О влиянии провалов и прерываний напряжения на режимы функционирования промышленных систем электроснабжения

50

КАЧЕСТВО 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

К

ачество

электроэнергии

 (

КЭЭ

) 

оказывает

большое

влияние

на

эффективность

функцио

-

нирования

всех

отраслей

экономики

России

. 

Результаты

ис

-

следований

КЭЭ

 [1–4] 

показывают

, 

что

в

ряде

регионов

страны

качество

электроэнергии

не

соответствует

действующим

нормам

. 

Решение

во

-

просов

построения

промышленных

систем

электроснабжения

  (

СЭС

) 

с

учетом

факторов

, 

влияющих

на

КЭЭ

, 

является

определяющим

для

обеспечения

эффективной

и

без

-

аварийной

работы

данных

систем

электроснабжения

 [1].

Вопрос

повышения

КЭЭ

, 

как

правило

, 

является

актуальным

для

сетей

, 

к

которым

присоединено

большое

количество

потребителей

, 

имеющих

резкопеременный

, 

несим

-

метричный

и

несинусоидальный

ре

-

жим

работы

.

Возникающие

в

сетях

помехи

носят

случайный

характер

искаже

-

ния

напряжения

и

при

воздействии

на

технологическое

оборудование

промышленных

предприятий

приво

-

дят

к

нарушению

технологического

цикла

производства

, 

вызванного

не

-

правильной

работой

систем

автома

-

тики

, 

ошибкой

определения

режим

-

ных

параметров

электрической

сети

и

нарушением

режимов

работы

про

-

изводственного

оборудования

.

В

системах

электроснабжения

около

 60% 

брака

и

нарушений

техно

-

логического

режима

работы

промыш

-

ленных

электроприемников

связано

с

низким

качеством

электроэнергии

, 

в

том

числе

и

с

нарушениями

, 

вы

-

званными

провалами

  (

ПН

) 

и

преры

-

ваниями

напряжения

 (

ПРН

). 

Указан

-

ные

помехи

могут

быть

причинами

сбоев

в

системах

управления

и

за

-

щиты

электроприемников

, 

ошибок

в

работе

микропроцессорной

тех

-

ники

, 

приводить

к

повреждению

оборудования

и

возникновению

не

-

штатных

режимов

работы

основ

-

ного

оборудования

промышленных

объектов

. 

Сложность

современных

технологических

процессов

и

высо

-

кие

требования

к

поддержанию

их

стабильности

при

возникновении

в

сети

ПН

и

ПРН

приводят

к

появ

-

лению

ущербов

. 

В

таблице

 1 

пред

-

ставлены

значения

ущербов

от

кратковременных

перерывов

элек

-

троснабжения

в

сфере

информаци

-

онных

технологий

 [3, 5].

Причинами

больших

ущербов

от

низкого

качества

электроэнергии

 [1, 6] 

являются

: 

– 

усложнение

структуры

и

функций

электроэнергетических

систем

, 

Севостьянов

А

.

А

.,

к

.

т

.

н

., 

доцент

, 

заведующий

кафедрой

 «

Электроэнергетика

, 

электроснабжение

и

силовая

электроника

» 

Нижегородского

государственного

технического

университета

им

. 

Р

.

Е

. 

Алексеева

Ключевые

слова

: 

качество

электроэнергии

, 

мониторинг

, 

провал

напряжения

, 

прерывание

напряжения

, 

электромагнитная

совместимость

О влиянии провалов и прерываний 
напряжения на режимы 
функционирования промышленных 
систем электроснабжения

УДК

 621.316.7:621.311.13

Около

 90% 

искажений

показателей

качества

электрической

энергии

является

следстви

-

ем

функционирования

электроприемников

промышленных

предприятий

. 

Это

связано

с

тем

, 

что

существующие

подходы

к

нормированию

, 

мониторингу

и

управлению

каче

-

ством

электроэнергии

не

учитывают

специфику

возникающих

ущербов

в

различных

отраслях

промышленности

и

дают

большие

погрешности

. 

При

этом

в

промышленной

системе

электроснабжения

возникают

не

только

медленные

изменения

напряжения

и

гармонические

искажения

, 

но

и

помехи

, 

вызванные

провалами

и

прерываниями

на

-

пряжения

, 

что

может

стать

причиной

сбоя

технологического

оборудования

. 

Однако

несмотря

на

возможный

ущерб

, 

в

стандартах

, 

касающихся

качества

электроэнергии

, 

провалы

и

прерывания

напряжения

не

нормируются

и

часто

не

учитываются

при

проек

-

тировании

и

эксплуатации

систем

электроснабжения

. 

В

статье

на

основании

проведен

-

ного

анализа

значений

показателей

качества

электрической

энергии

показана

необ

-

ходимость

учета

провалов

и

прерываний

напряжения

при

эксплуатации

промышленных

систем

электроснабжения

.

51

приводящих

к

более

тяжелым

последствиям

при

отказе

одно

-

го

из

элементов

сис

темы

;

– 

сложность

современных

техно

-

логических

процессов

и

высо

-

кие

требования

к

поддержанию

их

стабильности

;

– 

отсутствие

у

потребителей

элек

-

троэнергии

средств

мониторин

-

га

показателей

КЭЭ

;

– 

несовершенство

нормативно

-

технической

документации

по

нормированию

, 

мо

-

ниторингу

и

управлению

качеством

электроэнергии

.

Несмотря

на

возможный

ущерб

, 

в

стандартах

на

качество

электрической

энергии

показатели

, 

харак

-

теризующие

ПН

и

ПРН

, 

не

нормируются

и

часто

не

учитываются

при

проектировании

систем

электро

-

снабжения

. 

Переход

к

интеллектуальным

сетям

бу

-

дет

способствовать

еще

большему

числу

сбоев

в

ре

-

жимах

работы

технологического

оборудования

от

данных

помех

, 

что

связано

с

восприимчивостью

циф

-

ровых

элементов

сетей

к

такого

вида

возмущениям

.

