Влияние качества электрической энергии на потери в системе электроснабжения предприятия

Гармоники напряжения вызывают в трансформаторах увеличение потерь на гистерезис и потерь, связанных с вихревыми токами в стали, а так же потерь в обмотках. Сокращается также срок службы изоляции. Эти потери могут привести к значительным потерям энергии и быть причиной выхода из строя трансформаторов вследствие перегрева. Протекание по обмоткам трансформатора несинусоидальных токов, вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости, приводит к увеличению активного сопротивления обмоток трансформатора и, как следствие, к дополнительному нагреву. Срок службы трансформатора зависит от нагрева его частей и не позволяет при несинусоидальном токе использовать трансформатор на всю его номинальную мощность, ее приходится занижать. Например, полная загрузка трансформатора может наступить при использовании лишь 80% номинальной мощности, указанной в его паспортных данных.
В качестве объекта исследования был выбрана система электроснабжения завода гидропрессов «Металлист». В результате измерений показателей качества электрической энергии было установлено, что коэффициенты гармонических составляющих напряжения выходят за границы, установленные [1]. В таблице 1 приведены результаты измерений прибора, установленного на секции шин I 0,4 кВ ТП-1152А. В таблице 2 результаты измерений на секции шин II 0,4 кВ ТП-1152А.
Таблица 1 – Результаты измерений коэффициентов гармонических составляющих напряжения порядка n
n
Результат измерений
Нормативное значение
Напряжени А
Напряжение В
Напряжение С
KU (n ) (95%)
KU (n ) (100 %)
Т1
Т2
KU (n ) (95%)
KU (n ) (100 %)
Т1
Т2
KU (n ) (95%)
KU (n ) (100 %)
Т1
Т2
KU (n ) (95 %)
KU (n ) (100 %)
2
0,04
0,05
0,0
0,0
0,04
0,04
0,0
0,0
0,04
0,06
0,0
0,0
2,00
3,00
3
0,79
1,08
0,0
0,0
0,79
1,17
0,0
0,0
0,68
0,96
0,0
0,0
5,00
7,50
4
0,03
0,05
0,0
0,0
0,03
0,06
0,0
0,0
0,04
0,08
0,0
0,0
1,00
1,50
5
0,67
0,97
0,0
0,0
0,53
0,82
0,0
0,0
0,67
1,01
0,0
0,0
6,00
9,00
6
0,02
0,03
0,0
0,0
0,02
0,03
0,0
0,0
0,02
0,06
0,0
0,0
0,50
0,75
7
0,59
0,74
0,0
0,0
0,62
0,73
0,0
0,0
0,71
0,84
0,0
0,0
5,00
7,50
8
0,02
0,03
0,0
0,0
0,02
0,03
0,0
0,0
0,02
0,06
0,0
0,0
0,50
0,75
9
1,95
2,36
25,26
2,52
1,62
1,89
19,31
0,0
2,52
2,64
64,58
9,85
1,50
2,25
10
0,02
0,03
0,0
0,0
0,01
0,02
0,0
0,0
0,01
0,03
0,0
0,0
0,50
0,75
11
0,35
0,57
0,0
0,0
0,33
0,56
0,0
0,0
0,41
0,59
0,0
0,0
3,50
5,25
12
0,00
0,02
0,0
0,0
0,00
0,01
0,0
0,0
0,01
0,03
0,0
0,0
0,20
0,30
13
0,21
0,34
0,0
0,0
0,25
0,34
0,0
0,0
0,28
0,37
0,0
0,0
3,00
4,50
14
0,00
0,03
0,0
0,0
0,00
0,04
0,0
0,0
0,00
0,04
0,0
0,0
0,20
0,30
15
0,48 0,54 78,27 14,54 0,44 0,49 66,86 0,94 0,51 0,59 19,50 0,48 0,54 0,30
0,45
16
0,01
0,05
0,0
0,0
0,00
0,05
0,0
0,0
0,01
0,05
0,0
0,0
0,20
0,30
17
0,11
0,14
0,0
0,0
0,11
0,14
0,0
0,0
0,12
0,18
0,0
0,0
2,00
3,00
18
0,00
0,06
0,0
0,0
0,01
0,07
0,0
0,0
0,01
0,06
0,0
0,0
0,20
0,30
19
0,05
0,08
0,0
0,0
0,06
0,09
0,0
0,0
0,10
0,13
0,0
0,0
1,50
2,25
20
0,00
0,04
0,0
0,0
0,00
0,04
0,0
0,0
0,00
0,04
0,0
0,0
0,20
0,30
21
0,20 0,27 4,33 0,00 0,18 0,25 0,23 0,00 0,21 0,278,43 0,00 0,20 0,27 0,20
