CC BY
25
Коптяев И. В. студент бакалавриата Конарева А.Э. студент балавриата Северо-Кавказский Федеральный университет
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТАНДАРТИЗИРОВАННЫХ ПАРАМЕТРОВ ХАРАКТЕРИСТИК СТРАН ЕС, США И РОССИИ
Аннотация: В мире наиболее распространены два основных стандарта напряжения и частоты. Один из них - американский стандарт 100 - 127 вольт 60 герц. Другой стандарт - европейский, 220 -240 вольт 50 герц. Большинство стран приняло один из этих двух стандартов, хотя иногда встречаются переходные или уникальные стандарты. В данной статье представлено сравнение различных характеристик качества электроэнергии стандартов стран ЕС, США и России, а также анализ качества электрической энергии.
Ключевые слова: напряжение сети, частота, американский стандарт, европейский стандарт, характеристика сети, качество электрической энергии, закон Джоуля-Ленца, Томас Эдисон.
Koptyaev I. V. undergraduate student Konareva A.E. undergraduate student North Caucasian Federal University
COMPARATIVE ANALYSIS OF THE STANDARDIZED PARAMETERS OF THE CHARACTERISTICS OF THE COUNTRIES OF THE EU, THE USA AND RUSSIA
The two most common standards in the world are voltage and frequency. One of them is the American standard 100 - 127 volts 60 Hertz. Another standard is European, 220 - 240 volts 50 Hertz. Most countries have adopted one of these two standards, although transitional or unique standards are sometimes found. This article presents a comparison of various characteristics of the quality of electricity standards of the EU, USA and Russia, as well as an analysis of the quality of electrical energy.
Network voltage, frequency, American standard, European standard, network characteristics, power quality, Joule-Lenz law, Thomas Edison.
В Российской Федерации в июле 2013 года Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарта) было принято решение о введении в действие с 2014 года ряда новых стандартов, регламентирующих требования к контролю качества электроэнергии - ГОСТ 32144-2013. Данный документ является единственным нормативным документом, требованиям которого должна соответствовать электрическая энергия, передаваемая потребителям.
В странах ЕС основной регламентирующий документ для оценки качества напряжения сети - EN50160:2010 («Характеристики напряжения электричества, поставляемого общественными распределительными сетями»). Нормы EN50160:2010 разработаны как для сетей низкого напряжения - трёхпроводных сетей 230кВ, так и для сетей среднего напряжения 1-35кВ.
Американский стандарт IEEEStd 519 разработан национальным институтом стандартизации ANSI и Институтом инженеров-электриков и электронщиков IEEE.
Рассмотрим основные различия трёх стандартов по характеристикам качества электрической энергии.
Отклонение частоты. Частота - это некая величина, обратная периоду колебания тока, то есть количество полных циклов изменения ЭДС, произошедших за одну секунду. Отклонение частоты — это разность между значением частоты в существующей сети электропитания и значением номинальной частоты.
ГОСТ 32144-2013 £N50160:2010 IEEEStd 519
Нормально допустимые значения +/- 0,2 Гц в течение 95% времени в неделю, предельно допустимые +/- 0,4Гц в течение 100% времени в неделю (за 10 сек.) Нормально допустимые значения +/- 0,5 Гц в течение 95% времени в неделю, предельно допустимые +2/-3 Гц в течение 100% времени в неделю (за 10 сек.) 4% от величины наименьшего фазного напряжения (+/-2 Гц)
Отклонения частоты отрицательно влияют на работу электронной техники. Пониженная частота в электрической сети влияет и на срок службы оборудования, содержащего элементы со сталью (электродвигатели, трансформаторы, реакторы со стальным магнитопроводом), за счет увеличения тока намагничивания в таких аппаратах и дополнительного нагрева стальных сердечников.Поддержание нормальной частоты, соответствующей требованиям стандарта, является технической, а не научной задачей. Исходя из требований вышеуказанных стандартов, для минимизации последствий отклонений частоты для работы оборудования 1БББ81ё 519 предполагает необходимость использования потребителями электроиндукционных частотных преобразователей, в
которых, например, асинхронный двигатель с фазным ротором работает частично в режиме генератора.
Отклонение напряжения. Отклонение напряжения - это изменение амплитуды длительностью более 1 минуты._
ГОСТ 32144-2013 £N50160:2010 1БББ81ё 519
Нормально допустимые значения на зажимах ЭП +/- 5% номинального напряжения, предельно допустимые +/- 10% Нормально допустимые значения +/- 10% номинального в течение 100% времени в неделю (10 мин.) Нормально допустимые значения +/- 10% номинального
Важность защиты электрической сети и приборов в электрической сети от воздействия больших перепадов напряжения трудно недооценивать. Защита от перепадов напряжения в электрической сети может базироваться на применении специальных устройств для защиты от перепадов напряжения - сетевых фильтров. Для защиты сети и потребителей от скачков могут использоваться и стабилизаторы напряжения со встроенной защитой от перепадов напряжения. Устройства защиты от перепадов напряжения могут монтироваться в коммутационные электрические шкафы или включаться непосредственно в розетку. Отдельным способом защиты от перепадов напряжения является использование устройства защиты от скачков, монтируемых внутри электрического прибора.
Быстрые изменения напряжения и доза фликера. Быстрые изменения напряжения - быстро изменяющиеся отклонения напряжения длительностью от полупериода до минуты, которые происходят под воздействием быстро изменяющейся нагрузки сети.Доза фликера - мера восприятия человеком пульсаций светового потока._
ГОСТ 32144-2013 £N50160:2010 1БББ81ё 519
Доза фликера: длительная -не более 1,0 в течение 100% времени в неделю, кратковременная - не более 1,38 в течение 100% времени в неделю Провал напряжения. Для сетей низкого напряжения не более 5%, для сетей среднего напряжения - не более 4% Доза фликера: длительная -не более 1,0 в течение 95% времени в неделю. Провал напряжения. Для сетей низкого напряжения 10-50%, для сетей среднего напряжения - 10-15% Провал напряжения от 0,5 периода до 1 мин.