УРОВНИ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

ПОМЕХ

В

ПРОМЫШЛЕННЫХ

СИСТЕМАХ

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Результаты

исследований

качества

электрической

энергии

 [2] 

показывают

, 

что

для

промышленных

объ

-

ектов

в

среднем

в

 30% 

случаев

контроля

показате

-

лей

качества

показатели

не

соответствуют

требова

-

ниям

ГОСТ

 32144–2013 [7], 

при

этом

:

– 

отрицательные

и

положительные

отклонения

на

-

пряжения

не

соответствуют

требования

для

 18% 

измерений

при

контроле

показателей

КЭЭ

;

– 

суммарный

коэффициент

гармонических

состав

-

ляющих

напряжения

 — 0,5% 

измерений

;

– 

коэффициент

n

-

й

гармонической

составляющей

напряжения

 — 5% 

измерений

;

– 

коэффициент

несимметрии

напряжения

по

обрат

-

ной

последовательности

 — 0,5% 

измерений

;

– 

коэффициент

несимметрии

напряжения

по

нуле

-

вой

последовательности

 — 6% 

измерений

.

В

большинстве

случаев

технические

проблемы

, 

связанные

с

функционированием

электроприемни

-

ков

при

нарушении

качества

электрической

энергии

в

РФ

, 

вызваны

:

– 

гармониками

напряжения

 — 

в

 18% 

случаев

сбоя

технологи

-

ческого

оборудования

;

– 

провалами

или

прерываниями

напряжения

 — 

в

 52% 

сбоев

;

– 

другими

видами

помех

и

воз

-

действий

 — 

в

 30% 

сбоев

.

В

странах

Европейского

союза

основными

причинами

сбоя

в

ра

-

боте

технологического

оборудова

-

ния

являются

:

– 

гармонические

составляющие

 — 

5,4%;

– 

провалы

напряжения

 — 23,6%;

– 

импульсные

напряжения

 — 

29%;

– 

другие

виды

помех

и

воздействий

 — 42%.

Для

США

статистика

отказов

в

работе

оборудова

-

ния

составляет

:

– 

от

провалов

и

импульсных

напряжений

 — 48%;

– 

от

гармонических

искажений

 — 22%;

– 

другие

виды

помех

и

воздействий

 — 30%.

На

основании

представленных

данных

отметим

, 

что

наиболее

частыми

причинами

сбоев

в

работе

промышленного

технологического

оборудования

и

систем

автоматики

являются

возникающие

в

сети

помехи

в

виде

ПН

и

ПРН

. 

Данные

помехи

возникают

в

нормальном

режиме

работы

промышленного

обо

-

рудования

, 

к

которому

относится

технологическое

оборудование

предприятий

: 

дуговые

сталеплавиль

-

ные

печи

  (

ДСП

), 

различные

прокатные

станы

, 

сва

-

рочные

машины

, 

электроприемники

с

двигательной

нагрузкой

. 

На

рисунке

 1 

представлен

график

ПН

, 

характеризующий

форму

провала

напряжения

, 

по

-

лученный

при

проведении

измерений

на

одном

из

фидеров

 0,4 

кВ

сварочного

участка

промышленного

предприятия

.

Рассмотрим

уровни

электромагнитных

помех

(

ЭМП

), 

в

частности

ПН

, 

вносимые

в

сеть

промыш

-

ленными

электроприемниками

 [8–10].

При

своей

работе

ДСП

создают

нерегулярные

ПН

с

частотой

до

 1 

Гц

и

регулярные

ПН

частотой

до

10 

Гц

.

Регулярные

ПН

при

работе

ДСП

имеют

глубину

провала

, 

как

правило

, 

не

превышающую

 5% 

от

ве

-

личины

питающего

напряжения

. 

Нерегулярные

ПН

характеризуются

глубиной

провала

, 

доходящей

в

от

-

дельных

случаях

до

 100%. 

Причинами

нерегулярных

ПН

являются

неблагоприятные

условия

зажигания

дуг

в

период

плавки

металла

, 

неустойчивое

их

го

-

Табл

. 1. 

Ущерб

от

кратковременных

перерывов

электроснабжения

в

сфере

информационных

технологий

Сфера

бизнеса

Ущерб

, 

долл

./

мин

Услуга

операторов

мобильной

связи

41 000

Розничная

торговля

с

помощью

средств

телекоммуникаций

72 000

Резервирование

авиабилетов

90 000

Операции

с

кредитными

карточками

258 000

Брокерские

операции

648 000

Рис

. 1. 

График

провала

напряжения

 (

фидер

 0,4 

кВ

сварочного

участка

)

20,5
20,4
20,3
20,2
20,1

0,0

–20,1
–20,2
–20,3
–20,4
–20,5
–20,6
–20,7

0  10  20 30 40  50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 

160 170 

180 190

t

, 

мс

U

, 

В

№

 6 (81) 2023

52

КАЧЕСТВО 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Рис

. 4. 

Характеристика

помехоустойчивости

: 

а

) 

инвер

-

тора

; 

б

) 

выпрямителя

U

/

U

ном

, %

80

60

40

20

0

(

а

)

(

б

)

0,001 0,01  0,1

t

, 

с

рение

, 

эксплуатационные

короткие

замыкания

элек

-

тродов

с

шихтой

в

момент

пуска

печи

и

при

обвалах

шихты

.

Сварочные

машины

при

своей

работе

создают

в

сети

ПН

, 

величина

которых

зависит

от

мощности

машины

и

источника

питания

 [11]. 

Машины

рельеф

-

ной

и

точечной

сварки

создают

ПН

глубиной

до

 7%. 

До

 19% 

ПН

создают

при

своей

работе

стыковые

и

многоточечные

машины

. 

