Державне Освітнє Установа
Вищого Професійного Освіти
"Норільський Індустріальний Інститут"
РЕФЕРАТ
з англійської мови:
"Аналіз проблем оцінки якості електроенергії"
Виконав:
Прохоров А.Л.
Перевірив:
Смирнова А. Т.
Норильськ, 2010.
TABLE OF CONTENTS
Introduction
1. Analysis of power quality problems
2. Different kinds of disturbances
2.1 Frequency variations
2.2 Voltage amplitude variations
2.3 Voltage fluctuations
2.4 Flicker
2.5 Voltage dips - short interruptions
2.6 Waveform variation
2.7 Interharmonics
2.8 Unbalance
3. Conclusions
4. My research
ЗМІСТ
Введення
5. Аналіз проблем електропостачання
6. Різні види спотворень
6.1 Зміна частоти
6.2 Зміна амплітуди
6.3 Флуктуації напруги
6.4 Доза флікера
6.5 Осідання напруги
6.6 Зміна форми хвилі
6.7 некратний гармоніки
6.8 Асиметрія напруг
7. Висновок
8. Список літератури
Introduction
In recent years power quality issues have captured the attention of many researchers, energy suppliers and customers. The problem of controlling power quality is becoming more relevant because of the widespread use of non-linear and time-varying single-phase or three-phase loads that increasingly affect the operation of distribution networks in residential, commercial and industrial areas. Power quality deterioration is due to transient disturbances (voltage sags, voltage swells, impulses, etc.) And steady-state disturbances (harmonic distortion, unbalance, flicker). The main causes of such disturbances as well as the detrimental effects they have on the electrical systems are described. Among these issues, harmonics are investigated more accurately in this article. Some definitions relevant to non-sinusoidal systems are provided in order to deeply understand the solutions proposed in the remainder. A topic several researchers are interested in is that non-linear loads should not be considered the only cause of the detrimental effects related to power systems. The responsibility for the power quality deterioration should be shared between the supplier and the customer. This kind of information could be provided by indices in a straightforward and simple way. The traditional indices used by the international standards cannot satisfy these specifications. To this purpose, a new index to evaluate the above-mentioned harmonic distortion phenomena in the supply electrical networks is more deeply discussed.
1. Analysis of Power Quality problems
Electricity is an essential aspect of today's society. That is why such a valuable product rules the majority of the political and strategic choices. Moreover, the industrial and economical development of a country has to be sustained by an adequate amount of electricity produced. To some extent, electricity is the "first" product to be produced. Notwithstanding, over the last few years, the analysis of operation of the electrical systems has proved that the electrical energy should not be considered in terms of "quantity" alone. The "quality" of the supply is a serious issue to be addressed as well (Dugan et al., 1996; Arrillaga et al., 2000). In fact, like other industrial products, electrical energy is required to meet some quality requirements: the reliability of the supply must be known in terms of the continuity of service and the parameters to be kept within some specified standards. On the other hand, unlike other products, electrical energy can undergo a lot of changes starting from where it is produced to the point where it is delivered. In fact, it is generated far from the point of use, is fed to the grid by a variety of generators and arrives to the point of use via several transformers and through many kilometers of overhead and underground cabling. Additionally, networks are managed and maintained by a number of different suppliers. Therefore, it is evident that the quality of the delivered electrical energy is not an easy task to be accomplished. The situation is even more complicated if we consider that there is a lack of exhaustive statistical data on the quality of power the customer can access. In fact, in most of the cases, customers complain about the bad quality of supply causing expensive interruption of the production processes. On the other side, electricity suppliers argue that critical customers have to be directly involved in the hard task of ensuring the quality of power. The supplier should not be expected to deliver high-quality energy to every customer anytime and anywhere on the network. All this would mean huge costs to strengthen the network that only a few customers (in numerical, not consumption, terms) could take advantage of. In fact, there are some aspects that cannot be kept under control by the provider such as weather conditions causing damages and the characteristics of the customer loads which can be responsible for power quality deterioration phenomena. Therefore, the customer should co-operate in guaranteeing a high-quality electrical power flowing through the network.
