Сравнительный анализ стандартизированных параметров характеристик стран ЕС, США и России
Автор: Коптяев И.В., Конарева А.Э.
Журнал: Мировая наука @science-j
Рубрика: Основной раздел
Статья в выпуске: 4 (61), 2022 года.
Бесплатный доступ
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.
Напряжение сети, частота, американский стандарт, европейский стандарт, характеристика сети, качество электрической энергии, закон джоуля-ленца, томас эдисон
Короткий адрес: https://sciup.org/140292087
IDR: 140292087
Текст научной статьи Сравнительный анализ стандартизированных параметров характеристик стран ЕС, США и России
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 |
EN50160:2010 |
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 IEEEStd 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 |
EN50160:2010 |
IEEEStd 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 |
EN50160:2010 |
IEEEStd 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 |
EN50160:2010 |
IEEEStd 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 |
EN50160:2010 |
IEEEStd 519 |
Для сетей от нескольких десятков до нескольких сотен в год. Длительные прерывания более 3 минут, и кратковременные – менее 3 минут |
Для сетей низкого и седнего напряжения (до 3 минут) от нескольких десятков до нескольких сотен в год, продолжительностью 70% из них – не более 1 сек. |
Малой длительности – 0,5-30 периодов, средней длительности – от 30 периодов до 2 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 |
EN50160:2010 |
IEEEStd 519 |
По обратной и нулевой последовательности – 2% в течение 95% времени в неделю в интервале 10 мин. По |
Нормируется только коэффициент несимметрии по обратной последовательности – |
Коэффициент несимметрии по обратной последовательности – 2%. |
обратной и нулевой последовательности – 4% в течение 100% времени в неделю в интервале 10 мин. |
2% в течение 95% времени в неделю |
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 EN50160:2010 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.
Список литературы Сравнительный анализ стандартизированных параметров характеристик стран ЕС, США и России
- ГОСТ 32144-2013 "Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения".
- И.И. Карташев, В.Н. Тульский. Управление качеством электроэнергии/ Р.Г Шамонов. Издательский дом МЭИ, 2008.
- EDN: QMKCTP
- EN 50160:2010 "Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution networks".
- IEE Std 5190-1993 IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control In Electrical Power Systems.
- 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.