При

этом

длительность

провалов

напряжения

для

точечных

, 

рельефных

, 

многоточечных

и

шовных

сварочных

машин

со

-

ставляет

 0,02–1,0 

с

, 

стыковых

сварочных

машин

 — 

0,2–20 

с

.

Величина

ПН

, 

создаваемая

прокатными

ста

-

нами

, 

зависит

от

их

типа

. 

В

качестве

приводов

прокатных

станов

используются

синхронные

, 

асинхронные

и

двигатели

постоянного

тока

. 

Прокатные

станы

с

приводами

от

синхронных

и

асинхронных

электродвигателей

являются

ис

-

точниками

колебаний

и

ПН

. 

Так

блюминги

и

сля

-

бинги

в

сетях

 6–10 

кВ

создают

ПН

глубиной

до

20% 

при

длительности

 1–5 

с

и

средней

частотой

20–40 

провалов

в

минуту

. 

Листовые

станы

горя

-

чей

прокатки

создают

ПН

величиной

от

 2% 

до

 10% 

длительностью

 1–5 

с

и

средней

частотой

от

 2 

до

20 

в

мин

. 

Величина

ПН

при

работе

стана

холодной

прокатки

составляет

от

 2% 

до

 20% 

с

длительно

-

стью

 2–20 

с

и

средней

частотой

провалов

от

 4 

до

20 

в

час

.

Прессы

и

автоматические

прессовые

линии

при

своей

работе

создают

ПН

, 

составляющие

 1–5% 

с

ча

-

стотой

следования

 0,17–0,2 

Гц

. 

Транспортеры

, 

вентиляторы

и

компрессоры

в

мо

-

мент

пуска

оборудования

являются

источниками

провалов

, 

глубина

которых

не

превышает

: 

– 

у

транспортеров

и

конвейе

-

ров

 — 1,2%; 

– 

вентиляторов

 — 3–5%; 

– 

компрессоров

 — 4–6%.

Асинхронные

и

синхронные

двигатели

создают

ПН

глубиной

от

 1% 

до

 20% 

и

длительностью

от

3 

с

до

 10 

с

. 

Частота

ПН

зависит

от

режимов

работы

электродвигате

-

лей

. 

Наибольшая

частота

наблю

-

дается

при

повторно

-

кратковре

-

менном

режиме

работы

оборудования

.

ВЛИЯНИЕ

ПРОВАЛОВ

И

ПРЕРЫВАНИЙ

НАПРЯЖЕНИЯ

НА

ПРОМЫШЛЕННЫЕ

ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКИ

Уровень

влияния

ПН

и

ПРН

на

промышленные

элек

-

троприемники

зависит

от

факторов

, 

определяющих

глубину

ПН

, 

длительность

провала

и

частоту

по

-

явления

ПН

. 

При

этом

наиболее

чувствительными

к

данным

видам

помех

являются

системы

управле

-

ния

и

защиты

промышленных

электроприемников

[9, 10, 12], 

построенных

на

базе

микропроцессорной

техники

. 

На

рисунке

 2 

показана

область

критичных

ПН

и

ПРН

, 

вызывающих

сбой

в

работе

микропроцес

-

сорных

систем

управления

 [13].

Для

систем

автоматики

, 

включающих

в

свою

структуру

управляющие

реле

, 

магнитные

пускатели

, 

программируемые

контроллеры

и

элементы

регули

-

руемого

электропривода

, 

определены

области

допу

-

стимых

ПН

и

ПРН

 (

рисунок

 3).

Так

, 

технические

сбои

в

работе

оборудования

бу

-

дут

наблюдаться

при

следующих

величинах

ПН

: 

– 

магнитные

пускатели

 — 



U

п



 50%; 

– 

регулируемый

электропривод

 — 



U

п



 60%; 

– 

программируемые

контроллеры

 — 



U

п



 70%; 

– 

микропроцессоры

 — 



U

п



 65%; 

– 

реле

 — 



U

п



 30%.

Сбои

в

работе

данных

устройств

при

ПН

будут

на

-

блюдаться

при

длительностях

провалов

: 

– 

магнитные

пускатели

 — 



t

п



 40 

мс

; 

– 

регулируемый

электропривод

 — 



t

п



 100 

мс

; 

– 

программируемые

контроллеры

 — 



t

п



 240 

мс

; 

– 

микропроцессоры

 — 



t

п



 100 

мс

; 

– 

реле

 — 



t

п



 40 

мс

.

Для

промышленных

электроприемников

, 

имею

-

щих

в

своем

составе

выпрямительные

блоки

и

блоки

инверторов

, 

границы

допустимых

значений

ПН

и

ПРН

представлены

на

рисунке

 4 [14]. 

Следует

отметить

, 

что

инверторы

имеют

большую

чувствительность

к

ПН

в

сравнении

с

выпрямителями

. 

При

ПН

длитель

-

ностью

более

 6–9 

мс

и

величине

провала

более

 20% 

происходит

сбой

в

работе

выпрямителя

. 

В

блоках

промышленного

технологического

оборудования

 «

вы

-

прямитель

-

инвертор

» 

при

ПН

более

 15% 

и

длитель

-

ности

более

 3 

мс

происходит

его

отключение

. 

Для

оценки

возможности

бесперебойной

работы

персональных

компьютеров

в

условиях

существу

-

ющих

ПН

и

ПРН

разработаны

кривые

 ITIC (

Совет

индустрии

информационных

технологий

) [15]. 

В

со

-

Рис

. 3. 

График

допустимых

ПН

: 

а

) 

маг

-

нитные

пускатели

; 

б

) 

регулируемые

электроприводы

; 

в

) 

программируе

-

мые

контроллеры

; 

г

) 

реле

90

60

40

20

1 

мс

1 

с

10 

с



t

, 

мс

10 

мс

100 

мс

U

/

U

н

, %

80

60

40

20

0

100

200

300

400



t

, 

мс

U

/

U

н

, %

(

а

)

(

б

)

(

в

)

(

г

)

Рис

. 2. 

