ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020. Межгосударственный стандарт. Электромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 3-6. Нормы. Оценка норм электромагнитной эмиссии для подключения установок, создающих помехи, к системам электроснабжения среднего, высокого и сверхвысокого напряжения
Приложение B
(справочное)
РУКОВОДСТВО ПО РАСПРЕДЕЛЕНИЮ ПЛАНИРУЕМЫХ УРОВНЕЙ И УРОВНЕЙ
ЭМИССИИ В СИСТЕМАХ СН
В подразделе B.1 настоящего приложения приведены рекомендации по определению планируемых уровней для распределительной системы СН с несколькими уровнями напряжения (например, 33 и 11 кВ). Применяемый при этом подход был разработан, чтобы установить адекватное распределение гармоник на каждом уровне напряжения.
В B.2.1 приведен метод распределения уровней эмиссии в распределительных системах СН, в которых имеют место значительные различия в мощности короткого замыкания по длине их фидеров от точки питания фидера до его дальнего конца. Этот метод основан на распределении мощностей гармоник (в вольт-амперах), а не гармонических напряжений, поскольку это дает более удобное распределение для пользователей, подключенных далеко от точки питания фидера. Этот метод в целом является сложным для проведения расчетов, однако некоторые упрощенные приближения могут быть применены в случае, когда установки СН примерно равномерно распределены вдоль фидеров (см. B.2.2). Пример, демонстрирующий применение метода, приведен в B.2.3.
В случае, когда в реакции системы преобладает резонанс, вызванный кабелями или шунтирующими конденсаторами, метод, представленный в этом приложении, неприменим для частоты гармоник, на которой возникает резонанс.
B.1 Руководство по адаптации планируемых уровней в системе СН
Некоторые распределительные системы СН имеют несколько последовательных уровней напряжения. В этом случае для обеспечения возможности установления норм эмиссии для установок СН должны учитываться изменения планируемых уровней в зависимости от уровней напряжения. Профилирование планируемых уровней будет оказывать влияние на относительное распределение уровней эмиссии гармоник для установок при разных уровнях СН, и его следует выбирать для достижения желаемого эффекта. Подробное обсуждение того, как это было выполнено для распределительных систем СН в одной из стран, приведено в [27], раздел 2. Используемый при этом подход кратко изложен ниже.
Для профилирования планируемых уровней между различными последовательно соединенными уровнями СН требуется следующая информация:
a) типичная топология системы и значения полного сопротивления;
b) типичное распределение установок пользователей по различным уровням напряжения;
c) выбор целевых значений гармонического напряжения для выходной системы НН и планируемых уровней для входной системы;
d) подход к распределению гармонических токов по различным уровням напряжения.
Данные для перечислений a) и b) будут зависеть от практики планирования и строительства конкретных коммунальных предприятий. Для перечисления c) гармонические напряжения на выходе НН должны быть равными или немного меньшими, чем уровни совместимости для НН, представленные в таблице 1 (с учетом необходимого запаса). Планируемые уровни в восходящем направлении могут быть основаны на соответствующих значениях для ВН - СВН, представленных в таблице 2, или на их интерполяции применительно к промежуточным уровням напряжения.
Принцип распределения, относящийся к перечислению d), состоит в том, чтобы предоставить всем установкам СН одинаковое процентное искажение тока. Возможный подход заключается в том, чтобы воспользоваться преимуществами разнесения, обеспечиваемого законом суммирования:
, (B.1)
где h - порядок гармоники;
- показатель общего закона суммирования (см. таблицу 3);
Si - согласованная мощность установки пользователя i;
Ihi - уровень эмиссии гармонического тока установки пользователя i;
Ah - константа распределения, которая должна быть определена (см. ниже).
Положения об установках НН сложнее обобщить, поскольку области с высокой плотностью нагрузки могут сильно отличаться от областей с низкой платностью нагрузки. Для областей с низкой плотностью нагрузки представления будут проще, если установки НН можно рассматривать как оказывающие влияние второго порядка на гармонические профили напряжения и выбор планируемых уровней СН.
