ИССЛЕДОВАНИЕ СУММАРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ГАРМОНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Аннотация. В статье описано проведенное исследование энергосистеме цеха металлоизделий и на комплектной трансформаторной подстанции (КТП-2) 10/0,4 кВ ЗАО "Завод СибгазСтройдеталь". Описан способ обработки результатов исследований, полученных в ходе проведения эксперимента. Все показатели суммарных коэффициентов гармонической составляющей напряжения обработаны средствами программного продукта в среде разработки LabVIEW. Выполнен анализ соответствия данного показателя качества электрической энергии на каждой фазе требованиям ГОСТ 32144-2013

Ключевые слова: качество электрической энергии, суммарный коэффициент гармонической составляющей, гармоники, электромагнитная помеха.

Проблема качества электроэнергии наряду с надежностью и экономичностью является одной из главных в электроэнергетике. Исследование этой проблемы привело к созданию целого научного направления. В настоящее время имеется большое количество публикаций, посвященных отдельным аспектам качества электроэнергии [1-4].

В последние годы на современных промышленных предприятиях значительное распространение получили электропотребители, вольт-амперные характеристики которых нелинейны. Обычно такие нагрузки называют нелинейными. В результате возникают нелинейные искажения формы напряжения сети или, другими словами, несинусоидальные режимы [5].

Основной круг вопросов, составляющих содержание этой проблемы, сводится к следующему: оценке электромагнитной совместимости источников высших гармоник с другими потребителями электроэнергии, т.е. влияния высших гармоник на электроустановки и возникающего при этом экономического ущерба.

Конструктивным научным направлением решения проблем электромагнитной совместимости (ЭМС) технических средств в электроэнергетических системах (ЭЭС) является подавление кондуктивных электромагнитные помехи (ЭМП), распространяющихся по сетям. Однако, проблема ЭМС, обусловленная взаимодействием электромагнитных процессов производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии различными приёмниками, достаточно многогранна и постоянно развивается, поэтому решены не все научные задачи, связанные с особенностями электрических сетей и режимами работы искажающих нагрузок. В последние годы опубликовано значительное количество работ по многогранной и саморазвивающейся проблеме ЭМС технических средств [6-8].

Несинусоидальность напряжения как вид искажения представляет наибольшую опасность для различных электроэнергетических систем. При данной проблеме появляются кондуктивные низкочастотные электромагнитные помехи по суммарному коэффициенту гармонических составляющих напряжения.

ГОСТ 32144–2013 характеризует нормы ПКЭ в системах электроснабжения общего назначения. Одним из этих показателей является несинусоидальность напряжения как вид искажения гармоническими составляющими напряжения [9]. Также, согласно данному межгосударственному стандарту, ПКЭ, которые относятся к гармоническим составляющим напряжения, являются:

– значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения до 40-го порядка K_U[n] в процентах от напряжения основной гармонической составляющей U₁ в точке передачи электрической энергии

;                                                    (1)

,                                                     (2)

где U_i – действующее значение напряжения основной частоты при i-м наблюдении, В;

U_[n]i – действующее значение напряжения n-й гармоники, В;

– значение суммарного коэффициента гармонических составляющих (СКГС) напряжения K_U, % в точке передачи электрической энергии [9].

Процесс возникновения ЭМП по СКГС напряжения представляется математической моделью [10]

          (3)

где  – кондуктивная ЭМП по суммарному коэффициенту гармонической составляющей напряжения, %.

Таким образом, кондуктивная ЭМП  появляется в электрической сети тогда, когда вероятность нахождения величины  в течение суток в пределах  превышает 0,05, а в пределах  не равна нулю. Эта кондуктивная ЭМП появляются также при выполнении только одного условия [10].

Вероятность появления кондуктивной низкочастотной ЭМП по суммарному коэффициенту гармонической составляющей напряжения определяется по формуле [11]

Экспериментальные исследования проводились в энергосистеме цеха металлоизделий и на комплектной трансформаторной подстанции (КТП-2) 10/0,4 кВ.

Результаты, полученные при испытаниях, обработаны при помощи программных продуктов «Программа для оценки влияния суммарного коэффициента гармонической составляющих напряжения на качество электроэнергии» [12], «Программа для исследования медленных изменений напряжений при изменении нагрузки электрической сети» [13], «Обработка экспериментальных данных показателей качества электрической энергии по коэффициенту несимметрии напряжения по обратной последовательности» [14] в среде разработки LabView [15,16] и информационно-вычислительного комплекса ИВК «Омск-М».

Сводные данных результатов испытаний приведены в таблицах 1-5.

