Электромагнитная совместимость в электроэнергетике
1. Фликер: причины возникновения и нормы в
соответствии сдействующим стандартом
Флинкер - ощущение неустойчивости зрительного
восприятия,вызванное световым источником ,яркость или спектральный состав
которого изменяется во времени.[1]
Это явление визуального физиологического
неудобства, испытываемого пользователями ламп, питаемых общим источником для
освещения и для нагрузки, вызывающей колебания.Колебание освещения проявляется
на лампах НН. При этом нелинейные нагрузки могут быть подключены на любом уровне
напряжения.[6]
В основе этого явления лежат скачкообразные
колебания напряжения сети. В таком определении фликера участвуют только
колебания:
амплитудой < 10 %,
периодом < 1 часа.
Фликер является результатом, главным образом,
скачкообразных колебаний с незначительной амплитудой напряжения питания,
спровоцированных:
- либо колебательным изменением мощности,
вызванным различными приемниками: дуговыми электропечами, сварочными
аппаратами, двигателями и т.д.,
- либо включением и отключением мощных нагрузок:
пуск двигателей, ступенчатое регулирование конденсаторных батарей и т.д.
Доза фликера - это мера восприимчивости человека
к воздействию колебаний светового потока, вызванных колебаниями напряжения в
питающей сети, за установленный промежуток времени.
Стандартом устанавливается
кратковременная () и
длительная доза фликера()
(кратковременную определяют на интервале времени наблюдения, равном 10 мин,
длительную на интервале - 2 ч). Исходными данными для расчета являются уровни
фликера, измеряемые с помощью фликерметра - прибора, в котором моделируется
кривая чувствительности (амплитудно-частотная характеристика) органа зрения
человека.
Основным документом,
регламентирующим требования к устройству и функциональности фликерметров,
является стандартГОСТ Р 51317.4.15-12.[3]
Целью стандарта являются обеспечение
основными сведениями, необходимыми для конструирования и изготовления приборов
аналогового или цифрового типа.
КЭ по дозе фликера соответствует
требованиям стандарта, если кратковременная и длительная дозы фликера,
определенные путем измерения в течении 24 ч или расчета, не превышают предельно
допустимых значений: для кратковременной дозы фликера - 1,38 и для длительной -
1,0 (при колебаниях напряжения с формой, отличающейся от меандра) .
Предельно допустимое значение для
кратковременной дозы фликера в точках общего присоединения потребителей
электроэнергии, располагающих лампами накаливания в помещениях, где требуется
значительное зрительное напряжение, равно 1,0, а для длительной - 0,74, при
колебаниях напряжения с формой, отличающейся от меандра.[6]
Рисунок 1-Колебания напряжения
произвольной формы (а) и имеющие форму меандра(б).
. Влияние несимметрии напряжений на
работу электрооборудования
Каждый приемник электроэнергии
спроектирован для работы при номинальном напряжении и должен обеспечивать
нормальное функционирование при отклонениях напряжения от номинального на
заданную ГОСТ величину. При изменении напряжения в пределах этого рабочего
диапазона могут изменяться значения выходного параметра приемника
электроэнергии, например температура в электротермической установке,
освещенность у электроосветительной установки, полезная мощность на валу
электродвигателя и т.д.[6]
Одновременно с изменением выходных
параметров, а в ряде случае даже когда выходные параметры не изменяются,
изменение напряжения приводит к изменению потребляемой приемником
электроэнергии мощности.
Работа электротермических установок
при значительном снижении напряжения существенно ухудшается, так как
увеличивается длительность технологического процесса.
Печи сопротивления прямого и
косвенного действия имеют мощности до 2000 кВт и подключаются к сети
напряжением 0,38 кВ, коэффициент мощности близок к 1,0. Регулирующий эффект
активной нагрузки печей сопротивления равен 2. Повышение напряжения приводит к
перерасходу электроэнергии.