При моделировании системы электроснабжения необходимо обеспечить, чтобы профили гармонического напряжения могли быть определены в функции от Ah. Для этого может быть разработан относительно простой компьютерный анализ, например с использованием электронной таблицы, основанный на предположении о том, что все фидеры/распределители на каждом уровне напряжения идентичны и что установки на каждом уровне распределены равномерно. Это позволяет значительно (до нескольких элементов) упростить установки и схемы. Необходимо определить выражения для наибольшего гармонического напряжения в системе, в конце исследуемой цепи НН, как функции следующих вкладов напряжения:
- напряжения системы в восходящем направлении, принимаемого как выбранный планируемый уровень;
- вкладов всех нагрузок СН на входе, определенных по их току и общему полному сопротивлению с исследуемой цепью НН;
- вкладов всех установок НН, определенных по их току и общему полному сопротивлению с исследуемой цепью НН;
- вкладов установок НН в исследуемой цепи, определенных путем объединения всех таких установок в средней точке цепи.
Эти вклады напряжения должны быть объединены с учетом разнесения по закону суммирования (см. раздел 7). Затем необходимо отрегулировать значение Ah таким образом, чтобы наибольшее гармоническое низкое напряжение достигало выбранного значения. Это значение представляет собой максимальную гармоническую нагрузку, которая может быть применена к репрезентативной распределительной системе при данной схеме распределения.
Результирующий профиль напряжения гармоник может использоваться в качестве цели, которая должна применяться к распределительной системе или подсистемам, и в этом случае напряжения гармоник подходят для применения в качестве планируемых уровней. Эта процедура может применяться для каждой гармоники независимо. В качестве альтернативы, особенно когда высокочастотные модели ненадежны, можно определить планируемые уровни гармоник более высокого порядка путем уменьшения уровней в зависимости от частоты аналогично уровням совместимости, при этом принимая во внимание показатель закона суммирования, учитывающий большее разнесение для гармоник высокого порядка, в [25] приведен пример того, как могут быть получены планируемые уровни при всех гармонических порядках путем детального анализа лишь нескольких гармонических значений.
B.2 Общий случай установок СН, распределенных вдоль фидеров. Распределение эмиссии
B.2.1 Теория
Некоторые длинные фидеры СН могут иметь мощность короткого замыкания и полное сопротивление, которые изменяются в отношении 10:1 или более от точки питания до дальнего конца. Необходимо выработать подход к распределению, который дает полезное распределение эмиссии для каждой установки и эффективно использует способность поглощения гармоник распределительной системы. Если установкам с аналогичной согласованной мощностью назначаются равные гармонические напряжения, то установки на дальних концах фидеров будут получать намного более низкое распределение гармонического тока, чем в точках питания фидеров. И наоборот, если назначаются равные гармонические токи, то установкам, подключенным к сильным точкам фидеров, будут назначены распределения, не превышающие таковых для слабых точек подключения, и способность поглощения гармоник в энергосистеме будет использована недостаточно.
Использование гармонической мощности (В·А) дает хороший компромисс между этими двумя подходами к распределению, что принято в настоящем стандарте. Это эквивалентно распределению гармонического тока, который уменьшается обратно пропорционально квадратному корню из полного сопротивления в точке оценки рассматриваемой установки.
При распределении эмиссии на основе гармонической мощности (В·А) ток гармоники не только изменяется в зависимости от согласованной мощности, но также уменьшается обратно пропорционально квадратному корню из полного сопротивления в точке оценки рассматриваемой установки. Следовательно, если гармоническое реактивное сопротивление системы электроснабжения равно hx, распределенный ток эмиссии принимается равным
(B.2)
где Si - согласованная мощность установки;
xhi - гармоническое реактивное сопротивление сети СН в точке оценки установки пользователя i;
AhMV - константа распределения (определенная ниже).
Константа распределения AhMV должна быть рассчитана для конкретной подсистемы СН при условии, что максимальное гармоническое напряжение в подсистеме не должно превышать планируемого уровня. Одним из методов определения AhMV для конкретной подсистемы является принятие начального значения единицы, определение распределенного тока для каждой установки СН, а затем объединение вкладов напряжения и сравнение его с общим распределением для установок СН. Отношение GhMV к этому объединенному напряжению дает требуемое значение AhMV. Если, например, суммарное напряжение равно половине GhMV, то AhMV можно принять равным двум. Этот подход является общим и может применяться к сетчатым системам и системам с прямолинейными линиями, но он требует знания значений согласованной мощности и полного сопротивления в точке оценки каждой существенной установки СН.
Упрощенный подход, который можно использовать в большинстве практических случаев, приведен в B.2.2.
При проведении расчетов гармоник в системах СН необходимо оценить вклад установок НН в напряжения гармоник при среднем напряжении. Предполагается, что установка НН с согласованной мощностью SLVi дает гармонический ток
. (B.3)
Значение AhLV изменяется из-за гармонического порядка и может отличаться в зависимости от страны (или даже от региона) из-за применимости электронного оборудования и схем его использования. Значение AhLV можно оценить по измерению тока гармоники для репрезентативного фидера, передающего электрическую энергию известной установке. Там, где существует 
разница в мощности короткого замыкания между системами НН и СН (например, когда фидеры НН представляют собой воздушные линии длиной 100 и более метров) и известно, что напряжение в системе НН является приемлемым, напряжение в системе СН, вызванное низковольтными установками, является частью напряжения в системах НН. Это условие также относится к ситуациям, когда общая мощность установок, создающих помехи, подключенных к НН, является относительно низкой по сравнению с установками СН, создающими помехи.
B.2.2 Частный случай установок НН и СН, равномерно распределенных вдоль фидеров в радиальной системе
Рисунок B.1 - Пример системы распределения СН, включающей
в себя трансформатор СН и фидеры 1 - 6
Рассматривают подсистему СН, как представлено на рисунке B.1, состоящую из нескольких фидеров с равномерным реактивным сопротивлением на 1 км длины и установками НН и СН, приблизительно равномерно распределенными вдоль фидеров. Нет необходимости предполагать, что установки распределены с одинаковой плотностью в каждом фидере. Предполагается, что наибольшее гармоническое напряжение присутствует на удаленном конце фидера, который имеет худшее регулирование напряжения. При отсутствии точных данных за указанный фидер может быть принят тот, для которого произведение объема поставляемой энергии и длины фидера является наибольшим [26].
Математическая обработка для случая равномерного распределения установок по длине фидера разработана в [26], что упрощает задачу расчета коэффициента распределения AhMV в формуле (B.2). Шаги в процедуре распределения следующие:
i) для каждого фидера в подсистеме (например, 1 - 6, показанных на рисунке B.1) определяют значение F как отношение мощностей короткого замыкания в передающем и удаленном концах фидера;
ii) определяют Fw как значение F для фидера, передающего минимальную мощность. Определяют Fa как среднее значение F для оставшихся фидеров. Если значения F для этих фидеров находятся в широком диапазоне значений, следует получить значение Fa, взвешенное в соответствии с нагрузочной способностью каждого фидера. Точно так же определяют SLVw как нагрузку низкого напряжения, подключенную к фидеру, передающему минимальную мощность, и SLVn как нагрузку низкого напряжения, подключенную к n оставшимся фидерам;
iii) оценивают гармоническое напряжение, вызванное установками НН на уровне среднего напряжения, по формуле
, (B.4)
где xh - гармоническое реактивное сопротивление на шине питания (шина 2 на рисунке B.1);
iv) определяют допустимое значение гармонического напряжения, доступное для всех установок СН в подсистеме:
; (B.5)
v) определяют постоянную распределения для всех установок СН в подсистеме, учитывая, что знаменатель следующей формулы содержит как квадратный корень, так и корень
, (B.6)
где SMVw - нагрузка СН, подключенная к фидеру, передающему минимальную мощность;
SMVn - нагрузка НН, подключенная к n оставшимся фидерам.
