Приложение А (справочное). Пример использования общего метода для определения норм для конкретного типа низковольтных сетей

Приложение А
(справочное)

Пример
использования общего метода для определения норм для конкретного типа низковольтных сетей

А.1 Обзор

Общий метод, который представлен в настоящем стандарте, может быть применен двумя последовательными шагами:

- расчетом общих параметров, связанных с типом низковольтной сети;

- расчетом индивидуальных параметров и норм эмиссии для конкретной установки.

Мероприятия по первому шагу могут быть проведены техническим экспертом в области распределительных сетей или регулирующим органом; мероприятия по второму шагу - представителем местной сетевой распределительной организации, возможно, с помощью расчетных инструментов, подготовленных техническим экспертом.

В настоящем приложении представлен практический пример технического применения мероприятий по первому шагу. Пример реализации мероприятий по второму шагу приведен в приложении В.

А.2 Определение значения S_min

К области применения настоящего стандарта относятся только большие установки, размер которых превышает минимальный. Этот минимальный размер S_min должен быть определен сетевой организацией в зависимости:

- от общего числа установок, которые превышают S_min;

- потенциального воздействия установки с согласованной мощностью, равной S_min, на распределительную систему.

С одной стороны, общее число установок, согласованная мощность которых превышает заданное значение S, резко уменьшается при увеличении S. Для того чтобы ограничить число установок для осуществления оценки, с учетом интересов сетевой организации следует выбрать значение S_min как можно выше.

С другой стороны, для установок согласованной мощностью менее S_min применяют только стандарты ЭМС, распространяющиеся на оборудование. Нормы, установленные в этих стандартах, определены на основе предположений о количестве, типе и использовании оборудования, создающего помехи, в небольшой установке, подключенной к системе, на основе расчетного полного сопротивления, представленного в IEC 60725, которое считается опорным исходным сопротивлением для небольших жилых установок. Данные стандарты могут быть неприменимы к большим низковольтным установкам. В частности, в этом случае могут наблюдаться более высокие концентрации помех, созданные оборудованием. Таким образом, оператор системы должен оценить потенциальное воздействие подобных установок на распределительную систему и определить значение S_min так, чтобы установки с согласованной мощностью менее этого значения не приводили к неприемлемым уровням помех. Значение S_min зависит от характеристик системы распределения, в частности ее сопротивлений.

Выбор значения S_min представляет собой компромисс между такими условиями, как ограничение количества установок, эмиссии которых должны быть оценены, и сохранение приемлемых норм эмиссии помех низковольтными установками.

Значение S_min между 30 и 100 кВА следует принимать для большинства типов сетей.

Примечание - Если значение, выбранное для S_min, является высоким, то по первому шагу следует предусмотреть небольшое число больших установок. В этом случае сетевая организация может непосредственно оценить все установки при выполнении второго шага.

А.3 Общая эмиссия, которая будет распределена между пользователями

А.3.1 Гармоники

Максимальный общий вклад в гармоническое напряжение G_hLV гармоник порядка h, который может быть разделен между всеми низковольтными установками, рассчитывают по формуле (7):

.

Предполагается, что:

- планируемые уровни напряжения гармоник для низковольтных систем, определенные сетевой организацией, равны уровням совместимости, приведенным в таблице 1;

- планируемые уровни напряжения гармоник при среднем напряжении, определенные сетевой организацией, равны значениям, приведенным в таблице 2 IEC/TR 61000-3-6;

- коэффициенты передачи гармонических напряжений от системы среднего напряжения до низковольтной системы равны 1;

- показатель закона суммирования соответствует показателям, приведенным в таблице 3;

- значения максимально допустимого общего вклада G_hLV для нижних нечетных порядков гармоник приведены в таблице А.1.

Таблица А.1 - Пример максимально допустимого общего вклада для напряжений гармоник

h	LhLV, %	LhMV, %	ThML		GhLV, %
3	5	4	1	1	1,0
5	6	5	1	1,4	2,1
7	5	4	1	1,4	2,0
9	1,5	1,2	1	1,4	0,6
11	3,5	3	1	2	1,8
13	3	2,5	1	2	1,7

А.3.2 Колебания напряжения

Максимальный общий вклад в кратковременную или длительную дозу фликера, который может быть разделен между всеми низковольтными установками, G_PstLV или G_PltLV, рассчитывают по формулам (11) или (12):

;

.

