Электромагнитная совместимость в электрических сетях

УДК 621.311:621.391.82(075.8)
ББК 31.279я73
 
Ж43

Ре ц е н з е н т ы: кафедра «Электроснабжение» УО «Белорусский государственный аграрный технический университет» (заведующий кафедрой 
кандидат технических наук, профессор Г.И. Янукович); заведующий кафедрой «Электроснабжение» УО «Гомельский государственный технический 
университет им. П.О. Сухого» кандидат технических наук, доцент О.Г. Широков

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги 
или любой ее части не может быть осуществлено без разрешения издате льства

ISBN 978-985-06-2184-9 
© Жежеленко И.В., Короткевич М.А.,
 
2012
 
© Оформление. УП «Издательство
 
“Вышэйшая школа”», 2012

ÏÐÅÄÈÑËÎÂÈÅ

Система электроснабжения должна строиться таким образом, чтобы потребители электрической энергии имели возможность надежного получения питания требуемого качества. 
Обеспечить же надлежащее качество электроэнергии весьма 
затруднительно в связи с тем, что все электротехнические 
устройства создают влияющие друг на друга электромагнитные помехи и подвержены (особенно расположенные на открытом воздухе) воздействию атмосферных и геомагнитных 
явлений.
Прогресс в области силовой преобразовательной техники 
и электротехнологии, приведший к широкому внедрению 
в промышленное электроснабжение мощных вентильных преобразователей, электродуговых сталеплавильных печей, электросварочных установок с существенно нелинейными вольтамперными характеристиками, обусловил появление значительных электромагнитных помех, приводящих к искажению 
синусоидальности формы кривых напряжения и тока, несимметрии напряжений.
Элементы электроэнергетических систем (линии электропередачи, трансформаторные подстанции и распределительные устройства с коммутационными аппаратами, средства автоматизации, управления, релейной защиты и связи) также являются источником электромагнитных помех. Поэтому повышение качества и надежности электроснабжения потре бителей 
является важнейшей научно-технической задачей, рассматриваемой в плоскости электромагнитной совместимости элементов, предназначенных как для производства, передачи, распределения электроэнергии, так и для превращения ее в энергию 
других видов.
Дисциплина «Потребители электроэнергии и электромагнитная совместимость» читается студентам учреждений высшего образования электроэнергетических специальностей 
в седьмом семестре в соответствии с имеющимися учебными 
программами. Учебников и учебных пособий по данной дисциплине в настоящее время нет.
Намерение авторов подготовить пособие по повышению 
качества электроснабжения и эффективности эксплуатации 
электрических сетей было в свое время отражено в рабочей 

программе научно-технического сотрудничества Белорусского 
национального технического университета (профессор М.А. Короткевич) и Приазовского государственного техничесого университета (г. Мариуполь, Украина; профессор И.В. Жежеленко), составленной в соответствии с договором о партнерстве, 
сотрудничестве и научном обмене между университетами 
на 2002–2010 гг.
Авторы сочли нужным изложить материал пособия в такой 
последовательности: требования к качеству электрической 
энергии в соответствии с действующим ГОСТ 13109–97; источники естественных и искусственных электромагнитных 
помех как в электрических сетях, так и в системах электроснабжения, их влияние на электрооборудование, системы защиты и автоматики; средства защиты электроустановок от перенапряжений и оценка влияния электромагнитных помех 
на окружающую среду и организм человека.
Данное учебное пособие будет полезно при изучении дисциплин «Качество и надежность электроснабжения», «Электромагнитная совместимость», преподаваемых студентам учреждений высшего образования электроэнергетических специальностей, а также магистрантам, аспирантам и инженерам, 
занятым проектированием и эксплуатацией электри ческих сетей и систем электроснабжения.
Авторы выражают благодарность ведущему инженеру кафедры «Электрические системы» Белорусского национального технического университета Е.А. Заборской за большой труд 
по подготовке рукописи пособия.
Авторы признательны рецензентам – коллективу кафедры 
«Электроснабжение» Белорусского государственного аграрного 
технического университета (особенно профессору Г.И. Яну ковичу) и заведующему кафедрой «Электроснабжение» учреждения образования «Гомельский государственный технический 
университет им. П.О. Сухого» кандидату технических наук, доценту О.Г. Широкову – за ценные советы и конкретные замечания, которые способствовали улучшению пособия.
Все отзывы и пожелания просьба направлять по адресу: 
издательство «Вышэйшая школа», пр. Победителей, 11, 
220048, Минск.