График

допустимых

ПН

для

микропроцессоров

53

Рис

. 5. 

Области

допустимых

ПР

и

ПРН

для

персональ

-

ных

компьютеров

 (

кривые

 ITIC)

140

120

500

400

300

200

40

0

100

80

70

Напр

яжение

, %

Запрещенная

область

Область

без

прерываний

Область

надежной

работы

для

однофазных

потребителей

110
90

1 

мкс

1 

мс

3 

мс

20 

мс

0,5 

с

10 

с

Продолжительность

провалов

напряжения

ответствии

с

данными

кривыми

 (

рисунок

 5) 

допуска

-

ются

ПРН

при

длительности

прерывания

, 

не

превы

-

шающей

 20 

мс

. 

Также

допускаются

ПН

величиной

до

10% 

любой

длительности

, 

до

 20% 

при

длительности

, 

не

превышающей

 10 

с

, 

и

до

 30% 

длительностью

ме

-

нее

 0,5 

с

.

При

оценке

надежности

работы

технологического

оборудования

промышленных

предприятий

в

усло

-

виях

возникновения

ПН

и

ПРН

необходимо

учиты

-

вать

величину

возможного

ущерба

от

данных

помех

.

Определение

ущербов

от

перерывов

электро

-

снабжения

необходимо

проводить

по

двум

видам

ущербов

: 

основному

и

ущербу

внезапности

 [16].

Основной

ущерб

связан

с

ущербом

, 

возникающим

при

ПН

или

ПРН

в

электроснабжении

промышленных

предприятий

при

условии

сохранения

оборудования

, 

технологического

процесса

и

отсутствия

брака

про

-

дукции

, 

то

есть

обусловлен

ущербом

из

-

за

невыпол

-

нения

плана

по

выпуску

продукции

. 

Ущерб

внезап

-

ности

связан

с

появлением

фактора

внезапности

, 

в

результате

которого

могут

произойти

нарушения

технологического

процесса

, 

поломка

оборудования

и

, 

как

следствие

, 

брак

продукции

. 

Этот

ущерб

зави

-

сит

от

типа

потребителя

, 

величины

недополученной

электроэнергии

, 

наличия

у

потребителя

резервов

генерации

и

возможности

изменения

технологиче

-

ского

процесса

производства

. 

Если

величина

резер

-

вов

потребителя

достаточна

, 

чтобы

компенсировать

недовыработанную

продукцию

за

время

его

ограни

-

чения

по

энергии

, 

то

недополученная

электроэнер

-

гия

за

это

время

компенсируется

системой

резерв

-

ного

электроснабжения

предприятия

, 

тем

самым

обеспечивая

бесперебойность

технологического

процесса

.

В

работах

 [14, 17] 

приведены

значения

ущербов

от

низкого

качества

электрической

энергии

, 

опреде

-

ленные

в

долях

от

общего

ежегодного

ущерба

, 

кото

-

рые

составляют

: 

– 

при

провалах

и

кратковременных

прерывани

-

ях

напряжения

длительностью

менее

 3 

мин

 — 

57,7%; 

– 

при

перенапряжении

 — 34,4%; 

– 

при

длительных

прерываниях

напряжения

дли

-

тельностью

более

 3 

мин

 — 4,3%; 

– 

при

несимметрии

напряжения

 — 2,7%; 

– 

при

несинусоидальности

напряжения

 – 0,9%.

Как

видно

, 

наибольший

ущерб

наблюдается

от

помех

в

виде

ПН

и

кратковременных

ПРН

, 

в

то

же

время

сложность

современных

технологических

процессов

и

высокие

требования

к

поддержанию

их

стабильности

приводят

к

значительным

потерям

в

различных

отраслях

промышленности

, 

что

нагляд

-

но

иллюстрируется

таблицей

 2 [10, 18]. 

При

этом

не

-

обходимо

отметить

, 

что

для

помех

в

виде

ПН

и

ПРН

стандарт

ГОСТ

 32144-2014 [7] 

требования

к

уровням

данных

помех

не

определяет

.

Представленная

информация

позволяет

конста

-

тировать

, 

что

при

нормировании

показателей

КЭЭ

и

разработке

рекомендаций

по

его

повышению

необ

-

ходимо

уделять

внимание

показателям

, 

определяю

-

щим

глубину

и

длительность

провалов

и

прерываний

напряжения

.

Табл

. 2. 

Ущербы

от

перерывов

электроснабжения

в

некоторых

отраслях

промышленности

Отрасль

промышленности

 / 

Сфера

деятельности

Ущерб

, 

евро

/

на

 1 

перерыв

Производство

полупроводников

3 800 000

Компьютерный

центр

750 000

Сталелитейное

производство

350 000

Стекольная

промышленность

250 000

Фармацевтическая

компания

1 700 000

МОНИТОРИНГ

ПОКАЗАТЕЛЕЙ

КАЧЕСТВА

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ЭНЕРГИИ

Для

решения

проблемы

повышения

КЭЭ

важ

-

ное

значение

отводится

его

контролю

и

мо

-

ниторингу

. 

Основные

положения

по

организа

-

ции

и

проведению

контроля

и

мониторинга

КЭЭ

в

РФ

изложены

в

стандартах

ГОСТ

 33073-2014, 

ГОСТ

 30804.4.7 

и

ГОСТ

 30804.4.30 [19–21].

В

работах

 [5, 22] 

показано

, 

что

применяемые

в

на

-

стоящее

время

системы

мониторинга

могут

давать

большую

погрешность

при

измерении

КЭЭ

, 

что

не

соответствует

условиям

функционирования

совре

-

менных

СЭС

.