So, what should we mean by the term "power quality" and what aim should be pursued by all the subjects involved in this matter? An ideal power supply would be the one that is always available, always within voltage and frequency tolerances, and has a pure noise free sinusoidal wave shape. Notwithstanding, electrical grids are normally not capable of providing a supply fulfilling these requirements. In fact, power quality deterioration is usually due to transient disturbances (voltage sags, voltage swells, impulses, etc.) And steady-state disturbances (harmonic distortion, unbalance, and flicker). Each of these power quality problems has a different cause. Some problems are strictly related to the shared nature of the electrical grid. For example, a fault on the network may cause a dip that will affect some customers connected to the grid, and the more severe the fault, the larger the number of users involved. Other problems, such as harmonics, arise from the customer loads and may or may not propagate onto the network and so affect other customers. In most of the cases, industrial customers complain about evident power defects such as interruptions (which range from a few seconds to several hours) and voltage dips or sags where the voltage drops to a lower value for a short duration. In fact, long power interruptions are a problem for all users, but many operations are very sensitive to very short interruptions. Examples of such sensitive operations are the continuous processes, where even short interruptions can lead to the loss of synchronization among different machineries and then stop all production processes.
Although majority of the customers are more sensitive to transient disturbances, since immediate economical losses are involved, there are more underhand problems affecting electrical power such as harmonics and unbalance. In fact, the effects of harmonics on power system apparatus include resonance, reduced operating life of rotating machines, malfunctioning of power system protection devices, errors in power measurements, additional losses, etc. Moreover, unbalance phenomena should also be well monitored, detected and corrected. A machine operating under an unbalanced supply will draw a current with a degree of unbalance. As a result, the three-phase currents might differ considerably and a rise in temperature would take place in the machine. Motors and generators, particularly the large and more expensive ones, may be fitted with protection to detect extreme unbalance and to trip the machine. The behavior of multiphase converters is also affected by an unbalanced supply; this causes an undesirable ripple component on the DC side and non-characteristic harmonics on the AC side. Moreover, the presence of an unbalanced load creates unbalanced current components that cause voltage drops across the source impedance and hence generate harmonic powers flowing backward from the load to the network.
Taking into consideration the above-mentioned aspects, the following section is focused mainly on harmonics whose effects could become more evident in the future.
2 Different kinds of disturbances
It is possible to define some characteristic parameters in order to assess the quality of power delivered from the supply:
• Frequency;
• Amplitude;
• Waveform;
• Symmetry of the voltage system.
These characteristics may vary during the normal operation of the electrical system because of load changes, disturbances introduced by user apparatus and fault occurrence. As a consequence, such characteristics may be time variant at each point where energy is delivered and for a given instant they may not be equal at different points in the network. In most of the cases, statistical evaluation of such phenomena may represent an important means to collect information about power quality.
2.1 Frequency variations
Large generators switch-off or important load commutation may lead to transient variations of the frequency, which are quickly compensated through the primary regulation of the generators. Then the power exchanged among interconnected grids is balanced by the generation station, which has to perform the secondary regulation. The primary regulation achieves a null average value for the power exchanges among interconnected grids due to frequency variations. Grid frequency affects the behaviour of motors (speed variations), the performance of some electronic devices where it is used for synchronisation purposes, the losses in magnetic materials and the usefulness of filters to suppress harmonics. Frequency variations are defined in terms of percentage deviation from the nominal frequency.
2.2 Voltage amplitude variations
The grid voltage continuously changes because of the commutation of the electrical devices connected to the grid. The voltage variation may be slow or quick depending on whether an overall load progressive change or a step change for a large load is happening. The grid impedance deeply affects the amount of voltage variations as a consequence of load change: the higher the impedance, the larger the variation.
2.3 Voltage fluctuations
A set of quick voltage variations is referred to as voltage fluctuation. The limit between slow and quick variations is not so definite and can range from a few seconds to one minute. Slow variations are assessed through the average value calculated over contiguous intervals of ten minutes.
