RUS | ENG ДонНТУ> Портал магістрів ДонНТУ

Магістр ДонНТУ Купирева Валерія Ігорівна

АВТОРЕФЕРАТ

За темою магістерської роботи:

«Електромагнітна сумісність в освітлювальних електричних мережах»

Виконала: Купирева Валерія Ігорівна

Руководитель: проф. Дмитрієва Олена Миколаївна

Біографія

ЗМІСТ

Мета й задачі роботи

Актуальність теми

Передбачувана наукова новизна роботи

Плановані практичні результати

Короткий виклад власних результатів

Висновки

Перелік посилань


Мета роботи

Метою роботи є оцінка електромагнітної сумісності (ЕМС) в освітлювальних електричних мережах з різними типами ламп.

Задачі:

  1. Визначення характеристик ламп різних типів.

  2. Оцінка впливу ламп різного типу на якість електроенергії в освітлювальних мережах.

  3. Розробка рекомендацій із забезпечення ЕМС в освітлювальних мережах.

До змісту

Актуальність теми

Актуальність роботи визначається тим, що знаходять усе більше поширення люмінесцентні й компактні люмінесцентні лампи (КЛЛ), у відмінності від ламп накалювання їх використання може приводити до серйозного перекручування сінусоїдальності напруги в мережі. Тому необхідно розробляти методи оцінки впливу КЛЛ на мережу та методи їх впливу.

До змісту

Передбачувана наукова новизна роботи

Передбачувана наукова новизна складається в оцінки впливу ламп різного типу на зір людини по дозі пульсації

До змісту

Плановані практичні результати

Планований практичний результат складається в розробці методу оцінки впливу КЛЛ на освітлювальні мережі.

Огляд досліджень і розробок по темі:

Відхилення та коливання напруги відносяться до перешкод ЕМС, що приходять із електричної мережі. Пульсація освітленості створюється самою лампою, що викликає додаткове стомлення людини. Вона виникає тому, що напруга живлення ламп є зміною. Зміною частоти напруги можна змінити пульсацію. Із цих причин показники пульсації, як і коливань, природно віднести до показників ЕМС.

Пульсація звичайно оцінюється (наприклад, [1],[2]) за коефіцієнтом пульсації у відсотках:

(1)

де Еmax,min и Ес – максимальне, мінімальне й середнє значення освітленості за період пульсації. Далі пульсацію освітленості в (1) будемо позначати малими буквами е тому що вони відносяться до миттєвого, а не діючим значенням.

В [3] нормуються припустимі значення Кп' коефіцієнтів пульсацій у межах від 10 до 20 % – залежно від виду зорової роботи (від високої до дуже малої точності).

В [4] були визначені недоліки коефіцієнта пульсації: він не враховує форму й частоту пульсації. Тому запропонуємо універсальний показник: доза пульсації Ψп освітленості. Доза виміряється в (%)2, що незручно. Тому в [5] був введений коефіцієнт дози пульсації у відсотках.

КΨп=√2Ψп(2)

Структурна схема моделі для оцінювання пульсації [5] показана на мал. 1.1. Миттєві значення пульсації освітленості е надходять на ВФ, що моделює реакцію yп мозку людини на пульсацію. Далі реакція зводиться у квадрат. Квадрат реакції осереднюється кумулятивною ланкою 3 (вікно Дирихле [6]) на інтервалі θ = 10 мин. Тим самим моделюється додаткове стомлення людини, як це експериментально доведено в [7],та починає проявлятися саме через 10 хв після виникнення коливань напруги, а отже, і після появи пульсації.

ВФ повинен мати АЧФ, зворотно пропорційну частоті Κп гармонійної пульсації в межах частот від 100 Гц і вище. Для гармонійної пульсації з амплітудою Kп доза пульсації в (%)2

Ψп=5000Kп22 (3)

Припустимі значення дози й коефіцієнта дози визначаються по припустимих коефіцієнтах пульсації, які віднесені до 100 Гц. У цьому випадку АЧФ дорівнює 1, тому

Ψп'=Kп'2/2 (4)

За змістом блок ВФ не повинен пропускати частоти менш 100 Гц, які є перешкодою для виміру дози. Однак ця обставина не врахована в [5,8].