Причинами

больших

погрешностей

являются

:

1) 

дискретное

преобразование

Фурье

, 

которое

при

-

меняется

при

цифровой

обработке

сигналов

, 

что

дает

большую

точность

при

анализе

периодиче

-

ских

процессов

 (

в

СЭС

промышленных

предпри

-

ятий

, 

городов

и

особенно

электрического

транс

-

порта

изменения

токов

и

напряжений

не

являются

периодическими

, 

поэтому

при

дискретизации

их

графиков

происходит

наложение

спектров

сосед

-

них

гармоник

друг

на

друга

, 

наибольшие

погреш

-

ности

возникают

при

наличии

в

спектрах

анали

-

зируемых

сигналов

постоянной

составляющей

, 

четных

гармоник

и

интергармоник

);

2) 

погрешности

измерения

амплитуды

, 

фазового

угла

и

времени

синхронизации

;

3) 

погрешности

трансформаторов

тока

и

напряжения

.

№

 6 (81) 2023

54

КАЧЕСТВО 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Рис

. 6. 

Оценка

качества

электроэнергии

в

трехфазной

системе

промышленного

электроснабжения

Результаты

моделирования

Текущий

режим

1

2

3

4

5

4

10

4

2

4

1(

M

–1)

В

активных

системах

электроснабжения

потоки

мощности

могут

быть

не

только

однонаправленны

(

от

электростанций

к

потребителям

электроэнергии

), 

но

и

двунаправленными

 (

от

потребителей

в

распре

-

делительные

сети

), 

особенно

при

наличии

источни

-

ков

распределенной

генерации

и

систем

накопления

электроэнергии

. 

Существующие

системы

монито

-

ринга

в

таких

сетях

будут

давать

большие

погрешно

-

сти

в

измерениях

активной

и

реактивной

мощности

. 

Проведенные

расчеты

 [3] 

показывают

, 

что

ошибки

в

оценке

активной

мощности

могут

достигать

 ±290%, 

а

реактивной

 ±130% 

и

более

.

Для

решения

задач

мониторинга

КЭЭ

предлагает

-

ся

способ

анализа

качества

электроэнергии

в

трех

-

фазной

системе

промышленного

электроснабжения

, 

представленный

на

рисунке

 6 [23]. 

Данный

способ

позволяет

определить

источники

и

степень

искаже

-

ния

параметров

КЭЭ

и

выработать

управляющие

воздействия

на

СЭС

с

целью

повышения

КЭЭ

с

уче

-

том

составляющих

ущерба

.

Для

обеспечения

функционирования

предлагае

-

мого

способа

реализуется

предварительное

имита

-

ционное

моделирование

СЭС

, 

целями

которого

яв

-

ляются

: 

– 

определение

режимов

функционирования

СЭС

промпредприятия

с

учетом

особенностей

режи

-

мов

работы

электроприемников

;

– 

выявление

режимов

, 

в

которых

возможны

суще

-

ственные

отклонения

показателей

КЭЭ

, 

требую

-

щие

реализации

мероприятий

по

восстановле

-

нию

нормального

функционирования

СЭС

;

– 

создание

базы

данных

форм

тока

и

напряжения

для

каждого

из

режимов

с

существенными

откло

-

нениями

параметров

КЭЭ

, 

которые

характеризу

-

ют

степень

и

источник

искажающих

воздействий

.

На

основании

предварительного

имитационного

моделирования

формируется

база

данных

искажен

-

ных

сигналов

тока

и

напряжения

при

существенных

отклонениях

показателей

КЭ

в

различных

режимах

функционирования

СЭС

предприятия

. 

Результаты

имитационного

моделирования

вносятся

в

память

блока

хранения

 5 (

рисунок

 6) 

для

последующего

вы

-

бора

совокупных

искаженных

токов

и

напряжений

в

определенном

режиме

работы

СЭС

.

В

модуле

 1 (

рисунок

 6) 

выполняется

аналого

-

цифровое

преобразование

мгновенных

значений

фазных

токов

и

напряжений

в

точках

присоединения

(

модуль

сбора

данных

). 

В

модуле

 2 

происходит

трех

-

мерное

преобразование

мгновенных

значений

фаз

-

ных

токов

и

напряжений

в

пространственный

вектор

. 

Мгновенные

значения

комплексного

вектора

из

мо

-

дуля

 2 

поступают

в

модуль

нормировки

 3. 

В

модуле

 3 

в

скользящем

окне

данных

, 

включающем

, 

например

, 

N

комплексных

отсчетов

 (

мгновенных

значений

) 

про

-

странственного

вектора

, 

производится

их

нормиров

-

ка

 (

приведение

к

нормированному

виду

) 

по

энергии

. 

Для

этого

вычисляется

энергия

совокупности

N 

ком

-

плексных

значений

пространственного

вектора

в

те

-

кущем

скользящем

окне

, 

и

каждое

из

комплексных

мгновенных

значений

пространственного

вектора

этого

скользящего

окна

нормируется

к

рассчитанной

энергии

.

Нормированные

совокупности

комплексных

мгно

-

венных

значений

пространственного

вектора

из

мо

-

дуля

 3 

поступают

в

блок

 4 

распознавания

. 

Блок

 4 

решает

задачу

распознавания

, 

какой

из

комплекс

-

ных

дискретных

сигналов

поступил

на

его

вход

. 

При

решении

задачи

распознавания

используется

блок

 5 

хранения

результатов

имитационного

моделирова

-

ния

. 

В

соответствии

с

текущим

режимом

функциони

-

рования

СЭС

блок

 5 

подает

на

вторые

входы

моду

-

лей

сравнения

  4

10

…4

1(

M

–1)

комплексные

дискретные

сигналы

, 

соответствующие

текущему

режиму

функ

-

ционирования

и

характеризующие

возможные

ис

-

кажения

параметров

КЭЭ

данной

СЭС

. 

На

первые

входы

модулей

сравнения

поступает

комплексный

дискретный

сигнал

с

выхода

модуля

 3. 

