ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 299
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
показано разложение несинусоидального напряжения сети U на первую U
1
и третью U
3
гармонические составляющие. На рисунке 28б в составе сетевого напряжения выделяются первая U
1
и пятая U
5
гармоники.
Таким образом, несинусоидальные кривые тока и напряжения представляют собой суперпозицию гармонических составляющих, имеющих различные частоты. Кроме синусоиды основной или промышленной частоты
f = 50 Гц, представляющей собой низшую гармонику при разложении на составляющие, в составе несинусоидальной кривой напряжения присутствуют синусоиды, частота которых кратна промышленной частоте.
Эти составляющие являются высшими гармониками. а)
б)
Рис. 28. Примеры разложения несинусоидальных сигналов на первую и третью гармоники (а); первую и пятую гармоники (б)
В ГОСТ 32144-2013 отмечается, что гармонические составляющие напряжения обусловлены, как правило, нелинейными нагрузками пользователей электрических сетей, подключаемыми к системам различного напряжения. Гармонические токи, протекающие в электрических сетях,
U
U
1
U
3
U
U
1
U
5
1
и третью U
3
гармонические составляющие. На рисунке 28б в составе сетевого напряжения выделяются первая U
1
и пятая U
5
гармоники.
Таким образом, несинусоидальные кривые тока и напряжения представляют собой суперпозицию гармонических составляющих, имеющих различные частоты. Кроме синусоиды основной или промышленной частоты
f = 50 Гц, представляющей собой низшую гармонику при разложении на составляющие, в составе несинусоидальной кривой напряжения присутствуют синусоиды, частота которых кратна промышленной частоте.
Эти составляющие являются высшими гармониками. а)
б)
Рис. 28. Примеры разложения несинусоидальных сигналов на первую и третью гармоники (а); первую и пятую гармоники (б)
В ГОСТ 32144-2013 отмечается, что гармонические составляющие напряжения обусловлены, как правило, нелинейными нагрузками пользователей электрических сетей, подключаемыми к системам различного напряжения. Гармонические токи, протекающие в электрических сетях,
U
U
1
U
3
U
U
1
U
5
создают падения напряжений на полных сопротивлениях электрических цепей. Величина искажения напряжения в сети зависит от импеданса источника. Электрический импеданс означает полное (комплексное) сопротивление для гармонического сигнала.
Гармонические токи, полные сопротивления электрических сетей и, следовательно, гармонические составляющие напряжения в точках передачи электрической энергии изменяются во времени. Высшие гармонические составляющие, изменяющиеся с частотой более 50 Гц (f
50 Гц), крайне нежелательны. Это объясняется тем, что они вызывают увеличение потерь мощности и энергии в системе электроснабжения, создают помехи для работы связи, автоматики, защиты, телемеханики и бытовых приборов.
Уровень отдельной гармоники, присутствующей в составе сетевого напряжения и влияющей на его форму, определяется с помощью коэффициента группы n-й гармонической составляющей напряжения
)
(n
U
K
По
ГОСТ
30804.4.7-2013
«Совместимость технических средств электромагнитная. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств» этот параметр называется суммарным коэффициентом гармонических составляющих группы
U
THDG
(Group Total Harmonic Distortion). Для его нахождения необходимо провести
N измерений.
Сначала определить коэффициенты составляющих гармонических составляющих напряжения в отдельных i-х измерениях, а затем усреднить полученные данные.
Коэффициент n-й гармонической составляющей при i-м измерении
)
(n
U
K
определяется по формуле (11).
)
(n
U
K
представляет собой выраженное в процентах отношение действующего значения n-й гармонической составляющей напряжения к действующему значению междуфазного
(фазного) напряжения основной частоты, имеющего место в сети в данный момент времени:
Гармонические токи, полные сопротивления электрических сетей и, следовательно, гармонические составляющие напряжения в точках передачи электрической энергии изменяются во времени. Высшие гармонические составляющие, изменяющиеся с частотой более 50 Гц (f
50 Гц), крайне нежелательны. Это объясняется тем, что они вызывают увеличение потерь мощности и энергии в системе электроснабжения, создают помехи для работы связи, автоматики, защиты, телемеханики и бытовых приборов.
Уровень отдельной гармоники, присутствующей в составе сетевого напряжения и влияющей на его форму, определяется с помощью коэффициента группы n-й гармонической составляющей напряжения
)
(n
U
K
По
ГОСТ
30804.4.7-2013
«Совместимость технических средств электромагнитная. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств» этот параметр называется суммарным коэффициентом гармонических составляющих группы
U
THDG
(Group Total Harmonic Distortion). Для его нахождения необходимо провести
N измерений.
Сначала определить коэффициенты составляющих гармонических составляющих напряжения в отдельных i-х измерениях, а затем усреднить полученные данные.
