150068 (Анализ проблем оценки качества электроэнергии), страница 2

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.

Введение

В последнее время проблемы качества электроэнергии привлекли внимание многих исследователей, производителей электроэнергии и её потребителей. Проблема контроля качества электроэнергии становиться всё более весомой вследствие широкого использования несимметричных и попеременных однофазных и трёхфазных нагрузок и это всё более и более затрагивает сети электропередачи в частных, коммерческих и промышленных секторах. Ухудшение качества электроэнергии происходит как из-за возмущений вызванных переходными процессами(броски и просадки напряжения, импульсные помехи) так и в установившихся режимах(гармонические искажения, несимметричность, фликер). Основные причины таких искажений, так же как и оказываемые ими негативные последствия хорошо известны. Из всех проблем, наиболее подробно в этой статье описаны гармонические искажения. Некоторые определения, относящиеся к несинусоидальным системам, приведены для того, чтобы глубже понять конструктивные решения изложенные в заключительной части. Проблема, которой интересуются некоторые исследователи, - то, что нелинейные нагрузки нельзя считать единственной причиной пагубных явлений, происходящих в системах электроснабжения. Ответственность за ухудшение качественных параметров электроэнергии должна быть поделена между энергоснабжающей организацией и конечным потребителем. Информация такого рода должна быть представлена в виде критериев качества в простой и понятной форме. Распространённые критерии, используемые в международных стандартах не удовлетворяют этим условиям. Для этих целей был подробно оговорен новый критерий, чтобы оценить вышеупомянутые гармонические искажения в электрических сетях.

5. Анализ проблем электроснабжения

Электричество – важнейший аспект современного общества. Именно поэтому этот ценный продукт управляет большинством политических и стратегических процессов. Кроме того, промышленное и экономичное развитие страны должно быть поддержано соответствующим количеством произведенного электричества. В каком-то смысле – электричество это "первый" и самый главный продукт. Несмотря на это, анализ использования электрических систем за последние годы доказал, что электроэнергию нельзя рассмотреть с точки зрения одного только "количества". "Качество" поставки – так же очень серьезная проблема. Фактически, как и другие промышленные продукты, электроэнергия обязана отвечать некоторым качественным требованиям: надежность поставки, как известно с точки зрения непрерывности обслуживания и параметров, остается в рамках некоторых указанных стандартов. С другой стороны, в отличие от других продуктов, электроэнергия может претерпеть много изменений, по дороге от места, где она произведена к тому месту, куда она поставлена. Фактически, электроэнергия производиться на большом расстоянии от точки использования, и достигает точки использования минуя несколько трансформаторов и через многие километры воздушных и подземных линий электропередачи. К тому же управление и обслуживание сетей электропередачи производиться несколькими различными организациями. Поэтому очевидно, что поддержание надлежащего качества поставляемой электроэнергии является непростой задачей. Ситуация еще более сложна, если мы примем во внимание, что существует объективная нехватка исчерпывающих статистических данных по качеству электроэнергии, к которому может получить доступ потребитель. В действительности, в большинстве случаев, потребители жалуются на плохое качество электроснабжения, вызывающее прерывание производственных процессов, приводящее к большим убыткам. С другой стороны, поставщики электроэнергии утверждают, что критически настроенные потребители должны быть непосредственно вовлечены в непростую задачу обеспечения качества электроэнергии. Не стоит ожидать, что энергоснабжающая организация может поставить высококачественную энергию каждому потребителю в любое время и в любой точке электрической сети. Это привело бы к неоправданно большим финансовым затратам на модернизацию электрической сети которую могли бы использовать в своих интересах только небольшое количество потребителей (в смысле количества потребителей, а не потребляемой ими энергии). Фактически, есть некоторые аспекты, которые поставщик не может держать под контролем, такие как климатические условия, наносящие ущерб и особенности нагрузок потребителя, которые могут вызывать ухудшение электроэнергии. Поэтому, потребитель должен сотрудничать с поставщиком в обеспечении высококачественной электроэнергии, текущей в электрической сети.

Итак, что мы должны подразумевать под термином "качество электроэнергии", и какая цель должна преследоваться всеми субъектами, участвующими в этом процессе? Идеальный источник энергии должен быть всегда доступен, его напряжение и частота всегда в рамках допустимых пределов, и он имеет синусоидальную форму волны без шумов и искажений.

Несмотря на это, электрические энергосистемы обычно не способны к обеспечению электропитания, выполняющего эти потребности. Несмотря на это, электрические энергосистемы зачастую не способны предоставлять электропитание, выполняющее эти требования. Чаще всего ухудшение качества электроэнергии происходит как из-за возмущений вызванных переходными процессами (броски и просадки напряжения, импульсные помехи) так и в установившихся режимах (гармонические искажения, несимметричность, фликер). Каждая из этих проблем имеет различные причины возникновения. Некоторые проблемы жестко связаны с разнесённой структурой электрических линий. Например, короткое замыкание в электрической сети может вызвать провал напряжения, который затронет некоторых потребителей, подключенных к энергосистеме, и чем более серьезное короткое замыкание, тем большее количество потребителей будет затронуто. Другие проблемы, такие как гармонические искажения, являются результатом влияния нагрузок потребителя, и могут распространятся по сети и негативно влиять на работу других потребителей, а могут и нет. В большинстве случаев промышленные потребители жалуются на очевидные энергетические проблемы, такие как отсутствие напряжения (которое колеблется от нескольких секунд до нескольких часов), и кратковременные провалы или спады напряжения, когда амплитуда, на короткое время, значительно уменьшается. Фактически, продолжительное отсутствие напряжения - проблема для всех пользователей, но многие технологические процессы очень чувствительны даже к очень коротким прерываниям электроснабжения. Пример таких чувствительных операций - непрерывные процессы, где даже короткие прерывания электроснабжения могут привести к потере синхронизации между различными механизмами и этим остановить все процессы производства. Хотя большинство потребителей более чувствительны к переходным помехам, так как в таком случае немедленно происходят экономичные потери, есть большое количество проблем не видных не вооруженным глазом, но затрагивающие электроэнергетические параметры, таких как гармоники и несимметрия напряжения. Фактически, основным эффектом действия гармонических составляющих на энергосистему является резонанс, уменьшающий срок службы вращающихся машин, нарушающий корректную работу защитных устройств электросистемы, вносящий ошибки в измерениях, дополнительные потери, и т.д. Кроме того, явление несимметрии необходимо надежно контролировать, обнаруживать и исправлять. Машина, работающая под несимметричным электропитанием, будет потреблять ток с некоторым углом разбаланса. В результате трехфазные токи будут значительно отличаться от номинальных, и может иметь место повышение температуры механизма. Двигатели и генераторы, особенно дорогие и габаритные, могут быть оснащены защитой контролирующей несимметричность напряжения, и отключающей машину, если несимметричность имеет место быть. Многофазные выпрямители, во процессе работы, также вызывают несимметричность электропитания; это выражается в появлении нежелательной переменной составляющей на стороне постоянного тока и нехарактерную гармонику на стороне переменного тока. Кроме того, присутствие несимметричной нагрузки создают несбалансированные токовые составляющие, которые вызывают падения напряжения на сопротивлении источника и следовательно производят энергию текущие назад от нагрузки к электрической сети.