Индукционные плавильные печи
промышленной частоты и повышенной частоты представляют собой трехфазную
электрическую нагрузку «спокойного» режима работы. Печи повышенной частоты
питаются от вентильных преобразователей частоты, к которым подводится
переменный ток напряжением 0,4 кВ. Индукционные печи имеют низкий коэффициент
мощности: от 0,1 до 0,5.
Вентильные преобразователи обычно
имеют систему автоматического регулирования постоянного тока путем фазового
управления. При повышении напряжения в сети угол регулирования автоматически
увеличивается, что приводит к увеличению потребления мощности преобразователем.
Регулирующие эффекты нагрузки для ртутно-выпрямительного агрегата с
электролизером для активной мощности 3,5; для реактивной мощности 7,6.
Электросварочные установки
переменного тока дуговой и контактной сварки представляют собой однофазную
неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким коэффициентом мощности: 0,3
- для дуговой сварки и 0,7 - для контактной. При снижении напряжения до 0,9UНОМ
время сварки увеличивается на 20 %, а при выходе его за пределы (0,9...
1,1)UНОМ возникает брак сварных швов.
Электрохимические и электролизные
установки работают на постоянном токе, который получают от преобразовательных
подстанций, выпрямляющих трехфазный переменный ток. Коэффициент мощности
установок 0,8... 0,9. Работа электролизных установок при пониженном напряжении
приводит к снижению производительности, а повышение напряжения - к
недопустимому перегреву ванн электролизера.
Конденсаторные установки при
несимиетрии напряжений неравномерно загружаются реактивной мощностью по фазам,
что делает невозможным полное использование установленной конденсаторной
мощности. Кроме того, конденсаторные установки в этом случае усиливают уже
существующую несимметрию, так как выдача реактивной мощности в сеть в фазе с
наименьшим напряжением будет меньше, чем в остальных фазах (пропорционально
квадрату напряжения на конденсаторной установке).
Несимметрия напряжений значительно
влияет и на однофазные ЭП, если фазные напряжения неравны, то, например, лампы
накаливания, подключенные к фазе с более высоким напряжением, имеют больший
световой поток, но значительно меньший срок службы по сравнению с лампами,
подключенными к фазе с меньшим напряжением. Несимметрия напряжений усложняет
работу релейной защиты, ведет к ошибкам при работе счетчиков электроэнергии и
т. д.[6]
. Основные направления снижения
несинусоидальности напряжения
Несинусоидальность напряжения -
искажение синусоидальной формы кривой напряжения.
Электроприёмники с нелинейной
вольтамперной характеристикой потребляют ток, форма кривой которого отличается
от синусоидальной. А протекание такого тока по элементам электрической сети
создаёт на них падение напряжения, отличное от синусоидального, это и является
причиной искажения синусоидальной формы кривой напряжения.
Например, полупроводниковые
преобразователи потребляют ток трапециевидной формы, образно говоря -
выхватывают из синусоиды кусочки прямоугольной формы.[5]
Рисунок 2- Искажение синусоидальной
формы кривой напряжения.
% электроэнергии преобразуется и
потребляется на постоянном напряжении. Источниками несинусоидальности
напряжения являются: статические преобразователи, дуговые сталеплавильные и
индукционные печи, трансформаторы, синхронные двигатели, сварочные установки,
газоразрядные осветительные приборы, офисная и бытовая техника и так далее.
Влияние несинусоидальности
напряжения на работу электрооборудования:
Фронты несинусоидального напряжения
воздействуют на изоляцию кабельных линий электропередач, учащаются однофазные
короткие замыкания на землю. Аналогично кабелю, пробиваются конденсаторы.
В электрических машинах, включая
трансформаторы, возрастают суммарные потери.
Так, при коэффициенте искажения
синусоидальной формы кривой напряжения KU =10 % суммарные потери в сетях
предприятий, крупных промышленных центров, сетях электрифицированного
железнодорожного транспорта могут достигать 10...15 %.