У загальному випадку доза пульсації у в.о. визначається виразом [9]

PSп=0,1√2σy (5)

а в окремому випадку гармонійної пульсації

PSп=0,1KпAпλп (6)

Припустимі значення доза пульсації PSп' для різних класів зорової роботи:

PSп≤PSп' (7)

визначає технічні вимоги до ЕМС по пульсації: якщо воно порушується, пульсації повинні бути зменшені до припустимого рівня.

Однак навіть при виконанні нерівності (7) зменшення пульсації може виявитися доцільним за умовами продуктивності праці й здоров'я людини. Проведення експериментальних досліджень по встановленню залежностей відповідних показників ЕМС від дози пульсації в завдання магістерської роботи не входить, у зв'язку із чим скористаємося даними, отриманими іншими дослідниками.

Експерименти проводилися в умовах освітлення люмінесцентними лампами при одне-, двох- і трифазному їхньому включенні, тобто при частотах пульсації приблизно 100, 200 і 300 Гц. У цьому випадку є два аргументи: коефіцієнт пульсації Κп та частота пульсації Κп', а також одна функція: продуктивність λп. Однак замість того, щоб результати досліджень представляти у вигляді векторів у тривимірному просторі, звичайно використовуються проекції векторів на одну площину (Κп', Πп') тобто будуються залежності продуктивності від коефіцієнтів пульсації – у вигляді ламаних ліній [10].

Такі залежності не можна вважати коректними, тому що їхні абсциси відносяться до різних частот пульсації. Справді, при тому самому коефіцієнті пульсації вплив пульсації тим менше, чим більше частота.

Для усунення цього принципового недоліку перейдемо від коефіцієнтів пульсації до введеній нами дозі пульсації (6). Оскільки доза враховує вплив як коефіцієнта пульсації, так і частоти, те зазначене тривимірне завдання зводиться до двовимірного: метою є одержання залежностей продуктивності від доз.

Дослідженням продуктивності при різних умовах пульсації займалось велика кількість вчених, як наприклад: Кроль Ц.Е., Черниловская Ф.М., Масекене К.С., Самсонова В.Г., Иванова В.П., Мурашева М.А., Райцельский Л.А.[10-14] и др. Порядок використання досвідчених даних для одержання узагальнюючих залежностей проілюструємо на прикладі результатів дослідження Райцельского Л.А. [11], які наведені в стовпцях 2 і 3 табл.1.1, де Ε – освітленість.

Таблица1.1 - Продуктивність праці при різних коефіцієнтах і частотах пульсації
Разряд, E, лк
Кп',%
Пп',%
Пп,%
λ, Гц
PSп
1
2
3
4
5
6
II, 500
5
100
97,1
300
0,167
11
96,4
93,4
200
0,55
27
95,3
92,5
100
2,7
VII, 300
5
100
99,3
300
0,167
11
99,1
98,4
200
0,55
27
97,8
97,1
100
2,7

На рис. 1.2 показані відповідні залежності продуктивності від коефіцієнта пульсації. Насамперед відзначимо, що значення 100 % продуктивності необґрунтовано віднесено до абсциси 5 %. Згідно фізичного змісту 100 % продуктивності варто віднести до нульової абсциси, коли пульсації відсутні. Тому дослідницькі значення продуктивності (світлі кружки на мал. 1.2) необхідно відповідним чином перерахувати, для чого визначається гіпотетичне значення Πп0' в нулі.

З цією метою продовжимо перші відрізки ламаних уліво (пунктирні лінії). Крапки перетинання відрізків з віссю ординат (темні кружки) дають ці значення. Математично для їхнього визначення необхідно знайти рівняння перших відрізків і дорівняти коефіцієнт пульсації до нуля. Наприклад, для ламаної 1 координати границь першого відрізка становлять (5) и (11). Рівняння прямої, що проходить через ці крапки має вигляд

ПП%=103-0,6KП%

При нульовому коефіцієнті пульсації Πп0'= 103 %. Отже, коефіцієнт перерахування становить 100 / 103.