В

модулях

сравнения

 4

10

…4

1(

M

–1)

блока

 4 

реализуется

сравнение

комплексного

дискретного

сигнала

, 

поступившего

на

вход

блока

 4 

с

каждым

из

хранящихся

комплексных

дискретных

сигналов

в

блоке

 5, 

соответствующих

те

-

кущему

режиму

СЭС

. 

По

результатам

сравнения

мо

-

дулем

 4

2

блока

 4 

принимается

решение

о

том

, 

какой

комплексный

дискретный

сигнал

действует

на

входе

и

, 

соответственно

, 

какой

вариант

отклонений

пара

-

метров

КЭЭ

характерен

для

текущего

режима

СЭС

.

Поскольку

при

имитационном

моделировании

для

текущего

режима

функционирования

СЭС

и

вариан

-

та

отклонений

параметров

КЭЭ

задается

степень

и

источник

трехфазных

искажений

токов

и

напряже

-

ний

, 

то

на

основе

реализации

процедуры

распозна

-

вания

можно

выявить

степень

и

источник

искажений

токов

и

напряжений

в

трехфазной

СЭС

.

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО

ПОВЫШЕНИЮ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ

СОВМЕСТИМОСТИ

ПРОМЫШЛЕННЫХ

ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Методики

расчетов

отдельных

видов

электромаг

-

нитных

помех

представлены

в

работах

 [8–10]. 

В

ос

-

новном

методики

позволяют

провести

оценку

мед

-

ленных

изменений

, 

колебаний

, 

несинусоидальности

и

несимметрии

напряжения

. 

С

учетом

вероятност

-

ного

характера

возникновения

помех

для

их

расчета

и

прогнозирования

перспективно

применение

ими

-

тационного

моделирования

СЭС

с

использованием

программных

продуктов

 PSCAD 

и

 MatLab Simulink. 

55

Средства

имитационного

моделирования

позволяют

провести

исследования

влияния

любых

видов

по

-

мех

на

промышленные

электроприемники

не

только

в

нормальных

режимах

работы

, 

но

и

при

переходных

процессах

.

Для

систем

промышленного

электроснабжения

обеспечить

электромагнитную

совместимость

техно

-

логического

оборудования

можно

с

использованием

схемных

решений

, 

а

также

применением

в

сети

спе

-

циальных

устройств

.

Схемные

пути

обеспечения

электромагнитной

совместимости

являются

наиболее

простыми

и

эко

-

номичными

. 

Можно

определить

следующие

техниче

-

ские

решения

:

– 

разделение

питания

электроприемников

и

тех

-

нологического

оборудования

, 

создающих

ЭМП

и

чувствительных

к

данным

видам

помех

;

– 

применение

блокировок

для

ограничения

одно

-

временной

работы

крупных

потребителей

, 

созда

-

ющих

ПН

;

– 

увеличение

мощности

источников

питания

систем

электроснабжения

;

– 

применение

активных

выпрямителей

с

широтно

-

импульсной

модуляцией

.

В

промышленных

системах

электроснабжения

могут

быть

использованы

специальные

средства

, 

включающие

, 

например

, 

применение

 [14–16]:

– 

источников

бесперебойного

питания

;

– 

пассивных

и

активных

фильтров

гармоник

;

– 

статических

тиристорных

компенсаторов

;

– 

трансформаторно

-

тиристорных

регуляторов

на

-

пряжения

;

– 

устройств

плавного

пуска

электродвигателей

.

ВЫВОДЫ

1. 

В

связи

с

переводом

электроэнергетики

на

техно

-

логии

интеллектуальных

систем

в

промышленных

системах

электроснабжения

может

наблюдаться

тенденция

к

увеличению

ущербов

от

ПН

и

ПРН

, 

что

должно

быть

учтено

при

рассмотрении

вопро

-

сов

помехоустойчивости

промышленного

обору

-

дования

к

воздействию

такого

рода

помех

.

2. 

Для

повышения

устойчивости

технологическо

-

го

оборудования

к

ПН

и

ПРН

, 

а

также

снижения

ущербов

, 

необходимо

введение

нормирования

ПН

и

ПРН

в

составе

стандарта

ГОСТ

 32144–2013 

и

их

учета

при

рассмотрении

вопросов

проекти

-

рования

и

эксплуатации

систем

промышленного

электроснабжения

.

3. 

В

системах

электроснабжения

промышленных

предприятий

для

снижения

влияния

электропри

-

емников

, 

создающих

помехи

в

виде

ПН

и

ПРН

на

других

промышленных

потребителей

, 

следу

-

ет

разделять

их

питание

или

внедрять

в

систему

электроснабжения

ответственных

электроприем

-

ников

источники

бесперебойного

питания

. 

ЛИТЕРАТУРА

1. 

Добрусин

Л

.

А

. 

Проблемы

качества

электроэнергии

и

электроснаб

-

жения

в

России

 // 

Энергоэксперт

, 

2008, 

№

 4(9). 

С

. 30–35.

2. 

Дед

А

.

В

., 

Сикорский

С

.

П

., 

Смир

-

нов

П

.

С

. 

Результаты

измерений

показателей

качества

электро

-

энергии

в

системах

электроснабже

-

ния

предприятий

и

организаций

 // 

Омский

научный

вестник

, 2018, 

№

 2(158). 

С

. 60–63.

3. 

Куликов

А

.

Л

., 

Илюшин

П

.

В

., 

Ва

-

гин

Г

.

Я

., 

Севостьянов

А

.

А

. 

О

кор

-

ректировке

требований

к

точности

цифровой

обработки

сигналов

токов

и

напряжений

в

активных

системах

промышленного

элек

-

троснабжения

 // 

Известия

РАН

. 

Энергетика

, 2021, 

№

 1. 

С

. 26–38.

4. 

Николаев

А

.

А

., 

Корнилов

Г

.

П

., 

Храмшин

Т

.

Р

. 

Экспериментальные

исследования

электромагнитной

совместимости

электроприводов

в

системе

электроснабжения

ме

-

таллургического

предприятия

 // 

Вестник

Магнитогорского

государ

-

ственного

технического

универси

-

тета

им

. 