Авторы

ÂÂÅÄÅÍÈÅ

Под совместимостью субъектов различных видов деятельности или процессов понимают комфортное существование 
каждого из них при отсутствии недопустимого влияния 
на другие субъекты. В системах электроснабжения электрооборудование, приборы, аппараты и другие устройства находятся в общей для них электромагнитной среде, причем любое из устройств является источником (генератором) электромагнитных помех (ЭМП), и в то же время на него воздействуют помехи, создаваемые другими источниками.
В общем случае электромагнитная помеха характеризуется как воздействие, искажающее основной сигнал и нежелательно влияющее (или могущее влиять) на него. Основной 
сигнал – это полезный сигнал, определяемый принципом действия электроприемника, его системы управления и защиты.
Электромагнитные помехи можно разделить на две основные группы: естественные и искусственные. Естественные 
помехи создаются грозовыми разрядами и геомагнитными явлениями. Возникновение искусственных помех обусловлено 
работой электрооборудования, воздушных и кабельных линий 
электропередачи, силовых трансформаторов, электронной и 
другой аппаратуры управления и контроля. Искусственные 
помехи могут возникать и в аварийных режимах, например 
при коротких замыканиях, а также при разряде статического 
электричества.
Распространение электромагнитных помех возможно либо 
в пространстве (так называемые помехи излучения), либо 
в проводящих средах (кондуктивные помехи). Кондуктивные 
помехи, характерные для электрических сетей и систем электроснабжения, распространяются по проводам, кабелям, шинопроводам, проводящим конструкциям, а также в электролите, различных расплавах и других аналогичных средах.
Электрическая сеть и система электроснабжения предприятия являются электромагнитной средой, в которой имеет место генерирование, распространение и воздействие электромагнитных помех на электроприемники. Поэтому возникает 
задача их электромагнитной совместимости, под которой 
понимается способность электрооборудования, аппаратов 
и приборов нормально функционировать в электромагнитной 

среде, не создавая недопустимых помех для другого оборудования, функционирующего в той же среде.
Преобладающие кондуктивные электромагнитные помехи 
в сетях трехфазного переменного тока определяются искажениями синусоидальной формы кривых напряжения и тока, 
действующего значения напряжения (отклонения, колебания 
и несимметрия напряжения), провалами и импульсами напряжения. Значения помех принято называть показателями 
электромагнитной совместимости или показателями качества электроэнергии.
Качество электроэнергии – это совокупность ее свойств, 
определяющих воздействие на электрооборудование, приборы 
и аппараты и оцениваемое показателями качества электроэнергии, численно характеризующими уровни электромагнитных помех по частоте, действующему значению напряжения, 
форме его кривой, симметрии и импульсам напряжения. Это 
определение качества электроэнергии как товара соответствует понятию качества продукции как совокупности свойств, 
обусловливающих пригодность продукции к удовлетворению 
определенных потребностей согласно показателям качества 
электроэнергии, которые установлены нормативными документами.
Энергосистема, предназначенная для производства, передачи, распределения электроэнергии и превращения ее в энергию других видов, содержит большое количество источников 
электромагнитных помех: линии электропередачи, распределительные устройства (подстанции) с коммутационными аппаратами, шинопроводы, кабели, электроприемники, технические средства автоматизации, управления, защиты и связи.
Установившиеся электромагнитные процессы, характеризуемые помехами с частотой от нескольких герц до 100 ГГц, 
создаются всеми энергетическими установками, воздушными 
и кабельными линиями электропередачи всех номинальных 
напряжений, устройствами электроснабжения переменного 
и многофазного напряжения, выпрямительными приборами 
и устройствами, коллекторными и коммутационными системами электрических машин, люминесцентными лампами, 
коммутационными сетевыми устройствами, компьютерными 
системами, диатермическими устройствами, установками индукционного нагрева, сварки, устройствами радиосвязи, радиопереговорными аппаратами, системами радиоуправления, переносными телефонами и т.д.

Переходные (аварийные) электромагнитные процессы, вызываемые короткими замыканиями в системах электроснабжения, коммутационными переключениями, создают переходные электромагнитные помехи в виде колебательных и апериодических помех с широким частотным спектром.
Электротехнические установки и технические устройства 
не только являются источниками электромагнитных помех, 
но и подвергаются разнообразным внешним и внутренним 
электромагнитным воздействиям в аварийных и нормальных 
режимах. При этом в сети высшего напряжения могут возникать затухающие колебания с частотой в сотни килогерц и перенапряжения, во много раз превышающие номинальное напряжение, приводящие к перенапряжениям до 15 кВ на стороне напряжения 0,38 кВ. К наиболее интенсивным помехам, 
опасным для дискретных средств автоматики в устройствах 
на напряжение 0,38 кВ, относятся электромагнитные помехи, 
создаваемые при коммутации индуктивных цепей. Эти помехи тем интенсивнее, чем синхроннее срабатывают контуры 
устройств.
В случае превышения нормируемых уровней электромагнитные помехи могут привести к нарушению помехоустойчивости технических средств (в частности, устройств микропроцессорной релейной защиты) на электростанциях и подстанциях.