Зависимости производительности труда от коэффициентов пульсации для разрядов зрительной работы
Рисунок 1.2 – Залежності продуктивності праці від дози пульсації для розрядів зорової роботи: 1 – I і II, 2 – від IV до VII, 3 – III (пропоновані)

Аналогічно перший відрізок ламаної 2 виражається рівнянням

ПП%=100,75-0,15KП% (8)

У цьому випадку коефіцієнт перерахування дорівнює 100 / 100,75.

Скоректовані значення продуктивності (без символу ~ у позначенні) наведені в стовпці 4 табл. 1.1. По коефіцієнтами пульсації й частотам по формулі (6) з урахуванням:

AПП)≈ 100/λП (9)

обчислимо значення доз. Наприклад, значення Κп'= 5 % у табл. 1.1 відноситься до частоти 300 Гц, тому доза пульсації

P=0,1*5*100/300=0,167 (10)

Результати розрахунків доз наведені в стовпці 6 табл. 1.1. Дані стовпців 4 і 6 дають шукані залежності, представлені на мал. 1.3.

Зависимости производительности труда от дозы пульсации для разрядов зрительной работы
Рисунок 1.3 – Залежності продуктивності праці від коефіцієнтів пульсації для розрядів зорової роботи: 1 – II і 2 – VII (по даним [11])

Тому що в [3] припустимі значення коефіцієнтів пульсації для розрядів I і II однакові, , то ламана 1 відноситься до цим двох розрядів. По цій же причині ламану 2 віднесемо до розрядів IV-VII. Відсутню для розряду III ламану одержимо так. Оскільки норма для розряду II дорівнює 10 %, розряду VII - 20 %, а розряду III - 15%, тобто їхній напівсумі, то ламану 3 проведемо посередині між ламаними 1 і 2: при дозах 0; 0,167; 0,55 і 2,7 значення продуктивності складуть 100; 98,2; 95,9 і 94,8 %.

По координатах границь відрізків ламаних знайдемо їх рівняння:

- для розрядів I и II

(11) (4.50)

- для розряду III

(12) (4.51)

- для розрядів IV-VIII

(13) (4.52)

На відміну від некоректних залежностей на рис. 1.2 залежності на рис. 1.3, як і формули [11]-[13], є універсальними, оскільки застосовні для пульсації будь-якого виду й частоти.

Підставивши в отримані формули припустимі значення доз 1; 1,5 і 2, знайдемо, що при виконанні технічної вимоги (7) зменшення продуктивності складе: 6,79% - для розрядів I і II; 4,59 % - для розряду III і 2,5 % - для розрядів IV-VII. Ці цифри свідчать про те, що в багатьох випадках, особливо для розрядів I-III, виконання норм ще не свідчить про прийнятність пульсації за економічними показниками.

Дози пульсації розраховуються по графіках освітленості (або світлового потоку), вираженим в у.о. При обробці осцилограмм варто враховувати ту обставину, що фотодатчики володіют інерційністю, а тому згладжують пульсації. Цю динамічну погрішність необхідно компенсувати.

Оскільки пульсація являє собою періодичний процес, то для корекції доцільно використовувати розкладання в ряд Фур'є. В [15] наведена загальна формула (9) для корекції амплітуд і фаз гармонік. У розглянутому тут завданні обчислення доз пульсації фази гармонік не потрібно ураховувати фазу гармонік, а досить скорегувати діючі значення Εпm' гармонік освітленості, де m - порядок гармоніки. Тому що основна частота пульсації дорівнює 100 Гц, то m-я гармоніка має частоту λпm=100m Гц.

Для m-ой гармоніки коригувальний множник κфm еє величина, зворотна значенню АЧФ Αфλпm фотодатчика. Скореговане діюче значення [9]

Eпm=kфmEпm%=Eпm%/Aфпm) (14)

У паспортних даних фотодатчика звичайно вказується постійна інерції Тф, що дозволяє його моделювати інерційною ланкою з АЧФ, але з одиничним коефіцієнтом передачі. У цьому випадку коригувальний множник

(15)

На вхід ВФ моделі надходить сума гармонік з діючими значеннями (14). На виході також буде сума гармонік, але з діючими значеннями

Yпm=Eпm/Aппm) (16)

де АЧФ ВФ визначається формулою:

Aпп)=AБп)*Aипп) (17)

Стандарт реакції

(18)

Підстановка цього вираження в (5) ) дає дозу пульсації

(19)

Якби пульсація була синусоїдальної із частотою 100 Гц, то оцінки ЕМС по дозі пульсації й коефіцієнту пульсації збігалися б. Наявність гармонік приводить до різних оцінок, оскільки гармоніки розширюють діапазон зміни освітленості без множників, що їх зменшують. Поняття ж дози враховує, що вищі гармоніки в меншій мірі впливають на зорове відчуття: згідно Αп(λп) ≈ 100/λп кожна m-я гармоніка враховується з коефіцієнтом 1/m. Тому відношення дози до її припустимого значення буде менше відносини коефіцієнта пульсації до його припустимого значення. Це дозволяє виявити завищення оцінок ЕМС за коефіцієнтом пульсації в порівнянні з дозою коефіцієнтом завищення

k=(Kї/Kї')/(P/P')=KїP'/Kї'P (20)

При обробці осцилограм виникає питання про кількість mmax гармонік, що враховуються. В [16] ураховуються 40 гармонік, але не вказується необхідний крок Δ дискретизації при осцилографуванні, що забезпечує необхідну точність обчислення сорокової гармоніки.

Науковим керівником запропоновано наступний спосіб оцінки mmax. Якщо на цикл синусоїди 50 Гц доводиться N=0,02/Δ крапок, то на 100 Гц – тільки N/2. Гармоніка повинна відтворюватися не менш чим по 5 крапкам, тому

При перевищенні цього значення виникає неконтрольована погрішність, що збільшується з ростом порядку гармоніки. Корекція ще більше збільшила б ці погрішності.

На рис. 1.4 частково представлені осцилограми e' (t) освітленості від ламп різного виду. Для можливості їхнього зіставлення на кожній осцилограмі за 100 % прийняте відповідне середнє значення освітленості, що однаково як для записаного, так і скорегованого (з урахуванням інерції фотодатчика) графіків.

У досвідах використовувався фотоелемент із постійною часу Тф = 0,0003 с, що була визначена науковим керівником і добре погоджується із зазначеною в [1, с. 47] найменшою тривалістю перехідного процесу 0,001 мс для селенового фотоелемента.

Порядок обробки осцилограм і розрахунку доз пульсації проілюструємо на прикладі КЛЛ8

У досвідах використовувався осцилограф RECON із кроком квантування 0,0001 с. Тому згідно(21) ) ураховуються 20 гармонік. По осцилограмі (рис. 1.4 е) розраховуються діючі значення гармонік (стовпець 3 табл. 4.6). У стовпці 4 наведені значення коригувальних коефіцієнтів, а в стовпці 5 – скореговані згідно (14) діючі значення гармонік, які перевищують дослідницькі значення – тим більше, чим більше частота гармоніки. Значення АЧФ ВФ (стовпець 6) розраховані по формулі (17), а діючі значення реакції ВФ (стовпець 7) – згідно S3(t)=Bz+BSsin2ωλt (22).

Осцилограми освітленості, створюваної лампами ЛН1 (а), ЛЛ2 (б), ЛЛ3 (в), КЛЛ1 (г), КЛЛ3 (д), КЛЛ8 (е)

Рисунок 1.4 – Осцилограми освітленості, створюваної лампами ЛН1 (а), ЛЛ2 (б), ЛЛ3 (в), КЛЛ1 (г), КЛЛ3 (д), КЛЛ8 (е) (у даній анімації використано 25 кадрів, кількість циклів - 10, розмір - 60,9 КБ)

Доза пульсації (19) виявилася рівної 0,78. Оскільки вона менше одиниці, то умова ЕМС (7) виконується для зорових робіт будь-якого виду.