Предполагается, что:

- планируемые уровни фликера для низковольтных систем, определенные сетевой организацией, равны уровням совместимости, приведенным в таблице 2;

- планируемые уровни фликера для системы среднего напряжения, определенные сетевой организацией, равны значениям, представленным в таблице 2 IEC/TR 61000-3-7;

- коэффициенты передачи фликера от системы среднего напряжения до низковольтной системы равны 1;

- показатель закона суммирования равен 3.

Значения максимально приемлемого общего вклада в уровень фликера рассчитывают по формулам:

;

.

А.3.3 Несимметрии напряжений

Максимальный общий вклад в несимметрию напряжений, который может быть разделен между всеми низковольтными установками, G_uLV, рассчитывают по формуле (20):

.

Предполагается, что:

- планируемый уровень несимметрии напряжения для низковольтной системы, определенный сетевой организацией, равен уровню совместимости, приведенному в 4.2.5;

- планируемый уровень несимметрии напряжений для системы среднего напряжения, определенный сетевой организацией, равен значениям, представленным в таблице 2 IEC/TR 61000-3-13;

- коэффициент передачи несимметрии напряжений от системы среднего напряжения в низковольтную систему равен 1;

- показатель закона суммирования равен 1,4.

Значение максимально допустимого общего вклада в несимметрию напряжений рассчитывают по формуле

.

А.4 Коэффициенты уменьшения для гармоник и несимметрии

А.4.1 Общие положения

В соответствии с приложением D коэффициент уменьшения гармонического напряжения порядка h рассчитывают по формуле

,

где U_hB(S_t) - вклад всех низковольтных установок в уровень гармонического напряжения h на шине низковольтной подстанции;

U_hFj(S_t) - вклад всех низковольтных установок в уровень гармонического напряжения h на дальнем конце фидера.

Коэффициенты уменьшения для гармоник и несимметрии следует определять отдельно для каждого типа низковольтных сетей, в основном для сетей с воздушными линиями и для сетей с подземными кабелями.

Метод, который использован далее, предусматривает выполнение следующих этапов:

- определение характеристик рассматриваемого типа сетей;

- анализ влияния параметров сети на соотношение U_hB/U_hFj;

- расчет напряжений сети при различных конфигурациях сети;

- устранение нереалистичных конфигураций;

- определение значений коэффициента уменьшения.

Также приведена информация по методу, которая может быть использована для расчета гармоник (или несимметрии напряжений) в любом узле низковольтной сети.

Далее этот общий метод применяют в случае наличия низковольтных сетей с воздушными линиями для расчета коэффициентов уменьшения гармоник, не кратных трем.

А.4.2 Определение характеристик рассматриваемого типа сетей низкого напряжения

Вначале должна быть определена структура рассматриваемого типа сети. В соответствии с приложением D общая схема низковольтной сети для расчета уровней гармонических напряжений может быть представлена, как указано на рисунке А.1:

n - число фидеров;

m - число узлов между низковольтной шиной и дальним концом фидера j, в зависимости от рассматриваемого фидера (исключая низковольтную шину и включая конец фидера);

N_jk - узел k на фидере j;

S_t - суммарная пропускная способность рассматриваемой системы;

S_Fj - полная мощность всех установок, подключенных к фидеру j;

S_jk - полная мощность всех установок, получающих питание от узла N_jk;

h - порядок гармоники;

- модуль гармонического полного сопротивления системы на шине низкого напряжения;

Z_hjk - модуль гармонического полного сопротивления системы на узле N_jk;

I_hT - гармонический ток порядка h, протекающий через трансформатор среднего/низкого напряжения;

l_hjk - эмиссия гармонического тока от установок потребителей, подключенных к узлу N_jk;

l_hFjk - гармонический ток порядка h, протекающий через фидер j непосредственно перед узлом N_jk;

U_hB (S_t) - вклад всех низковольтных установок в гармоническое напряжение порядка h на шине низковольтной подстанции;

U_hFj (S_t) - вклад всех низковольтных установок в гармоническое напряжение порядка h на дальнем конце фидера j;

U_hjk (St) - вклад всех низковольтных установок в гармоническое напряжение порядка h на узле N_jk.

В рассматриваемом примере приняты следующие упрощения:

- шина подстанции питает n идентичных низковольтных фидеров;

- каждый низковольтный фидер - воздушная линия, имеющая одинаковое поперечное сечение по своей общей длине без учета ответвлений;

- установки пользователей равномерно распределены вдоль фидеров;

- низковольтная система и нагрузки, связанные с ней (только для определения коэффициента уменьшения гармоник), сбалансированы.