1. ÒÐÅÁÎÂÀÍÈß Ê ÊÀ×ÅÑÒÂÓ 
ÝËÅÊÒÐÈ×ÅÑÊÎÉ ÝÍÅÐÃÈÈ

1.1. Íîðìèðóåìûå ïîêàçàòåëè êà÷åñòâà 
ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè

Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения установлены Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации стран СНГ и нашли отражение в ГОСТ 13109–97, составленном на основе ранее действовавших стандартов 1967 
и 1987 гг.
В соответствии с данным ГОСТом различают следующие 
показатели качества электроэнергии:
1) установившееся отклонение напряжения (δUyст, %);
2) размах изменения напряжения (δUt, %);
3) доза фликера (Рt, отн. ед.);
4) коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения (kU, %);
5) коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения (kU(n), %);
6) коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности (k2U, %);
7) коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности (k0U, %);
8) длительность провала напряжения (Δtпр, с);
9) импульсное напряжение (Uимп, В, кВ);
10) коэффициент временного перенапряжения (kперU, отн.ед.);
11) отклонение частоты (Δf, Гц).
Показатели 2 и 3 характеризуют колебания напряжения, 4 
и 5 – несинусоидальность напряжения, 6 и 7 – его несимметрию.
Нормы качества электроэнергии бывают нормально допустимыми и предельно допустимыми.
Принципы нормирования показателей качества напряжения основываются на технико-экономических предпосылках 
и состоят в следующем:
 • качество напряжения имеет энергетический смысл, т.е. 
характеризует мощность (энергию) искажения кривой напряжений; 

• степень отрицательного воздействия энергии искажения 
на электрооборудование и технологические процессы соизмеряется со значением качества напряжения;
 • предельно допустимые значения показателей качества 
электроэнергии выбираются из технико-экономических соображений;
 • показатели качества электроэнергии нормируются в течение определенного интервала времени с заданной вероятностью для получения достоверных и сопоставимых значений;
 • допустимые значения показателей качества электроэнергии указываются на зажимах электроприемников и в узлах 
электрических сетей.
Ниже приведены допустимые значения названных показателей качества электроэнергии, выражения для их определения и области применения. В течение 95% времени суток 
(22,8 ч) показатели качества электроэнергии не должны выходить за пределы нормально допустимых значений, а в течение 
всего времени, включая послеаварийные режимы, они не 
должны превышать предельно допустимых значений. Контроль качества электроэнергии в характерных точках электрических сетей осуществляется персоналом электрических сетей. При этом длительность измерения показателя качества 
электроэнергии должна составлять не менее суток, т.е. 24 ч.

1.2. Óñòàíîâèâøååñÿ îòêëîíåíèå íàïðÿæåíèÿ

Вследствие изменения нагрузок во времени, уровня напряжений в центрах питания и других факторов изменяется значение падения напряжения в элементах сети, а следовательно, 
и уровень напряжения в узлах схемы сети. В результате оказывается, что в различных точках сети в один и тот же момент 
времени, а в одной точке – в различные моменты отклонения 
напряжения различны.
Установившееся отклонение напряжения определяют по 
формуле

δU
U
U

U
y
100%
=
−
⋅
,

где Uy – усредненное значение действующего междуфазного 
(фазного) напряжения прямой последовательности основной 

частоты за интервал времени 60 с, кВ; Uном – номинальное линейное (фазное) напряжение, кВ.
Значение Uy есть результат усреднения N наблюдений 
(N ≥ 18) за интервал времени 60 с, т.е.

U
U

N

i
i

N

y

1
1
=
=∑
2

,

где U1i – действующее значение каждого междуфазного (фазного) напряжения прямой последовательности основной частоты при i-м измерении.
Значение

U
U
U
U
i
ABi
ACi
BCi
1
1
3
=
+
+
(
),

где UABi, UACi, UВСi – действующие значения междуфазных напряжений основной частоты.
Качество напряжения считается соответствующим ГОСТу, 
если все измеренные значения δUy находятся в интервале, 
ограниченном предельно допустимыми значениями (±10%), 
а не менее 95% измеренных значений δUy – в интервале, ограниченном нормально допустимыми значениями (±5%).

1.3. Ðàçìàõ èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ è äîçà ôëèêåðà

К колебаниям напряжения относят быстрые изменения 
действующего значения напряжения, происходящие со скоростью не менее 1…2% в секунду. Колебания напряжения характеризуются размахом изменения напряжения, частотой повторения, длительностью или интервалами между следующими друг за другом изменениями напряжения, интенсивностью 
мигания ламп, оказывающего раздражающее воздействие 
на зрение человека (интенсивность фликера).
Размах изменения напряжения представляет собой интегральную характеристику колебаний напряжения и определяется как разность между действующими значениями напряжения до (Ui) и после (Ui + 1) одиночного изменения напряжения: