Электромагнитная совместимость в электроэнергетике

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

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

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.