Коэффициент n-й гармонической составляющей при i-м измерении
)
(n
U
K
определяется по формуле (11).
)
(n
U
K
представляет собой выраженное в процентах отношение действующего значения n-й гармонической составляющей напряжения к действующему значению междуфазного
(фазного) напряжения основной частоты, имеющего место в сети в данный момент времени:
100 1
)
(
)
(
i
i
n
i
n
U
U
U
K
%.
(11)
Действующее значение n-й гармоники напряжения может быть получено, например, с помощью анализатора сетевого напряжения в спектральной области (рис. 29).
Рис. 29. Действующее значение пятой гармоники напряжения
Значение коэффициента n-й группы гармонических составляющих
)
(n
U
K
напряжения находится как результат усреднения N (N ≥ 9) отдельных наблюдений
i
n
U
K
)
(
на интервале времени, равном 3 с, в соответствии с выражением (12):
N
K
K
N
i
i
n
U
n
U
1 2
)
(
)
(
%.
(12)
В целом содержание высших гармоник в электрической сети оценивается коэффициентом искажения синусоидальности кривой
напряжения
U
K
. По ГОСТ 30804.4.7-2013 этот коэффициент искажения
Частота,
Гц
250
240
230
220
210
200
260
270
280
290
300
0
4
6
8
10
12
U, B
2
310
синусоидальности кривой напряжения
U
K
называется суммарным коэффициентом гармонических составляющих (
U
THD
– Total Harmonic
Distortion) напряжения (U).
Для его нахождения сначала определяется коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения в отдельном i-м наблюдении
Ui
K
Данный параметр находится по формуле (13) следующим образом:
100 1
40 2
2
)
(
1
n
i
n
i
Ui
U
U
K
%.
(13)
Здесь
i
U
1
– действующее значение фазного или междуфазного напряжения основной частоты в i-м наблюдении,
i
n
U
)
(
– действующее значение n-й (2, 3, …40) гармоники напряжения в i-м измерении.
Порядок последней учитываемой гармоники равен 40. Ограничение диапазона учитываемых гармоник связано с тем, что амплитуды гармонических составляющих более высокого порядка (n > 40) несущественны.
Результирующее значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения (
U
THD
– Total Harmonic Distortion) определяется по формуле (14) как среднее геометрическое значения от значений коэффициентов, полученных в отдельных измерениях:
N
K
K
N
i
Ui
U
1 2
%,
(14) где N – количество наблюдений,
Ui
K
– коэффициент искажения синусоидальности кривой на i-м наблюдении, i = 1, 2, … N. Количество наблюдений в интервале 3 с должно быть не менее N
9.
Таким образом, по действующему стандарту показателями качества
электрической энергии, характеризующими несинусоидальность сетевого
напряжения, являются:
U
K
называется суммарным коэффициентом гармонических составляющих (
U
THD
– Total Harmonic
Distortion) напряжения (U).
Для его нахождения сначала определяется коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения в отдельном i-м наблюдении
Ui
K
Данный параметр находится по формуле (13) следующим образом:
100 1
40 2
2
)
(
1
n
i
n
i
Ui
U
U
K
%.
(13)
Здесь
i
U
1
– действующее значение фазного или междуфазного напряжения основной частоты в i-м наблюдении,
i
n
U
)
(
– действующее значение n-й (2, 3, …40) гармоники напряжения в i-м измерении.
Порядок последней учитываемой гармоники равен 40. Ограничение диапазона учитываемых гармоник связано с тем, что амплитуды гармонических составляющих более высокого порядка (n > 40) несущественны.
Результирующее значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения (
U
THD
– Total Harmonic Distortion) определяется по формуле (14) как среднее геометрическое значения от значений коэффициентов, полученных в отдельных измерениях:
N
K
K
N
i
Ui
U
1 2
%,
(14) где N – количество наблюдений,
Ui
K
– коэффициент искажения синусоидальности кривой на i-м наблюдении, i = 1, 2, … N. Количество наблюдений в интервале 3 с должно быть не менее N
9.
Таким образом, по действующему стандарту показателями качества
электрической энергии, характеризующими несинусоидальность сетевого
напряжения, являются:
значения коэффициентов гармонических составляющих
напряжения до 40-го порядка
в процентах напряжения
от основной гармонической составляющей
в точке
передачи электрической энергии;
значение
суммарного
коэффициента
гармонических
составляющих
напряжения
,
%
(отношения среднеквадратического значения суммы всех гармонических составляющих до 40-го порядка к среднеквадратическому значению основной составляющей) в точке передачи
электрической энергии.