Rapid variations may be single or repetitive and their amplitude usually does not exceed 6-8% of the nominal voltage. Usually electrical apparatus are able to work even in the presence of this kind of disturbance (in most of the cases corrected by voltage regulation) unless initial voltage is too low. These kinds of variations are caused by variable loads such as welding machines, arc furnaces and mills. Rapid variations of over 10% amplitude irrespective of the duration, are considered voltage dips.
2.4 Flicker
The term flicker is referred to as a systematic or casual variation of the voltage amplitude ranging from 0.9 to 1.1 pu. Sometimes the terms flicker and voltage fluctuations are interchangeably used. Notwithstanding, the term flicker is strictly related to the impression of instability of the visual sensation produced by a light whose intensity and spectral distribution are time variant. The amplitude of the voltage variations is usually less than 10% and the behaviour of the electrical apparatus is not affected. Notwithstanding, these small disturbances can result in lightning variations which may affect the human eye. This sensitivity is strictly dependent on the frequency of the phenomena reaching its peak value around 7-10 Hz. In this range, even a 0.3% variation of the rms voltage feeding an incandescent lamp may be perceived.
A perfect flicker compensation is not possible, but an attenuation of this phenomena can be achieved through:
• an increase of the short circuit power;
• a reduction of the reactive power flux;
• a limitation of the motor starting currents.
2.5 Voltage dips - short interruptions
Voltage dips are bi-dimensional electromagnetic distortions which are characterised by the amplitude and duration. Voltage dip means that energy is not properly provided to loads during this event and this could result in different consequences depending on the kind of load. According to International Electrotechnical Commission (IEC) standards, voltage dips are referred to as a sudden reduction of voltage affecting a point of the distribution network below 90% of the reference voltage. This reduction has to be recovered within 60 s. Whenever the voltage falls down to zero the event is classified as a short interruption.
The duration of a voltage dip is the interval between the instant when the voltage falls below the threshold value and the instant when the voltage rises again above the threshold. The depth of a voltage dip is the difference between the reference and the residual voltage.
The starting of large loads and faults on the network are the main causes of voltage dips. Dips caused by starting currents are less deep and longer (up to a few seconds) than the ones caused by faults on the grid (less than one second).
When large loads are switched on, the starting current could be much higher than the steady-state current. Since the feeders and the cable of a distribution system are designed for steady-state operation, the high current value is responsible for a considerable voltage drop.
2.6 Waveform variation
Harmonics If an electric quantity is distorted and periodical it can be split into three terms: the mean value calculated over one period of the considered signal, the fundamental component having the same frequency of the considered signal and the sum of the harmonic components. The amplitude of the harmonics decreases with the frequency. The representation of such amplitudes is referred to as spectrum.
As regards symmetrical waveforms (perfectly matching of the positive and negative half-waves), the even harmonics are nihil. This type of harmonics were common when half-wave rectifiers were used.
Power suppliers provide a 50 Hz sinusoidal voltage, but the current drawn by a load is not always sinusoidal. The current is not sinusoidal anymore when the load impedance varies during one period T (the load voltage / current characteristic is not linear). Such type of loads is referred to as non-linear loads. For example, the magnetising current of a transformer is deformed by a third-order harmonic because of the non-linear magnetisation curve of the machine. Rectifiers (battery chargers, welding machines, etc.), Inverters, electronic starters, adjustable speed drives, discharge lamps are other examples of non-linear loads. A distorted current causes distorting voltage drops so that the resulting voltage supplying a circuit will not be sinusoidal anymore. The voltage provided is the transformer voltage minus the voltage drop across the feeder. Thus, the voltage distortion depends on the distance from the transformer and on the line impedance. In short, the voltage distortion affecting the grid at a certain location depends on the value of the short-circuit current of that point. Also, once the grid voltage is distorted a linear load absorbs a distorted current. The presence of such harmonics on the grid is responsible for detrimental effects. Moreover, at higher frequencies, iron losses (hysteresis losses and eddy current losses) as well as the losses in the cables increase. Finally, electronic equipments may experience failures due to the presence of harmonics.
Another aspect which should not be neglected is the resonance issue related to the presence of harmonics in electrical networks. In fact, in this case the amplitude of a specific harmonic may rise up to several times that of normal operation. Consequently this high-value current may seriously damage capacitors and equipments connected to the grid.
In order to prevent this kind of event, the resonance frequency of the grid at a certain point has to be known and, additionally, the insertion of well-fitted anti-resonance coils may be considered to damp the oscillatory phenomena.
2.7 Interharmonics
Interharmonics are particular harmonics whose frequency is not an integer multiple of the fundamental frequency. The analysis of such interharmonics has attracted increasing interest over the last few years since the massive use of power electronic equipments has caused an increment in their amplitude. They can be observed where there is at least a part not pulsating synchronously with the fundamental power system frequency. There are many loads introducing voltage or current interharmonics such as arc furnaces, welding machines and cycloconverters.
2.8 Unbalance
A three-phase system is symmetrical and balanced when voltages and currents have the same amplitude in each phase and 120. phase shifted. To assess the degree of unbalance of a three-phase system it should be split into a positive sequence component, a negative sequence component and a zero sequence component.
Normally, the voltages produced are perfectly balanced because of the characteristics of the synchronous generator. Also, the effect of some geometrical asymmetries in the delivery electric system could be neglected. So, it is possible to state that unbalanced loads drawing unbalanced currents can be considered as the main cause of unbalanced voltages.
3. Conclusions
In this article, an overview of the main disturbances affecting the electrical power system operation has been presented. Harmonic issues have been investigated more deeply. Additionally, monitoring and evaluating the power quality from the point of view of harmonic disturbances have been introduced. The necessity to have a standard method to identify the sources of electrical power quality deterioration, and to evaluate accurately the actual proportion of responsibility of each of the players involved has been underlined.
4. My research
My name is Prokhorov Anatoly. I have graduated Norilsk Institute of Industry in 2001, on a speciality "Electric drives and automation of technological processes and manufactures". Now I the post-graduate student. The theme of my scientific work: "Parameters of quality of the electric power and electromagnetic compatibility of equipment" is very interesting and fast developing part of a modern science. My head of studies - Alexey Gennadevich Karpov. He's very competent scientist and uses often non-standard approaches in the decision of trivial problems. I am very glad that I have possibility to co-operate with such interesting person. The essence of my scientific work consists in definition of power supply parameters, making the greatest impact on non-failure operation of mechanisms of the enterprise. Are not rare cases when two and more mechanisms, feeding from one transformer, disturb to normal job each other. Because of generation hindrances in an electrical supply network. My work is to find out what hindrances the most dangerous, and to develop methods and recommendations for struggle against them.
Введення
Останнім часом проблеми якості електроенергії привернули увагу багатьох дослідників, виробників електроенергії та її споживачів. Проблема контролю якості електроенергії ставати все більш вагомою внаслідок широкого використання несиметричних і поперемінних однофазних і трифазних навантажень і це все більш і більш зачіпає мережі електропередачі в приватних, комерційних і промислових секторах. Погіршення якості електроенергії відбувається як через збурень викликаних перехідними процесами (кидки і просідання напруги, імпульсні перешкоди) так і в сталих режимах (гармонійні спотворення, несиметричність, флікер). Основні причини таких спотворень, так само як і що надаються ними негативні наслідки добре відомі. З усіх проблем, найбільш докладно в цій статті описані гармонійні спотворення. Деякі визначення, пов'язані з несинусоїдних системам, наведені для того, щоб глибше зрозуміти конструктивні рішення викладені у заключній частині. Проблема, якою цікавляться деякі дослідники, - те, що нелінійні навантаження не можна вважати єдиною причиною згубних явищ, що відбуваються в системах електропостачання. Відповідальність за погіршення якісних параметрів електроенергії повинна бути поділена між енергопостачальною організацією і кінцевим споживачем. Інформація такого роду має бути представлена у вигляді критеріїв якості в простій і зрозумілій формі. Поширені критерії, які використовуються в міжнародних стандартах не задовольняють цим умовам. Для цих цілей був детально обговорений новий критерій, щоб оцінити вищезгадані гармонійні спотворення в електричних мережах.
5. Аналіз проблем електропостачання
Електрика - найважливіший аспект сучасного суспільства. Саме тому цей цінний продукт управляє більшістю політичних і стратегічних процесів. Крім того, промислове і економічне розвиток країни має бути підтримано відповідною кількістю виробленого електрики. У якомусь сенсі - електрику це "перший" і самий головний продукт. Незважаючи на це, аналіз використання електричних систем за останні роки довів, що електроенергію не можна розглянути з точки зору одного тільки "кількості". "Якість" постачання - так само дуже серйозна проблема. Фактично, як і інші промислові продукти, електроенергія зобов'язана відповідати деяким якісним вимогам: надійність постачання, як відомо з точки зору безперервності обслуговування та параметрів, залишається в рамках деяких зазначених стандартів. З іншого боку, на відміну від інших продуктів, електроенергія може зазнати багато змін, по дорозі від місця, де його зроблено до того місця, куди вона поставлена. Фактично, електроенергія вироблятиметься на великій відстані від точки використання, і досягає точки використання минаючи кілька трансформаторів і через багато кілометрів повітряних і підземних ліній електропередачі. До того ж управління та обслуговування мереж електропередачі здійснюватися кількома різними організаціями. Тому очевидно, що підтримка належної якості електроенергії, що постачається є непростим завданням. Ситуація ще більш складна, якщо ми візьмемо до уваги, що існує об'єктивна нестача вичерпних статистичних даних щодо якості електроенергії, до якого може отримати доступ споживач. У дійсності, в більшості випадків, споживачі скаржаться на погану якість електропостачання, що викликає переривання виробничих процесів, що приводить до великих збитків. З іншого боку, постачальники електроенергії стверджують, що критично налаштовані споживачі повинні бути безпосередньо залучені в непросту задачу забезпечення якості електроенергії. Не варто очікувати, що енергопостачальна організація може поставити високоякісну енергію кожному споживачеві в будь-який час і в будь-якій точці електричної мережі. Це призвело б до невиправдано великих фінансових витрат на модернізацію електричної мережі яку могли б використовувати в своїх інтересах тільки невелика кількість споживачів (у сенсі кількості споживачів, а не споживаної ними енергії). Фактично, є деякі аспекти, які постачальник не може тримати під контролем, такі як кліматичні умови, що завдають шкоди і особливості навантажень споживача, які можуть викликати погіршення електроенергії. Тому, споживач повинен співпрацювати з постачальником у забезпеченні високоякісної електроенергії, що тече в електричній мережі.
Отже, що ми повинні мати на увазі під терміном "якість електроенергії", і яка мета повинна переслідуватися усіма суб'єктами, які беруть участь у цьому процесі? Ідеальний джерело енергії повинен бути завжди доступний, його напруга і частота завжди в рамках допустимих меж, і він має синусоїдальну форму хвилі без шумів і спотворень.
Незважаючи на це, електричні енергосистеми зазвичай не здатні до забезпечення електроживлення, що виконує ці потреби. Незважаючи на це, електричні енергосистеми часто не здатні надавати електроживлення, яке виконує ці вимоги. Найчастіше погіршення якості електроенергії відбувається як через збурень викликаних перехідними процесами (кидки і просідання напруги, імпульсні перешкоди) так і в сталих режимах (гармонійні спотворення, несиметричність, флікер). Кожна з цих проблем має різні причини виникнення. Деякі проблеми жорстко пов'язані з розтрощеною структурою електричних ліній. Наприклад, коротке замикання в електричній мережі може викликати провал напруги, який торкнеться деяких споживачів, підключених до енергосистеми, і чим більш серйозне коротке замикання, тим більша кількість споживачів буде порушено. Інші проблеми, такі як гармонійні спотворення, є результатом впливу навантажень споживача, і можуть розповсюджуватися по мережі і негативно впливати на роботу інших споживачів, а можуть і ні. У більшості випадків промислові споживачі скаржаться на очевидні енергетичні проблеми, такі як відсутність напруги (яке коливається від декількох секунд до декількох годин), і короткочасні провали або спади напруги, коли амплітуда, на короткий час, значно зменшується. Фактично, тривала відсутність напруги - проблема для всіх користувачів, але багато технологічних процесів дуже чутливі навіть до дуже коротким перериваннях електропостачання. Приклад таких чутливих операцій - безперервні процеси, де навіть короткі переривання електропостачання можуть призвести до втрати синхронізації між різними механізмами і цим зупинити всі процеси виробництва. Хоча більшість споживачів більш чутливі до перехідних перешкод, тому що в такому випадку негайно відбуваються економічні втрати, є велика кількість проблем не видних не озброєним оком, але зачіпають електроенергетичні параметри, таких як гармоніки і несиметрія напруги. Фактично, основним ефектом дії гармонійних складових на енергосистему є резонанс, що зменшує термін служби обертових машин, що порушує коректну роботу захисних пристроїв електросистеми, що вносить помилки у вимірах, додаткові втрати, і т.д. Крім того, явище несиметрії необхідно надійно контролювати, виявляти і виправляти. Машина, що працює під несиметричним електроживленням, буде споживати струм з деяким кутом розбалансу. У результаті трифазні струми будуть значно відрізнятися від номінальних, і може мати місце підвищення температури механізму. Двигуни і генератори, особливо дорогі та габаритні, можуть бути оснащені захистом контролюючої несиметричність напруги, і відключає машину, якщо несиметричність має місце бути. Багатофазні випрямлячі, у процесі роботи, також викликають несиметричність електроживлення; це виражається в появі небажаної змінної складової на стороні постійного струму і нехарактерну гармоніку на стороні змінного струму. Крім того, присутність несиметричного навантаження створюють незбалансовані струмові складові, які викликають падіння напруги на опорі джерела і отже виробляють енергію поточні тому від навантаження до електричної мережі.
Враховуючи вищезазначені аспекти, наступний розділ зосереджений головним чином на гармонійних складових, дії яких повинні стати більш зрозумілими в майбутньому.
6. Різні види спотворень
Щоб оцінити якість одержуваної енергії ми можемо визначити деякі характерні параметри. Такі як:
Зміни частоти
Зміни амплітуди
Синусоїдальних струмів та напруг
Симетричність напруг
Ці параметри можуть змінитися під час нормального функціонування електричної системи через зміни навантаження, перешкод викликаних споживачем і виникненням короткого замикання. Як наслідок, ці параметри можуть зміняться в часі в кожній точці споживання енергії, і в кожний момент часу вони, можуть бути, не рівні у різних точках електричної мережі. У більшості випадків статистична оцінка таких процесів допомагає зібрати важливі середні значення, щоб зібрати інформацію про якість електроенергії.
6.1 Зміна частоти
Відключення потужних генераторів або комутація головних споживачів може приводити до зміни частоти живлячої напруги в наслідок перехідних процесів. Ці зміни ефективно коректуються первинним контуром управління генератора. Потім, енергія передається через сполучені мережі регулюється генераторної станцією, яка здійснює вторинне регулювання. Первинне регулювання забезпечує, в замкнутих мережах, середня зміна частоти прагне до нуля. Частота мережі впливає на роботу двигунів (зміна швидкості обертання), швидкодія деяких електронних пристроїв, де частота використовується в цілях синхронізації, втрати в магнітних матеріалах і марності фільтрів гасять гармонійні спотворення. Зміни частоти характеризуються в процентному співвідношенні до номінальної частоті.
6.2 Зміна амплітуди
Зміна амплітуди (повільні зміни напруги) Напруга електричної мережі безперервно змінюється через процеси комутації електричних пристроїв живляться від мережі. Зміна напруги може бути повільним або швидким в залежності від того, чи відбувається плавна зміна навантаження або ступеневу в наслідок комутації потужного споживача. Імпеданс енергосистеми дуже впливає на величину відхилення напруги при зміні навантаження: чим вище імпеданс, тим більший розмах відхилень.
6.3 Флуктуації напруги
Флуктуації напруги (швидкі зміни напруги). Серія швидких змін напруги називається флуктуацією напруги. Відмінність "швидких" змін напруги від "повільних" до кінця не визначено, і ці відмінності можуть прийматися в межах про декілька секунд до хвилини. "Повільні" зміни напруги оцінюються через середні значення десятихвилинних інтервалів. "Швидкі" зміни напруги можуть бути одиничними і багаторазовими і їх амплітуда зазвичай не перевищує номінальну більше ніж на 6-8 відсотків. Зазвичай електричний пристрій в змозі працювати навіть за таких спотвореннях (у більшості випадків, скоригованих регулятором напруги), якщо опорна напруга не занадто мало. Зміни напруги такого роду викликані змінними навантаженнями, такими як зварювальні машини, дуговими печами і дробарками. Зміни напруги більш ніж на 10% від номінального, не залежно від тривалості, називаються кидками напруги.
6.4 Доза флікера
Термін "доза флікера" застосовується як систематична або випадкова варіація амплітуди напруги в межах від 0.9 до 1.1 від номінального. Іноді терміни флікер і зміни напруги використовуються взаємозамінні. Але спочатку, флікер характеризує саме візуальне сприйняття нестабільності світлового потоку, чия інтенсивність і спектральний склад змінюються в часі. Амплітуда змін напруги звичайно - менше ніж 10%, тому поведінка електричних пристроїв не змінюється. Не дивлячись на це, подібні невеликі обурення викликають зміни світлового потоку, помітні для людського ока. Ця візуальна чутливість сильно залежить від частоти збурюючих процесів, і досягає свого піку при частоті приблизно 7-10 Гц. У цьому діапазоні буде помітна зміна величини діючої напруги живлячої джерело світла навіть на 0,3% від номінального.
Неможливо повністю позбутися від флікера, але в значній мірі зменшити цей ефект можна через:
• збільшення потужності короткого замикання системи електропостачання;
• зменшення циркулюючої реактивної потужності
• обмеження пускових струмів електродвигунів
6.5 Осідання напруги
Осідання напруги - короткочасні перерви енергопостачання. Осідання напруги це двовимірні електромагнітні обурення які характеризуються амплітудою і тривалістю. Суть просідання полягає в тому, що в цьому періоді енергія до споживача не підводиться належним чином і це може викликати різні наслідки залежно від типу навантаження. У відповідності зі стандартом міжнародної електротехнічної комісії, під осіданнями напруги маються на увазі раптові зменшення напруги, що зачіпають розподільну мережу, нижче 90% від опорного напруги.
Це зменшення повинні бути відновлені на протязі 60 с. Кожного разу, коли напруга падає до нуля, це класифікується як короткочасні перерви енергопостачання.
Тривалість короткочасного провалу напруги - інтервал між моментом, коли напруга падає нижче порогового значення і момент, коли напруга знову підвищується вище порога. Глибина короткочасного провалу напруги - це різниця між номінальним і залишковим напругою.
Пускові режими потужних споживачів і короткі замикання мережі це основні причини провалів напруги. Провали, викликані пусковими струмами, менш глибокі та але більш тривалі (до кількох секунд) ніж провали викликані короткими замиканнями мережі (менше ніж одна секунда). Під час пуску енергоємних споживачів, величина струмів протікають по мережі, може бути значно більше ніж в усталеному режимі. А так як фідери і кабель системи електропостачання сконструйовані для роботи в усталеному режимі, високі значення струму викликають значне падіння напруги.
6.6 Зміна форми хвилі
Гармоніки. Якщо перекручення електричної хвилі безперервне і періодичне, воно може бути розглянуто у трьох варіаціях: як середнє значення, обчислене за один період розглянутого сигналу, основна складова має ту ж саму частоту що і у аналізованого сигналу і сума гармонійних складових. Амплітуда гармоніки зменшується з ростом частоти. Візуальне уявлення називається спектр.
