще и длительность ТVS воздействия помехи, которая принята равной 3 с. Однако такой кумулятивный принцип1 не обеспечивает физический смысл и универсальность оценок ЭМС. Действительно, операция квадратичного трехсекундного осреднения описывает нагрев гипотетического электроприемника с активной входной проводимостью и не реализуемыми на практике тепловыми свойствами: при его включении на постоянную помеху происходит адиабатический нагрев с линейным возрастанием температуры, через 3 с все выделяющееся тепло начинает полностью отдаваться в окружающую среду при неизменной температуре электроприемника, а при отключении температура в течение 3 с линейно убывает до температуры окружающей среды. Достоверность оценки ЭМС обеспечивается путем моделирования воздействий помех на электрооборудование [4]. В полной мере такой подход реализован для показателей колебаний и несинусоидальности напряжения. Здесь этот общий принцип используется для оценки несимметрии напряжений. Для краткости рассматривается лишь трехпроводная система, но все выводы можно распространить и на четырехпроводные системы. В стандарте [1] нормы устанавливаются в точках общего присоединения, а в стандартах вида [7] (ранее – и в ГОСТ 13109-67) – на зажимах электроприемников.

Задача обеспечения ЭМС является оптимизационной: при выполнении ограничений сопоставляются ущерб от несимметрии напряжений и затраты на средства ее уменьшения. При определении ущерба необходимо использовать модели конкретного электрооборудования, а в нормировании в точках общего присоединения – стандартных электроприемников (термин из [6]) Условность метода симметричных составляющих очевидна: несимметрия есть симметричная система. Поэтому в ряде случаев раздельное рассмотрение прямой и обратной последовательностей не всегда возможно. Проиллюстрируем это на примере двух вариантов канализации электроэнергии: тремя одножильными кабелями или одним трехжильным. Для простоты рассмотрим неизменную во времени однофазную нагрузку, A B I I = ? считая активные сопротивления r жил кабелей одинаковыми.

Исходные для расчета графики Ut2 изменения во времени линейных напряжений обратной последовательности в кВ или их характеристики определяются по экспериментальным записям линейных напряжений или по линейным токам электроприемников. Для расчета используется формула (Б.18) из [1], которая относится к частному случаю применения метода симметричных составляющих, когда треугольник линейных напряжений или токов является замкнутым. Это означает, что в любой момент времени модуль одного напряжения не должен превышать сумму модулей двух других напряжений. При обрыве фазы А, когда 0, UAB = в формуле будет деление на нуль. Учитывая, что в этом случае , U U BC CA = получим, что модули прямой U1 и обратной U2 последовательностей будут равны между собой и отличаться от UBC или UCA в 3 раз. Если по условиям задачи требуется знать угол между векторами U1 и U2 , как в (6), то необходимо применять общие формулы метода симметричных составляющих. Динамические модели ЭМС. Для определенности оценим влияние несимметрии напряжений на асинхронные электродвигатели (АД).

Целью расчетов является определение суммарных потерь активной мощности Р2, максимального превышения температуры и уменьшения срока службы 2 от несимметрии напряжений. В [7] нормируются превышения температуры при отклонения напряжения и частоты: 10°С –для машин мощностью до 1000 кВт и 5°С – большей мощности. Естественно считать, что эти нормы оценивают интегральный эффект воздействия на АД всех кондуктивных помех, а не только перечисленных в стандарте. Отсюда следует, что допустимая величина, приходящаяся на несимметрию, определяется разностью между интегральной нормой и превышением нормы от других помех.

Для укрупненных расчетов можно использовать усредненные зависимости коэффициентов потерь от номинальной мощности. Представляется целесообразным создать базу данных о коэффициентах потерь для каждого АД, а для укрупненных расчетов использовать осредненные зависимости для двигателей разных фирм Двигатели серии 4А имеют меньшие дополнительные потери мощности от несимметрии, хотя потери от прямой последовательности в них больше. По-видимому, это объясняется тем, что двигатели с повышенными 8 КПД и кратностями пускового момента имеют глубокие пазы, а следовательно, на них больше сказывается явление вытеснения тока ротора.

Выводы.

1. Физический смысл оценок ЭМС обеспечивается путем моделирования воздействий несимметрии напряжений на электрооборудование и электрическую сеть: дополнительных потерь активной мощности, максимального превышения температуры и теплового износа изоляции.
2. В стандарте на показатели ЭМС в точках общего присоединения вместо трехсекундного коэффициента несимметрии целесообразно перейти к нормированию по долговременной и кратковременной дозам несимметрии напряжения. В стандартах на показатели ЭМС электрооборудования следует нормировать температуру дополнительного нагрева от помех ЭМС, включая несимметрию.
3. Техническая необходимость применения средств уменьшения несимметрии обусловлена требованиями стандартов на показатели ЭМС, а экономическая целесообразность оценивается сопоставлением ущерба от несимметрии с затратами на симметрирование.

Список литературы

1. ГОСТ 13109-97. Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – Введ. с 01.01.1999.
2. Куренный Э. Г., Дмитриева Е. Н., Ковальчук В. М., Коломытцев А. Д. Кумулятивный принцип оценки качества напряжения. – Электричество, 1978 г. № 9.
3. Электромагнитная совместимость электроприемников промышленных предприятий / Под ред. А.К. Шидловского. – Киев: Наукова думка, 1992. – 236 с.
4. Куренный Э. Г., Ковальчук В. М., Коломытцев А. Д. Оценка качества электроэнергии с использованием моделей объектов / В кн.: Качество электроэнергии в сетях промпредприятий. Материалы конференции. – М.: МДНТП, 1977 г.
5. CEI/IEC 61000-4-15. Electromagnetic compatibility – Part 4, Section 15: Flickermeter – Functional and design specification. 1997.
6. Куренный Э. Г., Лютый А. П. Оценка несинусоидальности напряжения при анализе качества электроэнергии. – Электричество, 2005 г. № 8.