Г

.

И

. 

Носова

, 2016, 

т

. 14, 

№

 4. 

С

. 96–105.

5. 

Рибейро

П

.

Ф

., 

Дуке

К

.

А

., 

да

Сил

-

вейра

П

.

М

., 

Серкейра

А

.

С

. 

Об

-

работка

сигналов

в

интеллекту

-

альных

сетях

энергосистем

. 

М

.: 

Техносфера

, 2020. 496 

с

.

6. 

Овсянников

А

.

Г

., 

Борисов

Р

.

К

. 

Электромагнитная

совместимость

в

электроэнергетике

. 

Новосибирск

: 

НГТУ

, 2017. 196 

с

.

7. 

ГОСТ

 32144-2013. 

Электрическая

энергия

. 

Совместимость

техниче

-

ских

средств

электромагнитная

. 

Нормы

качества

электрической

энергии

в

системах

электроснаб

-

жения

общего

назначения

. URL: 

https://docs.cntd.ru/document/
1200104301.

8. 

Вагин

Г

.

Я

., 

Лоскутов

А

.

Б

., 

Сево

-

стьянов

А

.

А

. 

Электромагнитная

совместимость

в

электроэнергети

-

ке

. 

М

.: 

Академия

, 2010. 223 

с

.

9. 

Борисов

Б

.

П

., 

Вагин

Г

.

Я

. 

Электро

-

снабжение

электротехнологиче

-

ских

установок

. 

Киев

: 

Наукова

думка

, 1985. 245 

с

.

10. 

Жежеленко

И

.

В

., 

Шидловский

А

.

К

., 

Пивняк

Г

.

Г

. 

и

др

. 

Электромагнит

-

ная

совместимость

потребителей

. 

М

.: 

Машиностроение

, 2012. 351 

с

.

11. 

Шидловский

А

.

К

., 

Борисов

Б

.

П

., 

Вагин

Г

.

Я

. 

и

др

. 

Электромагнитная

совместимость

электроприемни

-

ков

промышленных

предприятий

. 

Киев

: 

Наукова

думка

, 1992. 236 

с

.

12. 

Овсянников

А

.

Г

., 

Борисов

Р

.

К

. 

Электромагнитная

совместимость

в

электроэнергетике

. 

Новосибирск

: 

НГТУ

, 2017. 196 

с

.

13. 

IEEE 446-1995. Recommended 
Practice for Emergency and Stand-
by Power Systems for Industrial 
and Commercial Applications. URL: 
https://ieeexplore.ieee.org/docu-
ment/653237.

14. 

Менсон

Дж

. 

Решение

проблем

ка

-

чества

электроэнергии

дешевле

, 

чем

терпеть

от

нее

убытки

 // 

Энер

-

гоэксперт

, 2008, 

№

 4(9). 

С

. 49–52.

15. 

Справочник

по

электроснабжению

и

электрооборудованию

промыш

-

ленных

предприятий

и

обществен

-

ных

зданий

. 

Под

общ

. 

ред

. 

С

.

И

. 

Га

-

мазина

, 

Б

.

И

. 

Кудрина

, 

С

.

А

. 

Цы

-

рука

. 

М

.: 

Издательский

дом

МЭИ

, 

2010. 744 

с

.

16. 

Савина

Н

.

В

. 

Надежность

электро

-

энергетических

систем

. 

Уч

. 

посо

-

бие

. 

Благовещенск

: 

Амурский

гос

. 

ун

-

т

, 2014. 194 

с

.

17. 

Вагин

Г

.

Я

., 

Куликов

А

.

Л

. 

Качество

электрической

энергии

в

систе

-

мах

электроснабжения

. 

Анализ

состояния

методов

нормирования

и

контроля

 // 

Электрические

стан

-

ции

, 2019, 

№

 6(1055). 

С

. 54–59.

№

 6 (81) 2023

56

КАЧЕСТВО 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

18. 

Руководство

по

устройству

электро

-

установок

, 2009. Schneider Electric. 

500 

с

.

19. 

ГОСТ

 30804.4.7-2013. 

Совмести

-

мость

технических

средств

элек

-

тромагнитная

. 

Общее

руководство

по

средствам

измерений

и

изме

-

рениям

гармоник

и

интергармо

-

ник

для

систем

электроснабжения

и

подключаемых

к

ним

техниче

-

ских

средств

. URL: https://docs.

cntd.ru/document/1200103652.

20. 

ГОСТ

 30804.4.30-2013. 

Электри

-

ческая

энергия

. 

Совместимость

технических

средств

электромаг

-

нитная

. 

Методы

измерений

пока

-

зателей

качества

электрической

энергии

. URL: https://docs.cntd.ru/

document/1200104665.

21. 

ГОСТ

 33073-2014. 

Электриче

-

ская

энергия

. 

Совместимость

технических

средств

электромаг

-

нитная

. 

Контроль

и

мониторинг

качества

электрической

энер

-

гии

в

системах

электроснабже

-

ния

общего

назначения

. URL: 

https://docs.cntd.ru/document/
1200115349.

22. 

Цапенко

А

.

В

., 

Тухас

В

.

А

. 

Системы

мониторинга

качества

электриче

-

ской

энергии

. 

Проблемы

и

пути

контроля

и

управления

качеством

электроэнергии

в

электроэнерге

-

тике

 // 

Энергонадзор

и

энергобезо

-

пасность

, 2007, 

№

 2. 

С

. 30–39.

23. 

Куликов

А

.

Л

., 

Илюшин

П

.

В

., 

Ва

-

гин

Г

.

Я

., 

Севостьянов

А

.

А

. 

Способ

ана

-

лиза

качества

электрической

энергии

в

трехфазной

системе

промышлен

-

ного

электроснабжения

. 

