РАСЧЕТ
О расчете
Анализ гармонических искажений и резонанса позволяет выявить скрытые риски в системе электроснабжения, которые напрямую влияют на надежность оборудования и корректность работы защит.
Он применяется для проверки проектных решений и действующих систем на соответствие требованиям качества электроэнергии (ГОСТ, IEC, IEEE), а также для предотвращения перегрузок, отказов оборудования и ложных срабатываний РЗиА.
Что является источниками гармоник
Основными источниками гармонических искажений являются:
- Частотно-регулируемые приводы (VFD)
- Источники бесперебойного питания (UPS)
- Тиристорные системы управления
- Дуговые печи
- и другие нелинейные нагрузки
Что их объединяет
Общее для всех этих устройств — наличие силовой электроники, которая искажает синусоидальную форму тока.
Такие устройства коммутируют ток не в естественные моменты синусоиды, что приводит к появлению высших гармоник и искажению напряжения в сети.
Какие проблемы вызывают гармонические искажения
Гармонические искажения приводят к следующим проблемам:
- Перегрузка оборудования токами высших гармоник (трансформаторы, кабели, БСК)
- Дополнительные потери в сети
- Снижение срока службы оборудования
- Ложные срабатывания устройств РЗиА
Особенность влияния на РЗиА
Уставки защит обычно рассчитываются по току основной частоты (50 Гц).
Однако гармонические токи увеличивают фактическое действующее значение тока в сети. В зависимости от уровня искажения это может привести к ложным срабатываниям защит или нарушению их селективности.
Дополнительно усложняет ситуацию то, что в нормативных документах отсутствуют единые требования по учету гармоник при настройке РЗиА.
Когда нужен расчет гармоник
Расчет гармоник необходим:
- при наличии мощных источников гармоник
- при большом количестве нелинейных нагрузок
- при наличии конденсаторных установок
- при проблемах с качеством электроэнергии
- при подготовке к технологическому присоединению
Резонанс в сети
Особое внимание уделяется резонансным явлениям.
Наличие конденсаторных установок и емкостных элементов (например, длинных кабелей) может приводить к возникновению параллельного резонанса.
В этом случае даже небольшие гармоники могут многократно усиливаться и оказывать значительное влияние на оборудование.
Что влияет на гармоники и резонанс
- Наличие устройств компенсации реактивной мощности с конденсаторами
- Наличие и настройка дросселей
- Наличие фильтрокомпенсирующих устройств
- Наличие активных фильтров
- Расположение фильтров относительно источников гармоник
- Мощность короткого замыкания (жесткость сети)
Чем выше мощность короткого замыкания, тем “жестче” сеть и тем меньше влияние гармоник.
Практические особенности (СТК / STATCOM)
При использовании статических компенсаторов (SVC / STATCOM) необходимо учитывать их влияние на гармонический состав сети.
Такие устройства сами могут являться источниками гармоник и часто уже содержат встроенные фильтрокомпенсирующие устройства.
Неправильное сочетание активных и пассивных фильтров может:
- привести к перегрузке фильтров
- усложнить настройку системы
- увеличить стоимость решения
Поэтому подбор фильтров должен выполняться совместно с анализом всей системы.
Нормативная база
-
ГОСТ 32144-2013
Регламентирует показатели качества электроэнергии по напряжению, включая индивидуальные гармоники до 40-го порядка. -
ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020
Описывает уровни совместимости гармонических напряжений для сетей среднего, высокого и сверхвысокого напряжения, включая гармоники до 50-го порядка. -
IEEE 519-2022
Единственный стандарт, который напрямую нормирует гармонические искажения по току. Также задает допустимые уровни гармоник по напряжению в зависимости от класса напряжения сети.
Ниже приведены таблицы с показателями гармонических искажений.
По ГОСТ 32144-2013
По ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020
По IEEE 519-2022
Что включает расчет
В процессе анализа формируется цифровая модель энергосистемы и рассчитываются показатели гармонических искажений (THD).
Результаты представляются:
- в табличном виде
- с выделением превышений
- с детальной разбивкой по гармоникам
Дополнительно выполняется анализ резонанса с использованием амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик.
Результат
По итогам анализа формируется отчет, содержащий:
- оценку соответствия стандартам
- выявленные превышения
- анализ резонансных явлений
- рекомендации по снижению гармонических искажений
Результат — это не просто расчет, а конкретные меры, позволяющие повысить надежность системы и избежать проблем при эксплуатации.
Входные данные
- Однолинейная схема системы электроснабжения
- Паспортные параметры генерирующего оборудования и/или параметры питающей энергосистемы (максимальные и минимальные токи КЗ, постоянная времени или ударный коэффициент, или отношение X/R, в точке подключения энергосистемы к рассматриваемой сети)
- Параметры трансформаторов, кабельных и воздушных линий
- Параметры существующих устройств компенсации реактивной мощности
- Параметры существующих (если установлены или планируются к установке) фильтрокомпенсирующих устройств
- Мощность потребления, коэффициент мощности, коэффициент спроса нагрузки
- Параметры шильдика электродвигателей
- Параметры источников гармонических искажений (частотно-регулируемых приводов, систем ИБП, теплообменников с тиристорным управлением, печей и т.д.)
- Спектры гармонических искажений, полученные путем натурных замеров или от завода-изготовителя в точках подключения источников гармонических искажений
Результат
- Оценка соответствия показателей гармонических искажений требованиям ГОСТ 32144-2013, ГОСТ IEC TR 61000-3-6-2020, IEEE 519-2022
- Оценка перегрузки кабелей, силовых трансформаторов и батарей статических конденсаторов токами высших гармоник
- Спектры гармонических искажений по напряжению и току в любой точке сети
- Амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики сети для анализа резонансных явлений
- Рекомендации по настройке и подбору фильтрокомпенсирующих устройств с указанием параметров