Для указанных показателей КЭ установлены следующие нормы: а) значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения
, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать значений, установленных в таблицах 1–3 (ГОСТ 32144-2013), в течение 95 % времени интервала в 1 неделю (рис. 30); б) значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения
, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать значений, установленных в таблицах 1–3 (ГОСТ 32144-2013), увеличенных в
1,5 раза, в течение 100 % времени каждого периода в 1 неделю (рис. 30); в) значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения
, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать значений, установленных в таблице 4 (ГОСТ 32144-2013), в течение 95 % времени интервала в 1 неделю (рис. 31); г) значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения
, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать значений, установленных в таблице 5 (ГОСТ 32144-2013), в течение 100 % времени интервала в 1 неделю (рис. 31).
Таким образом, нормально и предельно допустимые значения не должны соответственно превышать: в электрической сети напряжением до 1
( )
U n
K
1
U
U
K
( )
U n
K
( )
U n
K
U
K
U
K
U
K
кВ – 8 и 12 %, в сети напряжением 6…20 кВ – 5 и 8 %, в сети напряжением
35 кВ – 4 и 6 %, в сети напряжением 110 кВ и выше – 2 и 3 %.
Рис. 30. Нормы значений коэффициентов гармонических составляющих n-го порядка
ГОСТ 32144-2013
Таблица 1
Значения коэффициентов нечетных гармонических составляющих напряжения, не кратных трем
Порядок гармонической составляющей n
Значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения
, %
Напряжение электрической сети, кВ
0,38 6
–25 35 110
–220 5
6 4
3 1,5 7
5 3
2,5 1
11 3,5 2
2 1
13 3,0 2
1,5 0,7 17 2,0 1,5 1
0,5 19 1,5 1
1 0,4 23 1,5 1
1 0,4 25 1,5 1
1 0,4
> 25 1,5 1
1 0,4
Таблица 2
Значения коэффициентов нечетных гармонических составляющих напряжения, кратных трем
Порядок гармонической составляющей n
Значения коэффициентов напряжения гармонических составляющих
, %
Напряжение электрической сети, кВ
0,38 6
–25 35 110
–220 3
5 3
3 1,5 9
1,5 1
1 0,4 15 0,3 0,3 0,3 0,2 21 0,2 0,2 0,2 0,2
> 21 0,2 0,2 0,2 0,2
Таблица 3
Значения коэффициентов напряжения четных гармонических
Порядок гармонической составляющей n
Значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения
, %
Напряжение электрической сети, кВ
0,38 6
–25 35 110
–220 2
2 1,5 1
0,5 4
1 0,7 0,5 0,3 6
0,5 0,3 0,3 0,2 8
0,5 0,3 0,3 0,2 10 0,5 0,3 0,3 0,2 12 0,2 0,2 0,2 0,2
> 12 0,2 0,2 0,2 0,2
( )
U n
K
( )
U n
K
1
U
( )
U n
K
( )
U n
K
1
U
( )
U n
K
1
U
35 кВ – 4 и 6 %, в сети напряжением 110 кВ и выше – 2 и 3 %.
Рис. 30. Нормы значений коэффициентов гармонических составляющих n-го порядка
ГОСТ 32144-2013
Таблица 1
Значения коэффициентов нечетных гармонических составляющих напряжения, не кратных трем
Порядок гармонической составляющей n
Значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения
, %
Напряжение электрической сети, кВ
0,38 6
–25 35 110
–220 5
6 4
3 1,5 7
5 3
2,5 1
11 3,5 2
2 1
13 3,0 2
1,5 0,7 17 2,0 1,5 1
0,5 19 1,5 1
1 0,4 23 1,5 1
1 0,4 25 1,5 1
1 0,4
> 25 1,5 1
1 0,4
Таблица 2
Значения коэффициентов нечетных гармонических составляющих напряжения, кратных трем
Порядок гармонической составляющей n
Значения коэффициентов напряжения гармонических составляющих
, %
Напряжение электрической сети, кВ
0,38 6
–25 35 110
–220 3
5 3
3 1,5 9
1,5 1
1 0,4 15 0,3 0,3 0,3 0,2 21 0,2 0,2 0,2 0,2
> 21 0,2 0,2 0,2 0,2
Таблица 3
Значения коэффициентов напряжения четных гармонических
Порядок гармонической составляющей n
Значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения
, %
Напряжение электрической сети, кВ
0,38 6
–25 35 110
–220 2
2 1,5 1
0,5 4
1 0,7 0,5 0,3 6
0,5 0,3 0,3 0,2 8
0,5 0,3 0,3 0,2 10 0,5 0,3 0,3 0,2 12 0,2 0,2 0,2 0,2
> 12 0,2 0,2 0,2 0,2
( )
U n
K
( )
U n
K
1
U
( )
U n
K
( )
U n
K
1
U
( )
U n
K
1
U
Рис. 31. Нормы значений суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения
По значению коэффициента определяется спектр n-х гармонических составляющих, на подавление которых должны быть рассчитаны соответствующие силовые фильтры. Предельно допустимое значение n-й гармоники принимается в 1,5 раза больше нормально допустимого. Нормально и предельно допустимые значения, например 5-й гармоники, не должны соответственно превышать: в электрической сети напряжением до 1 кВ – 6 и 9 %, в сети напряжением 6…20 кВ – 4 и 6 %, в сети напряжением 35 кВ – 3 и 4,5 %, в сети напряжением 110 кВ и выше – 1,5 и 2,2 %.
Для точной диагностики установок современные средства измерений должны позволять анализировать вместе и по отдельности гармоники, лежащие в диапазоне 100…2000 Гц (до 40-го порядка).
Измерения напряжения гармонических составляющих
n
K
должны быть проведены в соответствии с требованиями ГОСТ 30804.4.7, класс I, в интервалах времени 10 периодов без промежутков между интервалами с последующим усреднением в интервале времени 10 мин. В качестве
( )
U n
K
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 20
ГОСТ 32144-2013
Таблица 4
Значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения
Значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения
, %
Напряжение электрической сети, кВ
0,38 6
–25 35 110
–220 8,0 5,0 4,0 2,0
Таблица 5
Значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения
Значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения
, %
Напряжение электрической сети, кВ
0,38 6
–25 35 110
–220 12,0 8,0 6,0 3,0
U
K
U
K
U
K
U
K
результатов измерений в интервалах времени 10 периодов должны быть применены гармонические подгруппы по ГОСТ 30804.4.7, подраздел 3.2.
2.4.2. Интергармонические составляющие напряжения
В искаженном (несинусоидальном) сигнале тока или напряжения может присутствовать составляющая, частота которой не является кратной основной частоте. Например, в основной кривой напряжения выделяется компонента с частотой 175 Гц, которая не кратна 50 Гц. Такие сигналы, получаемые в результате интермодуляции напряжения или тока, представляют собой интергармонические составляющие.
Уровень интергармоник в сетевом напряжении растет по мере расширения использования быстродействующих частотных вариаторов
(преобразователей частоты). К ним относятся, например, электропривод с инверторами, а также силовые электронные устройства, частоты которых не синхронизированы с сетью (выпрямители, усилители). Источниками интергармоник являются также различные нагрузки, работающие несинхронно с частотой питающей сети, например, электродуговые печи.
Интергармонические сигналы могут излучаться в форме радиопомех и негативно влиять на работу расположенных рядом различных электронных устройств. В связи с чем интергармоники приводят:
− к возникновению помех в усилителях звуковой частоты;
− возникновению дополнительных моментов в электродвигателях и генераторах;
− возникновению помех в катушках индуктивности (явление магнитострикции);
− нарушению работы приемников сигналов, передаваемых в электрических сетях, использующих контроль пульсаций.
Например, они могут отрицательно сказываться на работе телефонных линий связи.
В ГОСТ 32144-2014 прямо говорится, что уровень интергармонических составляющих напряжения электропитания увеличивается в связи с
2.4.2. Интергармонические составляющие напряжения
В искаженном (несинусоидальном) сигнале тока или напряжения может присутствовать составляющая, частота которой не является кратной основной частоте. Например, в основной кривой напряжения выделяется компонента с частотой 175 Гц, которая не кратна 50 Гц. Такие сигналы, получаемые в результате интермодуляции напряжения или тока, представляют собой интергармонические составляющие.
Уровень интергармоник в сетевом напряжении растет по мере расширения использования быстродействующих частотных вариаторов
(преобразователей частоты). К ним относятся, например, электропривод с инверторами, а также силовые электронные устройства, частоты которых не синхронизированы с сетью (выпрямители, усилители). Источниками интергармоник являются также различные нагрузки, работающие несинхронно с частотой питающей сети, например, электродуговые печи.
Интергармонические сигналы могут излучаться в форме радиопомех и негативно влиять на работу расположенных рядом различных электронных устройств. В связи с чем интергармоники приводят:
− к возникновению помех в усилителях звуковой частоты;
− возникновению дополнительных моментов в электродвигателях и генераторах;
− возникновению помех в катушках индуктивности (явление магнитострикции);
− нарушению работы приемников сигналов, передаваемых в электрических сетях, использующих контроль пульсаций.
Например, они могут отрицательно сказываться на работе телефонных линий связи.
В ГОСТ 32144-2014 прямо говорится, что уровень интергармонических составляющих напряжения электропитания увеличивается в связи с