При найденном постоянном значение AhMV для конкретной подсистемы можно определить распределение гармонического тока для конкретной установки СН, используя приведенную выше формулу (B.2). Формула относится ко всем установкам СН в подсистеме, а не только к тем, которые подключены к фидеру, передающему минимальную мощность.
B.2.3 Пример применения подхода, представленного в B.2.2
Подстанция 132 кВ/11 кВ с мощностью короткого замыкания 150 МВ·А при 11 кВ обеспечивает пять фидеров с характеристиками, приведенными в таблице B.1. Задача состоит в том, чтобы определить распределение тока 5-й гармоники для установки 500 кВ·А, подключенной на полпути вдоль фидера N 4, где мощность короткого замыкания составляет 47 МВ·А. Планируемые уровни 5-й гармоники 132 и 11 кВ составляют 2% и 5% соответственно. В данном примере предполагается, что эмиссию гармоник от установок НН можно не учитывать.
Таблица B.1
Характеристики фидера для рассматриваемой системы
Номер фидера | Длина фидера l, км | Нагрузка фидера, МВ·А (включая будущие нагрузки) | Мощность короткого замыкания на дальнем конце, МВ·А |
1 | 5 | 4 | 47 |
2 | 5 | 4 | 47 |
3 | 7 | 5 | 37 |
4 | 10 | 6 | 28 |
5 | 15 | 5 | 20 |
Необходимо определить значения F и S для самого слабого фидера и остальных фидеров. Основная часть этого расчета показана в таблице B.2 и может быть легко выполнена с помощью электронной таблицы.
Таблица B.2
Определение значений F и S·l для фидеров
Номер фидера | Длина фидера l, км | Нагрузка фидера, МВ·А (включая будущие нагрузки) | Мощность короткого замыкания на дальнем конце, МВ·А | S·l | F |
1 | 5 | 4 | 47 | 20 | 3,19 |
2 | 5 | 4 | 47 | 20 | 3,19 |
3 | 7 | 5 | 37 | 35 | 4,05 |
4 | 10 | 6 | 28 | 60 | 5,36 |
5 | 15 | 5 | 20 | 75 | 7,50 |
Графа 5 представляет собой произведение длины фидера на нагрузку, графа 6 - частное мощности короткого замыкания цепи питания 150 МВ·А и соответствующего значения в графе 4. Графа 5 показывает, что фидер N 5 является самым слабым со значениями SMVw = 5 МВ·А и Fw = 7,50. Для фидеров 1 - 4 SMVn = 19 МВ·А и Fa = 3,95 (из суммы записей графы 3 и среднего значения записей графы 6 соответственно).
Для 5-й гармоники 
; LhMV = 5%; LhUS = 2%.
При определении общего доступного напряжения из формулы (B.5) предполагается, что ThUM = 1 и что значением UhLV в данном примере можно пренебречь. Получаем следующее:
(B.7)
Необходимо определить постоянную распределения подсистемы СН с учетом мощности короткого замыкания 150 МВ·А и использования базы 1 МВ·А.
Имеем:
(B.8)
Из формулы (B.8) следует:
(B.9)
Необходимо определить распределение тока установки с учетом согласованной мощности Si = 0,5 p.u. Используя мощности короткого замыкания 47 МВ·А в точке оценки, получаем следующее:
(B.10)
Из формулы (B.2) следует:
(B.11)
В отношении основного тока установки это соответствует 8,5% тока 5-й гармоники.
Подписаться на обновления