Возрастает недоучёт электроэнергии,
вследствие тормозящего воздействия на индукционные счётчики гармоник обратной
последовательности.
Неправильно срабатывают устройства
управления и защиты.
Выходят из строя компьютеры.
Мероприятия по снижению
несинусоидальности напряжения:
Аналогично мероприятиям по снижению
колебаний напряжения <#"871986.files/image005.gif">
Рисунок 3-Фильтрокомпенсирующее
устройство (ФКУ).
Задание
В таблице приведены действующие
значения гармонических составляющих, содержащихся в кривой анализируемого
напряжения (столбцы 3 - 10), а также номинальное напряжение в сети (столбец 2).
Требуется:
.Рассчитать коэффициенты
гармонических составляющих напряжения.
.Построить спектр напряжения.
.Рассчитать суммарный коэффициент
гармонических составляющих напряжения.
. Рассчитать действующее значение
кривой напряжения.
.Сравнить рассчитанные показатели с
нормируемыми значениями и сделать вывод о соответствии анализируемого
напряжения требования стандарта.
. Сравнить рассчитанное значение
напряжения с номинальным значением и дать заключение о соответствии отклонения
напряжения требованиям ГОСТ 32144-2013.
Таблица 1- Вариант задания
№
варианта
|
Uном,
В
|
U1,
В
|
U3,
В
|
U5,
В
|
U7,
В
|
U9,
В
|
U11,
В
|
U13,
В
|
U15,
В
|
8
|
380
|
370
|
0
|
17
|
1
|
2
|
0,7
|
0,1
|
Решение.
Коэффициент n-ой гармонической составляющей
напряжения рассчитывается как отношение действующего значения n-й гармоники к
действующему значению первой гармоники
(1)
Коэффициенты гармонических составляющих
напряжения в соответствии с (1) будут равны:
Используя полученные значения
коэффициентов, построим спектр напряжения (рисунке 4).
Рисунок 4- Спектр напряжения.
С помощью формулы (2) найдем, что
суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения.
(2)
По формуле (3) рассчитаем
действующее значение кривой напряжения.
(3)
Проанализируем полученные результаты
на предмет их соответствия требованиям ГОСТ 32144-2013[4] на качество
электроэнергии. Для этого внесем их в таблицу 2, в которой приведены также нормируемые
значения показателей. Соответствие параметра отмечено знаком (+),
несоответствие - знаком (-).
Таблица 2- Нормируемые значения
показателей
Показатель
|
K3,
В
|
K5,
В
|
K7,
В
|
K9,
В
|
K11,
В
|
K13,
В
|
K15,
В
|
Нормируемое
значение
|
5
|
6
|
5
|
1,5
|
3,5
|
3,0
|
0,3
|
Измеренное
значение
|
0
|
4,59
|
3,24
|
0,27
|
0,54
|
0,19
|
0,027
|
Результат
сравнения
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
Вывод: Коэффициенты гармоник, а также суммарный
коэффициент гармоник не превышают нормируемые значения. Вследствие этого
анализируемая кривая напряжения соответствует требованиям ГОСТ 54149-2013 на
качество электроэнергии.
Список использованных источников
фликер несимметрия напряжение
электрооборудование
Артюхов,
И.И. Электромагнитная совместимость и качество электроэнергии: учеб. пособие /
И.И. Артюхов, И.И.А.Г. Сошинов, Бочкарева.-Волгоград:ВолгГТУ,2015.-112с.
Вагин
Г.Я. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике: учебник / Г.Я. Вагин,
А.Б. Лоскутов, А.А. Севостьянов. - М.: Издательский центр «Академия», 2010. -
224 с.
ГОСТ
Р 51317.4.15-12.Совместимость технических средств электромагнитная. Фликерметр.
Функциональные и конструктивные требования. - М.:Стандартинформ,2014.-39 с.
ГОСТ
32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств
электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах
электроснабжения общего назначения. - М.:Стандартинформ, 2012. - 20 с.