Затем должны быть определены диапазоны сетевых параметров, которые будут приняты во внимание.

В соответствии с формулой (D.11) приложения D сетевые параметры, которые будут учтены при расчете коэффициента уменьшения K_hB, следующие:

- S_t - общая пропускная способность низковольтной системы;

- n - число низковольтных фидеров (для фидеров, являющихся одинаковыми, S_FJ рассчитывают от S_t и n);

- l_F - длина низковольтных фидеров;

- - комплексное гармоническое сопротивление надземной линии на единицу длины (сложное гармоническое сопротивление вычисляют с учетом , , l_F, при этом m - количество узлов на каждом низковольтном фидере и k - количество узлов на фидере F_j);

- h - гармонический порядок;

- - показатель закона суммирования для небольших установок.

Следующие параметры можно не учитывать при расчете:

- m - число узлов на каждом фидере (это число не оказывает влияния, если его значение достаточно велико) ( 10);

- S_jk - полная мощность всех установок, снабжаемых узлом N_jk, которую рассчитывают из S_t, n и m;

Рисунок А.1 - Упрощенная схема общественной низковольтной системы для расчета уровней гармоник

- - комплексное гармоническое сопротивление системы на шине, которая главным образом зависит от расчетного питания трансформатора среднего/низкого напряжения, питающего низковольтную сеть.

В рассматриваемом примере предполагается, что сетевые параметры имеют следующие диапазоны значений:

- S_t - от 50 до 1000 ;

- n - от 1 до 8 низковольтных фидеров;

- l_F - от 50 до 1000 м;

- - соответствует линии, изготовленной из меди с поперечным сечением от 12 до 48 мм² или из алюминия с поперечным сечением от 35 до 75 мм²;

- h - от 5 до 37 (порядки, не кратные трем, нечетные);

- - от 1,0 до 2,0.

А.4.3 Метод расчета гармонических напряжений

В настоящем пункте представлена последовательность расчета гармоник в любом узле и гармонических токов в любой ветви низковольтной системы, представленной на рисунке А.1, с помощью простых методов.

Согласно приложению D все гармонические токи и напряжения, связанные с низковольтными установками, пропорциональны одному и тому же коэффициенту (этот коэффициент называют A_h, теоретические основы его расчета представлены в приложении D). Таким образом, расчет гармонических величин можно производить в два этапа. На первом этапе выбирают значение одного порядка, из которого вычисляют все остальные значения. На втором этапе реальные значения гармонических токов и напряжений обновляют путем умножения всех значений, полученных на первом этапе, на правильный коэффициент пропорциональности. Этот коэффициент определяется путем установления таких ограничений: максимальное значение гармонических напряжений для низковольтных фидеров, гармонические токи, создаваемые установкой с заданной полной мощностью, и т.д.

В данном случае необходимы исключительно соотношения U_hB/U_hjk, которые не зависят от коэффициента пропорциональности. Поэтому ниже подробно описана только методика, используемая для первого этапа.

Шаг 1. Выбор значения уровня гармонического напряжения на шине низковольтной подстанции

Вклад всех низковольтных установок в гармоническое напряжение на шине низковольтной подстанции фиксируют при произвольном значении, например:

.

Шаг 2. Выбор значения для m

Значение m должно быть более или равно 10. Например, описанное в настоящем приложении значение m = 20.

Шаг 3. Расчет модулей полных гармонических сопротивлений Z_hB и Z_hjk

- Z_hB - рассчитывают исходя из номинальной мощности трансформатора среднего/низкого напряжения;

- Z_hjk - рассчитывают исходя из комплексного гармонического сопротивления , комплексного гармонического сопротивления фидеров на единицу длины , длины фидеров l_F, числа узлов на фидер m и числа узлов k на фидер j.

Шаг 4. Расчет полной мощности всех установок, подключенных к фидеру j

В целом

.

(A.1)

Если n фидеров одинаковые, то

.

(А.2)

Шаг 5. Вычисление гармонического тока, пропускаемого через трансформатор среднего/низкого напряжения

.

(А.3)

Шаг 6. Расчет эмиссии гармонического тока установками пользователей, подключенными к узлу N_jk

Исходя из формулы (D.3)

.

(А.4)

Поэтому

.