Таблица1.2 - До розрахунку дози пульсації освітленості від КЛЛ8
m
λ, Гц
Eпm%,%
kфm
Eпm,%
Aп
Yпm,%
1
2
3
4
5
6
7
1
100
5,373
1,018
5,468
1,000
5,468
2
200
1,017
1,069
1,087
0,500
0,543
3
300
0,348
1,149
0,400
0,333
0,133
4
400
0,157
1,252
0,197
0,250
0,049
5
500
0,060
1,374
0,083
0,200
0,017
6
600
0,015
1,510
0,023
0,167
0,004
7
700
0,020
1,656
0,032
0,143
0,005
8
800
0,014
1,809
0,025
0,125
0,003
9
900
0,047
1,969
0,093
0,111
0,010
10
1000
0,015
2,134
0,032
0,100
0,003
11
1100
0,028
2,302
0,064
0,091
0,006
12
1200
0,005
2,473
0,013
0,083
0,001
13
1300
0,002
2,647
0,006
0,077
0,000
14
1400
0,051
2,822
0,143
0,071
0,010
15
1500
0,020
2,999
0,059
0,067
0,004
16
1600
0,010
3,177
0,033
0,063
0,002
17
1700
0,020
3,357
0,066
0,059
0,004
18
1800
0,015
3,537
0,053
0,056
0,003
19
1900
0,016
3,718
0,061
0,053
0,003
20
2000
0,004
3,900
0,017
0,050
0,001

Для порівняння виконаємо оцінку EМС за коефіцієнтом пульсації. Із цією же метою по формулі (6) з [15] побудуємо скорегований графік пульсації, що візуально мало відрізняється від вихідного, тому на мал. 1.4 е не показаний. За графіком визначаємо коефіцієнт пульсації, що виявляється рівним 9,8 %. Доза та коефіцієнт пульсації дають якісно однакові оцінки: тому що вони не перевищують відповідні припустимі значення 1 і 10 %, то КЛЛ8 задовольняє нормам для зорових робіт будь-якого розряду. Однак кількісно оцінки ЕМС відрізняються: згідно (20) коефіцієнт пульсації завищує оцінку в 1,26 рази.

По знайденій дозі й виразам (11)-(13) обчислимо продуктивності: 95,3 % – для розрядів I і II, 95,78 % – для розряду III, 98,3 % – для розрядів IV-VIII. Незважаючи на те, що технічна умова (7) дотримується, пульсація приводить до помітного зменшення ΔПп продуктивності: –6,7, –4,22 і –1,7 % відповідно.

Аналогічним чином були розраховані показники ЕМС, які наведені в табл. 1.3

Таблица 1.3-Показники ЕМС по пульсації освітленості
Лампа
PSп
Kп,%
k3п
ΔПп,%
I и II
III
IV-VIII
1
2
3
4
5
6
7
КЛЛ8
0,78
9,8
1,26
-6,7
-4,22
-1,7
ЛН1
1,25
13,6
1,09
-4,46
-2,04
ЛЛ2
1,89
24,9
1,32
-2,43
ЛЛ3
2
3,08
35,7
КЛЛ1
3,67
42,6
1,13
КЛЛ3
0,17
2,95
1,74
-2,93
-1,82
-0,71
Примечание. В пустых строках пульсация недопустима

Пульсація, створювана ЛН1, неприпустима для зорових робіт I і II розрядів, оскільки доза в 1,25 рази перевищує одиницю. Отриманий коефіцієнт пульсації 13,6 % попадає в зазначений в [10] діапазон значень від 10 до 15 %. Коефіцієнт завищення 1,09 найменший із всіх ламп. Це пояснюється тим, що пульсація від ЛН1 близька до синусоїдального.

КЛЛ1 першого покоління та ЛЛ створюють більшу пульсацію. Зненацька з'ясувалося, що й настільна лампа ЛЛ3 непридатна для зорових робіт будь-яких розрядів, а такі лампи широко застосовуються в побуті, проектних, науково-дослідних і навчальних інститутах.

КЛЛ3 створює найменший рівень пульсації в порівнянні з іншими КЛЛ. Велике значення коефіцієнта завищення пояснюється як несиносуїдальністю, так і близькістю фаз вищих гармонік, що практично приводить до підсумовування їхніх амплітуд, а тим самим збільшується діапазон пульсації.

У цей час знаходять все більше застосування КЛЛ, оскільки вони приводять до меншого споживання активної потужності й збільшенню терміну служби. Однак всі ці позитивні властивості КЛЛ не завжди компенсують їхню високу вартість, особливо ламп високої якості. Тому для обґрунтування доцільності КЛЛ необхідно оцінити їхню ефективність із урахуванням електромагнітної сумісності (ЕМС) - комплексно, за всіма показниками.