Що стосується симетричних форм хвилі (у яких позитивні і негативні напівхвилі ідентичні), там парні гармоніки практично не виявляються. Цей тип гармоніки був поширений, коли застосовувалися полупериодного випрямлячі. Постачальники електроенергії надають синусоїдальна напруга з частотою 50 Гц, але струм споживаний навантаженням не завжди синусоїдальний. Струм навантаження не буде мати синусоїдальну форму, якщо імпеданс навантаження змінюється протягом періоду Т хвилі (тобто навантаження має нелінійну вольт-амперна характеристику). Такі типи споживачів називаються нелінійними. Наприклад, струм намагнічування трансформатора спотворений гармонікою третього порядку через нелінійної характеристики намагнічування. Випрямлячі (зарядні пристрої, зварювальні машини, і т.д.), інвертори, електронні стартери, приводи з регульованою частотою обертання, газорозрядні лампи - і це не повний список нелінійних споживачів. Спотворений струм викликає падіння напруги так, що результуюча напруга, що живить мережу, перестає мати синусоїдальну форму. Напруга живильної мережі - це напруга, що подається трансформатором мінус падіння напруги на фідері. Таким чином, на спотворення напруги впливає ще і відстані від трансформатора до навантаження і повний опір лінії електропередачі. Коротше кажучи, спотворення напруги, що впливає на певний точку мережі, залежить від значення струму короткого замикання в цій точці. Крім того, як тільки напруга мережі стало спотворено, лінійної навантаження починає споживати спотворений струм. Присутність такої гармоніки в мережі відповідально за негативні наслідки. Крім того, на більш високих частотах, збільшуються втрати в залізі (втрати на гістерезис і додаткові втрати) а так само втрати в кабельних лініях. Нарешті, електронне устаткування може давати збої через присутність гармонік.
Іншим аспектом, яким не можна нехтувати, є проблема паразитних резонансів, пов'язана з присутністю гармонійних складових в електричних мережах. Фактично, у разі резонансу, амплітуда окремо розглянутій гармоніки може збільшитися у кілька разів відносно нормального функціонування системи. Отже це викличе великий струм який може серйозно пошкодити конденсатори та інше обладнання, приєднане до мережі.
Щоб запобігти такому розвитку подій, резонансна частота мережі на кожній ділянці мережі повинна бути відома і повинні бути змонтовані добре підібрані, анти-резонансні індуктивні елементи, які можуть запобігати коливальні процеси.
6.7 некратний гармоніки
Некратний гармоніка - специфічна гармоніка, частота якої не є кратною частоті основної гармоніки. Дослідження такої гармоніки за минулі кілька років викликає все більшу зацікавленість з-за масивного впровадження приладів силової електроніки які і генерують некратний гармоніки. Ми можемо спостерігати такі гармоніки в тих пристроях, в яких принаймні один елемент, не синхронізований з базовою частотою енергосистеми. Існує велика кількість споживачів, що генерують некратний гармоніки струму або напруги, наприклад дугові печі, зварювальні верстати та ціклоконвертери.
6.8 Асиметрія напруг
Трифазне пристрій симетрично і збалансовано, коли напруги і струми мають однакову амплітуду в кожній фазі і кути між фазами рівні 120 градусам. Зазвичай, вироблена електроенергія відмінно збалансована з-за особливостей будови синхронного генератора. Крім того, дією деяких геометричних асиметрій в мережах електропостачання можна знехтувати. Так що можна заявити, що асиметричні споживачі, які споживають асиметричні струми, є основною причиною несиметрії напруг в живильній мережі.
7. Висновок
У цій статті був представлений короткий огляд можливих перешкод на лінії електропостачання, які зачіпають правильну роботу енергетичної системи. Проблеми гармонійного складу були висвітлені глибше інших. Додатково були розглянуті методи відстеження та оцінки якості електроенергії з точки зору гармонійних перешкод. Особливо була відзначена потреба у стандартизованому методі ідентифікації причин погіршення якості електроенергії, визначення кількості небажаних взаємодій і підкреслена важливість точної оцінки впливу та відповідальності кожного з учасників ринку енергопостачання.
8. Список літератури
New Power Quality assessment criteria for Harmonic Disturbances, M. Marinelli, VG Monopoli, 2007.
Electromagnetic compatibility in power systems, Francesco Lattarulo, 2006
Electromagnetic compatibility problems, V. Amoruso, F. Lattarulo, 2001.
4. Math abstractions in describing of transient processes, E. De Tuglie, 2006