(А.5)

Шаг 7. Расчет гармоник тока, протекающего через фидер j, исключительно в вышестоящий узел N_jk

(А.6)

или

.

(А.7)

Шаг 8. Расчет вклада всех низковольтных установок в гармоническое напряжение на первом узле N_j1 фидера j

Исходя из формул (D.6) и (D.3)

.

(А.8)

Поэтому для узла N_j1

.

(А.9)

И наконец,

.

(А.10)

Шаг 9. Расчет вклада всех низковольтных установок в гармоническое напряжение на других узлах N_ja (2  а  m) фидера j

Исходя из формулы (А.8) для (2  а  m):

.

(A.11)

Поэтому

.

(A.12)

И наконец, для (2 a m):

.

(A.13)

A.4.4 Анализ влияния параметров сети на гармоники

Для нахождения минимального значения отношения U_hB/U_hFj [cM. формулу D.11) приложения D] необходимо проанализировать влияние параметров сети на этот коэффициент, что позволит устранить параметры, которые оказывают незначительное влияние на это соотношение.

Методика заключается в выполнении трех следующих шагов:

- определение частного случая, который примерно соответствует среднему случаю рассматриваемого типа низковольтных сетей;

- анализ влияния каждого из сетевых параметров, перечисленных в 4.2, на соотношение U_hB/U_hFj;

- определение доминирующих параметров сети.

Для типов сетей, рассмотренных в настоящем приложении, выбраны следующие характеристики для конкретного типа сети, которые использованы для анализа влияния параметров сети:

- S_t = 250 кВА;

- n = 5 низковольтных фидеров;

- l_F = 300 м;

- соответствует линии, изготовленной из алюминия сечением 35 мм²;

- h = 5;

-  = 1,4.

Когда изменение соотношения U_hB/U_hFj является функцией каждого из параметров, остальные параметры могут быть заданы конкретным значением, определенным заранее; они представлены в таблицах А.2-А.7, приведенных ниже.

Таблица А.2 - Влияние общей пропускной способности низковольтной системы на соотношение U_hB/U_hFj (пример)

St, кВА	50	100	160	250	400	630	1000
UhB/UhFj	0,89	0,81	0,74	0,63	0,51	0,38	0,33

Таблица А.3 - Влияние числа фидеров в низковольтных системах на соотношение U_hB/U_hFj (пример)

n	2	3	4	5	6	7	8
UhB/UhFj	0,43	0,52	0,58	0,63	0,67	0,70	0,73

Таблица А.4 - Влияние длины низковольтных фидеров на соотношение U_hB/U_hFj (пример)

lf, M	50	100	200	300	400	500	600	800	1000
UhB/UhFj	0,93	0,85	0,74	0,63	0,56	0,49	0,44	0,36	0,31

Таблица А.5 - Влияние полного сопротивления низковольтных фидеров на соотношение U_hB/U_hFj (пример)

Линейные характеристики	Cu 12 мм2	Al 35 мм2	Al 55 мм2	Al 75 мм2
UhB/UhFj	0,61	0,63	0,65	0,65

Таблица А.6 - Влияние нечетных гармоник на соотношение U_hB/U_hFj (пример)

h	5	7	11	13	17	19	23	25
UhB/UhFj	0,63	0,65	0,65	0,66	0,66	0,66	0,66	0,66

Таблица А.7 - Влияние показателя закона суммирования на соотношение U_hB/U_hFj (пример)

	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0
UhB/UhFj	0,69	0,68	0,66	0,65	0,63	0,62	0,61	0,60	0,58	0,57	0,56

Согласно данным, приведенным в таблицах А.2-А.7, соотношение U_hB/U_hFj в малой степени зависит от характеристик линий, гармонического порядка (в случае гармонических порядков, не кратных трем) и показателя закона суммирования. Таким образом, в случае рассмотренной низковольтной сети и гармонических порядков, не кратных трем, доминирующими параметрами сети являются:

- S_t - общая пропускная способность низковольтной системы;

- n - число низковольтных фидеров;

- l_F - длина низковольтных фидеров.

Для гармонических порядков, не кратных трем, в низковольтных сетях с воздушными линиями результаты подобны, за исключением того, что по сравнению:

- с гармоническими порядками, не кратными трем, соотношение U_hB/U_hFj очень различается для гармонических порядков, кратных трем;

- другими гармоническими порядками, кратными трем, отношение U_hB/U_hFj ниже для порядка 3.