0,30
22
0,00
0,02
0,0
0,0
0,00
0,02
0,0
0,0
0,00
0,02
0,0
0,0
0,20
0,30
23
0,05
0,08
0,0
0,0
0,08
0,11
0,0
0,0
0,07
0,09
0,0
0,0
1,50
2,25
24
0,00
0,00
0,0
0,0
0,00
0,00
0,0
0,0
0,00
0,01
0,0
0,0
0,20
0,30
25
0,05
0,10
0,0
0,0
0,06
0,11
0,0
0,0
0,06
0,12
0,0
0,0
1,50
2,25
26
0,00
0,00
0,0
0,0
0,00
0,00
0,0
0,0
0,00
0,01
0,0
0,0
0,20
0,30
27
0,04
0,05
0,0
0,0
0,03
0,05
0,0
0,0
0,03
0,05
0,0
0,0
0,20
0,30
28
0,00
0,01
0,0
0,0
0,00
0,02
0,0
0,0
0,00
0,01
0,0
0,0
0,20
0,30
29
0,03
0,04
0,0
0,0
0,03
0,06
0,0
0,0
0,03
0,04
0,0
0,0
1,50
2,25
30
0,00
0,00
0,0
0,0
0,00
0,00
0,0
0,0
0,00
0,00
0,0
0,0
0,20
0,30
31
0,03
0,04
0,0
0,0
0,03
0,05
0,0
0,0
0,03
0,04
0,0
0,0
1,50
2,25
32
0,00
0,00
0,0
0,0
0,00
0,00
0,0
0,0
0,00
0,00
0,0
0,0
0,20
0,30
33
0,02
0,03
0,0
0,0
0,02
0,03
0,0
0,0
0,03
0,04
0,0
0,0
0,20
0,30
34
0,00
0,01
0,0
0,0
0,00
0,01
0,0
0,0
0,00
0,00
0,0
0,0
0,20
0,30
35
0,03
0,04
0,0
0,0
0,03
0,04
0,0
0,0
0,03
0,04
0,0
0,0
1,50
2,25
36
0,00
0,00
0,0
0,0
0,00
0,00
0,0
0,0
0,00
0,00
0,0
0,0
0,20
0,30
37
0,03
0,04
0,0
0,0
0,03
0,04
0,0
0,0
0,03
0,04
0,0
0,0
1,50
2,25
38
0,00
0,02
0,0
0,0
0,00
0,02
0,0
0,0
0,00
0,01
0,0
0,0
0,20
0,30
39
0,02
0,03
0,0
0,0
0,01
0,02
0,0
0,0
0,03
0,04
0,0
0,0
0,20
0,30
40
0,00
0,02
0,0
0,0
0,00
0,01
0,0
0,0
0,00
0,01
0,0
0,0
0,20
0,30
Таблица 2 – Результаты измерений коэффициентов гармонических составляющих напряжения порядка n
n
Результат измерений
Нормативное значение
Напряжени А
Напряжение В
Напряжение С
KU (n ) (95%)
KU (n ) (100 %)
Т1
Т2
KU (n ) (95%)
KU (n ) (100 %)
Т1
Т2
KU (n ) (95%)
KU (n ) (100 %)
Т1
Т2
KU (n ) (95 %)
KU (n ) (100 %)
2
0,17
0,24
0,0
0,0
0,18
0,27
0,0
0,0
0,11
0,15
0,0
0,0
2,00
3,00
3
0,44
0,60
0,0
0,0
0,38
0,47
0,0
0,0
0,47
0,65
0,0
0,0
5,00
7,50
4
0,21
0,34
0,0
0,0
0,20
0,25
0,0
0,0
0,23
0,29
0,0
0,0
1,00
1,50
5
0,60
0,98
0,0
0,0
0,92
1,07
0,0
0,0
0,56
0,84
0,0
0,0
6,00
9,00
6
0,23
0,28
0,0
0,0
0,13
0,24
0,0
0,0
0,14
0,22
0,0
0,0
0,50
0,75
7
0,56
0,73
0,0
0,0
0,56
0,76
0,0
0,0
0,47
0,64
0,0
0,0
5,00
7,50
8
0,03
0,14
0,0
0,0
0,09
0,12
0,0
0,0
0,07
0,10
0,0
0,0
0,50
0,75
9
1,75
2,86
20,53
9,25
1,52
1,85
35,85
0,0
2,01
2,95
30,95
15,30
1,50
2,25
10
0,10
0,12
0,0
0,0
0,03
0,08
0,0
0,0
0,08
0,10
0,0
0,0
0,50
0,75
11
0,39
0,69
0,0
0,0
0,41
0,62
0,0
0,0
0,35
0,64
0,0
0,0
3,50
5,25
12
0,09
0,10
0,0
0,0
0,09
0,10
0,0
0,0
0,09
0,12
0,0
0,0
0,20
0,30
13
0,62
1,07
0,0
0,0
0,48
0,96
0,0
0,0
0,71
1,36
0,0
0,0
3,00
4,50
14
0,03
0,04
0,0
0,0
0,08
0,10
0,0
0,0
0,06
0,09
0,0
0,0
0,20
0,30
15
0,52 1,10
20,32
5,20
0,5
0,56
10 16,30
10,32
0,12
0,19
0,0
0,0
0,30
0,45
16
0,04
0,05
0,0
0,0
0,05
0,05
0,0
0,0
0,02
0,03
0,0
0,0
0,20
0,30
17
0,25
0,37
0,0
0,0
0,31
0,44
0,0
0,0
0,28
0,43
0,0
0,0
2,00
3,00
18
0,02
0,03
0,0
0,0
0,04
0,05
0,0
0,0
0,06
0,07
0,0
0,0
0,20
0,30
19
0,19
0,23
0,0
0,0
0,21
0,27
0,0
0,0
0,20
0,26
0,0
0,0
1,50
2,25
20
0,05
0,07
0,0
0,0
0,06
0,08
0,0
0,0
0,02
0,03
0,0
0,0
0,20
0,30
21
0,33
0,41
15,20
10,21
0,29
0,50
12,30
9,50 0,07
0,10
0,0
0,0
0,20
0,30
22
0,06
0,08
0,0
0,0
0,09
0,11
0,0
0,0
0,04
0,05
0,0
0,0
0,20
0,30
23
0,17
0,23
0,0
0,0
0,21
0,28
0,0
0,0
0,22
0,29