Изменения напряжения, усугублённые резкопеременным характером, ещё более снижают эффективность работы и срок службы оборудования. Вызывают брак продукции. Способствуют отключению автоматических систем управления и повреждению оборудования.Так,
например, изменения амплитуды и, в большей мере фазы напряжения вызывают вибрации электродвигателей, приводных механизмов и систем. Это ведёт к снижению срока их службы.А при размахах изменений напряжения более 15 % могут отключаться магнитные пускатели и реле.
Не менее опасна вызываемая быстрыми изменениями напряжения пульсация светового потока ламп освещения. Её восприятие человеком -фликер - утомляет, снижает производительность труда и в конечном счёте влияет на здоровье людей.
Коэффициент искажения синусоидальности кривой искажения. Несинусоидальность напряжения - это искажение синусоидальной формы кривой напряжения.Главной причиной искажений являются электроприемники с нелинейной вольтамперной характеристикой -электродуговые сталеплавильные печи, вентильные преобразователи, установки дуговой и контактной сварки, преобразователи частоты, индукционные печи, электронные технические средства (телевизионные приемники, компьютеры), газоразрядные лампы и др. Электронные приемники электроэнергии и газоразрядные лампы создают при своей работе невысокий уровень гармонических искажений на выходе, но из-за большого их количества могут значительно влиять на рассматриваемый показатель.
ГОСТ 32144-2013 £N50160:2010 1£££81ё 519
До 8% в течение 95% в неделю До 8% в течение 95% в неделю До 8% в течение 95% в неделю
Несинусоидальность влияет на рост потерь в электрических машинах, вибрации; нарушение работы автоматики защиты; увеличение погрешностей измерительной аппаратуры; отключение чувствительных ЭПУ.
Кратковременные перерывы питания или резкие снижения напряжения на шинах электроустановок, вызванные переходом на резервное питание, короткими замыканиями и другими причинами, приводят к уменьшению частоты вращения подключенных электродвигателей или даже их полной остановке. Однако двигатели ответственных рабочих машин в этих условиях не отключают от сети, и после устранения причины, вызвавшей нарушение электроснабжения, происходит одновременный разбег этих электродвигателей в условиях пониженного напряжения на шинах вследствие значительного падения напряжения в трансформаторах и других элементах, включенных между источником электроэнергии и шинами, от пусковых токов._
ГОСТ 32144-2013 £N50160:2010 1£££81ё 519
Для сетей от нескольких десятков до нескольких сотен в год. Длительные прерывания более 3 минут, Для сетей низкого и седнего напряжения (до 3 минут) от нескольких десятков до нескольких Малой длительности - 0,530 периодов, средней длительности - от 30 периодов до 2 сек.,
и кратковременные - менее 3 минут сотен в год, продолжительностью 70% из них - не более 1 сек. большой длительности - от 2 сек. До 2 мин., продолжительные - более 2 мин.
Коэффициент несимметрии напряжения. Несимметрия напряжения -это несимметрия трёхфазной системы напряжений. Характеризуется коэффициентом обратной и нулевой последовательности. Несимметрия напряжений происходит только в трёхфазной сети под воздействием неравномерного распределения нагрузок по её фазам.
ГОСТ 32144-2013 £N50160:2010 1£££81ё 519
По обратной и нулевой последовательности - 2% в течение 95% времени в неделю в интервале 10 мин. По обратной и нулевой последовательности - 4% в течение 100% времени в неделю в интервале 10 мин. Нормируется только коэффициент несимметрии по обратной последовательности - 2% в течение 95% времени в неделю Коэффициент несимметрии по обратной последовательности - 2%.
Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования заключается в следующем:
- в электрических сетях возрастают потери ЭЭ от дополнительных потерь в нулевом проводе;
- однофазные, двухфазные потребители и разные фазы трёхфазных потребителей ЭЭ работают на различных не номинальных напряжениях, что вызывает те же последствия, как при отклонении напряжения;
- в ЭД, кроме отрицательного влияния не несимметричных напряжений, возникают магнитные поля, вращающиеся встречно вращению ротора;
- общее влияние несимметрии напряжений на электрические машины, включая трансформаторы, выливается в значительное снижение срока их службы.
При сравнении трёх стандартов, регулирующих показатели качества электрической энергии можно сделать вывод о том, что ГОСТ 32144 -2013 и ЕК50160:2010 предъявляют более жёсткие требования к электроэнергии, передаваемой потребителям. При этом накладывая на поставщиков обязательства по разработке и внедрению предупреждающих действий аварийных ситуаций и превышению предельно допустимых значений показателей. Тем самым конечный потребитель самостоятельно принимает решение о необходимости установки дополнительного страхующего обрудования для сохранения и увеличения продолжительности работы электрооборудования. Тогда как IEEEStd 519 изначально имеет более расслабленные допуски по предельно допустимым отклонениям, тем
самым добровольная установка источников бесперебойного питания, генераторов и прочего переходит в обязательную.
Использованные источники:
1. ГОСТ 32144-2013 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».
2.И.И. Карташев, В.Н. Тульский. Управление качеством электроэнергии/ Р.Г Шамонов. Издательский дом МЭИ, 2008.
3. EN 50160:2010 "Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution networks"
4. IEE Std 5190-1993 IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control In Electrical Power Systems
5. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. 3-е изд., перераб. и доп. М: Энергоатомиздат, 2000. 252 с.