А.4.5 Расчет гармонических напряжений при различных конфигурациях сети

В настоящем пункте соотношение U_hB/U_hFj рассмотрено как функция доминирующих параметров сети, определенных в А 4.4. В таблицах А.8-А. 11 представлено значение данного коэффициента как функции S_t и n при учете четырех вариантов различной длины низковольтных фидеров. Необходимо отметить, что n > 2, потому что отсутствует необходимость рассматривать коэффициент уменьшения K_hB при наличии исключительно одного низковольтного фидера.

Таблица А.8 - Соотношение U_hB/U_hFj для низковольтного фидера длиной 100 м (пример)

Таблица А.9 - Соотношение U_hB/U_hFj для низковольтного фидера длиной 300 м (пример)

Таблица А.10 - Соотношение U_hB/U_hFj для низковольтного фидера длиной 500 м (пример)

Таблица А.11 - Соотношение U_hB/U_hFj для низковольтного фидера длиной 1000 м (пример)

А.4.6 Устранение нереалистичных конфигураций

Некоторые конфигурации, изученные в А.4.5, приводят к крайне низким значениям соотношения U_hB/U_hFj. Однако эти конфигурации нереалистичны, потому что они соответствуют чрезмерно высоким значениям падения напряжения вдоль низковольтных фидеров. Поэтому нереалистичные конфигурации должны быть устранены до определения значений K_hB.

Например, в таблицах А.8-А.11 ячейки, соответствующие падениям напряжения выше 10 %, выделены цветом как нереалистичные конфигурации.

Примечание - В этом случае согласно предположениям, сделанным в А.4.2, поперечное сечение проводника считалось постоянным независимо от числа фидеров.

А.4.7 Определение значений понижающих коэффициентов для гармоник

После использования указанного выше метода можно определить значения коэффициента уменьшения. При этом могут быть представлены:

- либо значение K_hB;

- либо таблицы, содержащие значение K_hB, как функции соответствующих сетевых параметров (см. таблицы А.8-А.11).

Если предпочтительно иметь только одно значение коэффициента уменьшения, рекомендуется, чтобы выбранное значение K_hB было минимальным значением соотношения U_hB/U_hFj (см. D.8 приложения D). В конкретном случае, рассматриваемом в настоящем приложении, таблицы А.8-А.11 даны для нечетных гармонических порядков, не кратных трем.

K_hB = 0,34.

При проведении тех же расчетов для гармонических порядков, кратных трем, результаты были бы следующие:

K_hB = 0,15 для h = 3;

K_hB = 0,12 для h > 3.

Значение коэффициента уменьшения K_hB для рассматриваемого типа низковольтных сетей приведено в таблице А.12.

Таблица А.12 - Коэффициент уменьшения K_hB как функция гармонического порядка (пример)

	3	5	7	9	11	13	15	17	19	21	23	25
KhB	15	0,34	0,34	0,12	0,34	0,34	0,12	0,34	0,34	0,12	0,34	0,34

Другой вариант состоит в том, чтобы определить значение K_hB в зависимости от конфигурации сети. В этом случае следует предоставить таблицы или инструмент вычисления, дающий значение K_hB как функцию соответствующих параметров сети, таким образом, чтобы сетевая организация могла выбрать соответствующее значение K_hB для применения формулы норм эмиссии при изучении подключения определенной установки к низковольтной системе, например: в случае необходимости подключения низковольтной установки к трансформатору среднего/низкого напряжения на 250 кВА и четырех фидеров длиной 200 м согласно таблице А.9 K_hB = 0,58 для нечетных гармонических порядков, не кратных трем.

А.4.8 Определение коэффициента уменьшения для несимметрии

Аналогичные расчеты могут быть проведены для несимметрии. В этом случае анализ влияния параметров сети показывает, что доминирующими параметрами сети являются:

- S_t - общая пропускная способность низковольтной системы;

- n - число низковольтных фидеров;

- l_F - длина фидеров;

- - комплексное сопротивление воздушной линии на единицу длины.

После расчета несимметрии напряжений при различных конфигурациях сети и устранения нереалистичных конфигураций может быть предоставлено либо единственное значение K_uB или таблицы, дающие значение K_uB в качестве функции соответствующих параметров сети.

При проведении аналогичных расчетов (последовательно от А.4.2 до А.4.7) может быть получено следующее значение понижающего коэффициента для несимметрии напряжений:

K_uB = 0,27.