Патент

 RU 

2741269C1. URL: https://yandex.ru/
patents/doc/RU2741269C1_20210122.

REFERENCES
1.  Dobrusin L.A. Problems of the en-

ergy quality and the power supply in 
Russia // 

Energoekspert

 [Power ex-

pert], 2008, no. 4(9), pp. 30-35. (In 
Russian)

2.  Ded A.V., Sikorskiy S.P., Smirnov P.S. 

Measurement results of the energy 
quality indices in power supply sys-
tems of enterprises and companies // 

Omskiy nauchniy vestnik 

[Omsk 

scienti

fi

 c bulletin], 2018, no. 2(158), 

pp. 60-63. (In Russian)

3. Kulikov A.L., Ilyushin P.V., Va-

gin G. Ya., Sevastyanov A.A. On 
correction of requirements to digital 
processing of current and voltage 
signals in active industrial power 
supply systems // 

Izvestiya RAN. 

Energetika

 [RAN bulletin. Power in-

dustry], 2021, no. 1, pp. 26-38. (In 
Russian)

4. Nikolayev A.A., Kornilov G.P., Khram-

shin T.R. Experimental research 
of electromagnetic compatibility of 
wires in the power supply system 
of an iron and steel works // 

Vestnik 

Magnitogorskogo gosudarstvennogo 
tekhnicheskogo universiteta imeni 
G.I.Nosova

 [Bulletin of Nosov Mag-

nitogorsk State Technical University], 
2016, vol. 14, no. 4, pp. 96-105. (In 
Russian)

5.  Ribeiro P.F., Duke K.A., da Silvei-

ra P.M., Serkeira A.S. Signal pro-
cessing in smart grids. Moscow, 
Tekhnosfera Publ., 2020. 496 p. (In 
Russian)

6. Ovsyannikov A.G., Borisov R.K. 

Electromagnetic compatibility in the 
power industry. Novosibirsk, Novo-
sibirsk State Technical University 
NETI, 2017. 196 p. (In Russian)

7.  State standard GOST 32144-2013. 

Electric energy. Electromagnetic 
compatibility of technical equipment. 
Power quality limits in the public pow-
er supply systems. URL: https://docs.
cntd.ru/document/1200104301.

8.  Vagin G.Ya., Loskutov A.B., Sevostiya-

nov A.A. Electromagnetic compat-
ibility in the power industry. Moscow, 
Akademiya Publ., 2010. 223 p. (In 
Russian)

9. Borisov B.P., Vagin G.Ya. Power 

supply of electromechanical instal-
lations. Kiev: Naukova dumka Publ., 
1985. 245 p.

10. Zhezhelenko I.V., Shidlovskiy A.K., 

Pivnyak G.G. and others. Electro-
magnetic compatibility of customers. 
Moscow, 

Mashinostroyeniye

 [Ma-

chine building], 2012. 351 p. (In Rus-
sian)

11. Shidlovskiy A.K., Borisov B.P., Va-

gin G.Ya. and others. Electromagnet-
ic compatibility of current consumers 
of industrial enterprises. Kiev, Nau-
kova dumka Publ., 1992. 236 p.

12. 

Ovsyannikov A.G., Borisov R.K. 
Electromagnetic compatibility in the 
power industry. Novosibirsk, Novo-
sibirsk State Technical University 
NETI, 2017. 196 p. (In Russian)

13. 

IEEE 446-1995. Recommended 
Practice for Emergency and Stand-
by Power Systems for Industrial 
and Commercial Applications. URL: 
https://ieeexplore.ieee.org/docu-
ment/653237.

14. Menson J. To solve the energy qual-

ity problems is cheaper than to bear 
losses // 

Energoekspert

 [Power ex-

pert], 2008, no. 4(9), pp. 49-52. (In 
Russian)

15. The guide on power supply and the 

electrical equipment of industrial en-
terprises and public buildings. Under 
general editorship of Gamazin S.I., 
Kudrin B.I., Tsyruk S.A. Moscow, 
MPEI Publishing house, 2010. 
744 p. (In Russian)

16. Savina N.V. Reliability of power sys-

tems. Student's guide. Blagovesh-
chensk, Amur State University, 2014. 
194 p. (In Russian)

17. Vagin G.Ya., Kulikov A.L. Energy 

quality in power supply systems. 
Study of normalization and monitor-
ing methods // 

Elektricheskiye stan-

tsii 

[Power plants], 2019, no. 6(1055), 

pp. 54-59. (In Russian)

18. 

Electric installation design guide, 
2009. Schneider Electric. 500 p. (In 
Russian)

19. State standard GOST 30804.4.7-2013. 

Electromagnetic compatibility of 
technical equipment. General guide 
on harmonics and interharmonics 
measuring instruments and mea-
surement, for power supply sys-
tems and equipment connected 
thereto. URL: https://docs.cntd.ru/
document/1200103652.

20. State standard GOST 30804.4.30-

2013.  Electric energy. Electromag-
netic compatibility of technical equip-
ment. Power quality measurement 
methods. URL: https://docs.cntd.ru/
document/1200104665.

21. State standard GOST 33073-2014. 

Electric energy. Electromagnetic 
compatibility of technical equipment. 
Control and monitoring of electric 
power quality in the public power 
supply systems. URL: https://docs.
cntd.ru/document/1200115349.

22. Tsapenko A.V., Tukhas V.A. Energy 

quality monitoring systems. Prob-
lems and methods of energy quality 
monitoring and control in the power 
industry // 

Energonadzor i energo-

bezopasnost'

 [Electrical inspection 

and electrical safety], 2007, no. 2, 
pp. 30-39. (In Russian)

23. 

Kulikov A.L., Ilyushin P.V., Va-
gin G.Ya., Sevostiyanov A.A. A me-
thod of energy quality studying in 
a three-phase industrial power sup-
ply system. Patent RU 2741269C1. 
URL: https://yandex.ru/patents/doc/
RU2741269C1_20210122.