Для обґрунтування доцільності застосування КЛЛ у кожному конкретному випадку необхідно виконати техніко-економічні розрахунки, у яких ураховуються всі фактори, як позитивні, так і негативні. Паспортні дані КЛЛ дозволяють оцінити економічну ефективність лише частково - шляхом зіставлення більшої різниці вартості з економією, обумовленої меншим споживанням активної енергії й більшим терміном служби.

Методи оцінювання ЕМС дозволяють виконати комплексний аналіз наслідків погіршення ЕМС. Розглянемо відповідніі складові економічної ефективності на прикладі ЛН1, ЛЛ1, КЛЛ3 і КЛЛ8

Таблица 1.4-Граничні зміни параметрів ЕМС при дотриманні норм ДЕРЖСТАНДАРТ 13109-97
Лампа
Pн, Вт
Uн,B
ΔT',%
Ф'п
ΔФ',%
ΔП'%
Uc>1
Uc<1
Накаливания
60
220
-51,1
0,672
-32,3
-8,46
ЛН1
60
230
-8,97
0,5719
-42,8
-12,1
ЛЛ1
20
230
-2,02
0,8686
-13,1
-3,06
КЛЛ1
18
230
-2,02
0,7781
-22,2
-5,45
КЛЛ2
18
230
-2,02
0,7816
-21,8
-5,35
КЛЛ6
15
235
4,41
0,8404
-16,0
-3,78
КЛЛ3
21
230
-2,02
0,8530
-14,7
-3,45
КЛЛ16
11
230
-2,02
0,8756
-12,4
-2,88
КЛЛ15
27
230
-2,02
0,8987
-10,1
-2,32
КЛЛ8
20
230
-2,02
0,9371
-6,29
-1,41

Кондуктивними перешкодами для ламп є відхилення та коливання напруги. При підвищенні напруги термін служби ламп зменшується. При підвищенні напруги термін служби ламп зменшується. У техніко-економічних розрахунках необхідно знати величину терміну служби в одиницях часу, для чого треба врахувати номінальний термін служби. По даним [17], при номінальній напрузі термін служби ЛН дорівнює 1000 год, КЛЛ - 10000 год, а сучасних ЛЛ - від 8000 до 18000 год, тобто в середньому 13000 годин. При допуску в [16] з імовірністю 0,95 відхиленні напруги 5 %, з урахуванням числових значень із четвертого стовпця табл. 4.1, одержимо розрахункові значення термінів служби: для ЛН із номінальною напругою 220 В

Тлн=1000(100-51,1)/100=409 ч (23)

замість 1000 ч, для ЛЛ1

Тлл=13000(100-2,02)/100=12737 ч (24)

замість 13000 ч, для КЛЛ

ТКЛЛ=10000(100-2,02)/100=9798 ч (25)

замість 10000 ч.

По цьому показнику енергозберігаючі лампи в 9798/409=24 рази переверщують ЛН, але трохи уступають ЛЛ, які в 12737/9798=1.3 рази переверщують КЛЛ.

Зниження напруги приводить до зменшення світлового потоку та зменшенню продуктивності праці. Як наслідок з табл. 1.4., КЛЛ мають значні переваги перед ЛН: при КЛЛ3 продуктивність зменшується на 3,45 %, а при КЛЛ8 - усього на 1,41 %, у той час як при ЛН1 - на 12,1 %. КЛЛ і ЛЛ мають близькі показники: якщо при КЛЛ3 зменшення продуктивності переверщує показник для ЛЛ1 на 0,39 %, те при КЛЛ8 - навпаки, зменшення продуктивності на 0,65 % менше, ніж при ЛЛ1.

Дані про зменшення продуктивності праці при наявності коливань напруги в літературі відсутні. На думку наукового керівника, у техніко-економічних розрахунках можна використовувати вирази (11), замінивши в них дозу пульсації на дозу коливань. Це пояснюється тим, що обидва показники відбивають той самий ефект - додаткове стомлення людини.

Розглянемо складові економічної ефективності, пов'язані із завантаженням провідників і втратами активної потужності. Для визначеності аналіз виконаємо на умовному прикладі рівномірного розподілу по фазах 300 ламп КЛЛ3 потужністю по 21 Вт кожна, які по параметрах висвітлення заміняють 300 ЛН потужністю по 100 Вт.