Таблица 1

Сводные данные результатов испытаний в энергосистеме цеха металлоконструкций

Таблица 2

Сводные данные результатов испытаний на линии КИО-1 КТП-2

Таблица 3

Сводные данные результатов испытаний линии КИО-2 КТП-2

Таблица 4

Сводные данные результатов испытаний на линии КИО-3 КТП-2

Таблица 5

Сводные данные результатов испытаний на линии КИО-4 КТП-2

В нашей стране с её большими запасами энергоресурсов, гигантской протяжённостью электрических сетей, высокой степенью износа оборудования на первое место выступает задача обеспечения надёжности и эффективности работы различного промышленного электрооборудования. Сложившаяся тенденция развития обусловила усиление влияния искажающей нагрузки на электрические сети низкого и среднего напряжения общего назначения. Поэтому обеспечение показателей качества электроэнергии в этих сетях является актуальной задачей.

Список литературы:

1. Хацевский, К.В. Проблемы качества электроэнергии в системах электроснабжения / К.В. Хацевский [и др.] // Омский научный вестник. 2012. № 2 (110). С. 212–214.
2. Руди, Д.Ю. Проблема качества электроэнергии судовых электроэнергетических систем / Д.Ю. Руди // Омский научный вестник. 2018. № 3 (159). С. 40-43.
3. Вишнягов, М.Г. Параметры электромагнитной обстановки в сети с искажающей нагрузкой / М.Г. Вишнягов, Ю.М. Иванова, В.Г. Сальников // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2008. № 2. С. 242–247.
4. Ситников, Г.В. Повышение качества функционирования линий электропередачи / Г.В. Ситников, Г.А. Данилов, Ю.М. Денчик, М.Н. Иванов // под ред. В. П. Горелова, В. Г. Сальникова. Новосибирск: Изд-во НГАВТ, 2013. 559 с.
5. Денчик, Ю. М. Методика определения кондуктивной низкочастотной электромагнитной помехи в электрической сети при гармоническом воздействии / Ю.М. Денчик // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2013. № 2. С. 218–221.
6. Горелов, С. В. Допустимые уровни электромагнитной совместимости для кондуктивных низкочастотных электромагнитных помех в электроэнергетической системе / С.В. Горелов, А.А. Глотов, Ю.М. Денчик // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2015. № 3. С. 194–197.
7. Сальников, В.Г. Теоретическое исследование возможности обеспечения электромагнитной совместимости за счёт подавления кондуктивных электромагнитных помех / В.Г. Сальников [и др.] // Сибирский научный вестник / Вып. XIV. – Новосибирск: Изд-во НГАВТ. – 2010. – С. 83–85.
8. Иванова, Е.В. Кондуктивные электромагнитные помехи в сетях транспортных систем (теория, расчёт, подавление) / Е.В. Иванова // Трансп. дело России. – 2006. – № 8. – С. 16–20.
9. ГОСТ 32144-2013. Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Введ. 2014-07-01. М.: Стандартин-форм, 2014. 20 с.
10. Антонов, А.И. Анализ определения кондуктивной низкочастотной помехи по коэффициенту несинусоидальности кривой напряжения / А.И. Антонов [и др.] // Омский научный вестник. 2015. № 3 (143). С. 244–247.
11. Руди, Д. Ю. Исследование высших гармоник в электрических сетях низкого напряжения / Д.Ю. Руди [и др.] // Омский научный вестник. 2018. № 6 (162). С. 119–125
12. Государственная регистрация программы для ЭВМ RU2016616351 Программа для оценки влияния суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения на качество электрической энергии / А.И. Антонов, Ю.М. Денчик, Д.А. Зубанов [и др.]. – № 2016613475; заявл. 11.04.16, опубл. 20.07.16. Бюл 7(117). – 1 с.
13. Государственная регистрация программы для ЭВМ RU2016615972. Программа для исследования медленных изменений напряжения при изменении нагрузки электрической сети / А.И. Антонов, Ю.М. Денчик, Д.А. Зубанов [и др.]. – № 2016613475; заявл. 11.04.16, опубл. 20.07.16. Бюл 7(117). – 1 с.
14. Государственная регистрация программы для ЭВМ RU2016661752. Обработка экспериментальных данных показателей качества электрической энергии по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности / А.И. Антонов, Ю.М. Денчик, Д.А. Зубанов [и др.]. – № 2016619225; заявл. 30.08.16, опубл. 20.11.16. Бюл 11(121). – 1 с.
15. Денчик, Ю.М. Разработка программного обеспечения для обработки результатов экспериментальных исследований установившегося отклонения напряжения средствами LabView / Ю.М. Денчик, Д.А. Зубанов, Е.Ю. Руппель // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2013. № 1. С. 362-365.
16. Зубанов, Д.А. Обработка результатов экспериментальных исследований показателей качества электрической энергии средствами программы LabView / Д.А. Зубанов, В.И. Клеутин, А.А. Сидоренко // В сборнике: Сборник научных трудов Новосибирская государственная академия водного транспорта. Иртышский филиал (Омск). Омск, 2012. С. 118-121.