0,0
0,0
1,50
2,25
24
0,02
0,02
0,0
0,0
0,02
0,02
0,0
0,0
0,02
0,02
0,0
0,0
0,20
0,30
25
0,11
0,19
0,0
0,0
0,13
0,24
0,0
0,0
0,13
0,20
0,0
0,0
1,50
2,25
26
0,02
0,04
0,0
0,0
0,02
0,03
0,0
0,0
0,02
0,03
0,0
0,0
0,20
0,30
27
0,04
0,06
0,0
0,0
0,03
0,05
0,0
0,0
0,04
0,06
0,0
0,0
0,20
0,30
28
0,02
0,03
0,0
0,0
0,02
0,04
0,0
0,0
0,01
0,03
0,0
0,0
0,20
0,30
29
0,10
0,18
0,0
0,0
0,09
0,16
0,0
0,0
0,09
0,14
0,0
0,0
1,50
2,25
30
0,02
0,02
0,0
0,0
0,02
0,02
0,0
0,0
0,01
0,02
0,0
0,0
0,20
0,30
31
0,08
0,15
0,0
0,0
0,07
0,12
0,0
0,0
0,08
0,14
0,0
0,0
1,50
2,25
32
0,02
0,03
0,0
0,0
0,02
0,04
0,0
0,0
0,02
0,03
0,0
0,0
0,20
0,30
33
0,03
0,05
0,0
0,0
0,03
0,04
0,0
0,0
0,04
0,06
0,0
0,0
0,20
0,30
34
0,02
0,03
0,0
0,0
0,02
0,04
0,0
0,0
0,02
0,03
0,0
0,0
0,20
0,30
35
0,09
0,14
0,0
0,0
0,09
0,14
0,0
0,0
0,10
0,14
0,0
0,0
1,50
2,25
36
0,02
0,02
0,0
0,0
0,02
0,02
0,0
0,0
0,00
0,02
0,0
0,0
0,20
0,30
37
0,08
0,11
0,0
0,0
0,07
0,11
0,0
0,0
0,07
0,11
0,0
0,0
1,50
2,25
38
0,01
0,02
0,0
0,0
0,02
0,03
0,0
0,0
0,02
0,03
0,0
0,0
0,20
0,30
39
0,03
0,04
0,0
0,0
0,03
0,04
0,0
0,0
0,03
0,05
0,0
0,0
0,20
0,30
40
0,01
0,02
0,0
0,0
0,02
0,03
0,0
0,0
0,01
0,02
0,0
0,0
0,20
0,30
Для устранения выявленного несоответствия показателей качества электрической энергии – отклонения коэффициентов гармонических составляющих предлагается установить активные фильтры гармоник на секциях шин 0,4 кВ ТП-1152А.
Для подавления (устранения или снижения) гармоник могут использоваться фильтры. Такие стандарты, как [2] и [3] требуют оборудования импульсных источников питания фильтрами гармоник.
Активные фильтро-компенсирующие и симметрирующие устройства представляют собой комплекс из пассивных и активных фильтров, подсоединяемых параллельно к потребителям, искажающее действие которых на сеть должно быть скомпенсировано. Активные фильтры можно назвать источниками регулируемого тока, которые подают в систему переменный ток любой  формы в режиме реального времени. При подключении к нелинейному потребителю токи высших гармоник компенсируются, и сеть становится загруженной только «чистым» током основной гармоники. В случае трехфазной сети автоматически осуществляется и симметрирование токов нагрузки, протекающих по фазам. Система управления следит за нужными параметрами сети и способна определять и моментально реагировать, исправляя любые отклонения в токе нагрузки. Активные фильтры не потребляют активной мощности (за исключением потерь), поскольку как высшие гармоники, так и составляющие обратной последовательности, характеризующие несимметрию, ортогональны основной составляющей напряжения сети, т.е. имеют реактивный характер.
Ключевые факторы рекомендованного мероприятия представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 – Фильтры гармонических колебаний
Список ИСПОЛЬЗОВАННОЙ литературы:
ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – Москва: Стандартинформ. – 2014
ГОСТ 30372-95. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения. – Москва: Стандартинформ. – 1997.
ГОСТ 30404.4.30 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии. – Москва: Стандартинформ. – 2014