При живленні ЛН струм у нульовому проводі дорівнює нулю, а тому перетин вибирається по струму фази від 100 ламп. У розглянутому випадку

Iπн=10*100/220=45,5 A (26)

а згідно табл. 1.3.7 з [18] потрібен кабель перетином 6 мм2.

При живленні КЛЛ3 перетин необхідно вибирати по струму нульового проводу, що для однієї лампи дорівнює 0,216 А , а для 100 ламп – 21,6 А. У цьому випадку досить мати кабель перетин якого 2,5 мм2. Як і слід було сподіватися, капітальні витрати на мережу при ЛН істотно більше.

Втрати активної потужності від ЛН створюються тільки в трьох фазах, а від КЛЛ – і в нульовому проводі. Сума квадратів струмів трьох фаз при ЛН дорівнює 3· 45.52=6211 А2. Для КЛЛ необхідно врахувати не тільки струм однієї фази, рівний 0,133 А від однієї лампи, тобто 13,3 А від 100 ламп, але й струм у нульовому проводі. У цьому випадку сума квадратів струмів

3*13,32+21,62=997,23 A2 (27)

що в 6,23 рази менше, ніж при ЛН. Однак опір одного проводу при ЛН менше в 6/2.5=2.4 разу, чим при КЛЛ, тому втрати активної потужності при переході до КЛЛ будуть менше тільки в 6.23/2.4=2.6 раза . Таким чином, незважаючи на додаткові втрати потужності від несиносуїдальності й струму зворотної послідовності, втрати при КЛЛ набагато менше, ніж при ЛН.

При рівномірному розподілі по фазах ЛН не створюють несиметрію, у той час як КЛЛ викликають появу напруги нульової послідовності. При нерівномірному розподілі ЛН створюють зворотну послідовність, а КЛЛ - і зворотну, і нульову. Оскільки струм ЛН менше струму КЛЛ, то напруга зворотної послідовності від ЛН більше, ніж від КЛЛ. На відміну від КЛЛ, ЛН не створюють несинусоїдальності напруги.

Показники ЕМС розраховуються в припущенні, що джерело перешкод являє собою джерело струму (по термінології [19]– принцип інваріантності навантажень). Вихідними для розрахунків є струми, розраховані прямим методом. Тут можливі два варіанти їхнього використання. По-перше, по них визначаються діючі значення струмів симетричних складових і вищих гармонік з наступним обчисленням показників ЕМС. По-друге, спочатку розраховуються графіки миттєвих значень втрат напруги, а по них - діючі значення й показники ЕМС.

У першому випадку лінійна напруга зворотної послідовності визначається по відомій формулі (наприклад, (4.1) з [20][16])

U2=√3 IIIzII (28)

у якій опір Zп зворотної послідовності включає опір мережі й трансформатора, які дорівнюють відповідним опорам прямої послідовності [21].

Аналогічно обчислюється й напруга нульової послідовності - по струму й опору нульової послідовності. Відмінність полягає в тому, що опори мережі нульової й прямої послідовності однакові, а трансформаторів - немає [21].

Розрахунок спадань напруги від струмів вищих гармонік обчислюється по відомих формулах (наприклад, (3.2) з [22] [9]), у яких мережа й трансформатор представляються активними опорами, що не залежать від частоти, і індуктивними опорами, прямо пропорційними порядку гармоніки.

При перевірці виконання норм [16] розглянутий традиційний метод дає прийнятні результати. Однак у тих випадках, коли потрібно знати несинусоїдальну складову напруги, метод може давати неконтрольовану погрішність через обмежену кількість гармонік, що враховуються, і неточностей в обчисленні їхніх фаз. У зв'язку із цим тут пропонується наступний загальний метод розрахунку показників ЕМС

Схему заміщення приймемо у вигляді чотирьох джерел струму, активних опорів rΣ провідників і трансформатора, а також відповідних індуктивностей LΣ. Криві втрат напруги визначаються виразами:

(29)

Для зменшення погрішності диференціювання доцільно криві струмів ламп апроксимувати аналітичними виразами, що виходить за рамки магістерської роботи.

По кривих втрат напруги можуть бути обчислені будь-які показники ЕМС як у стаціонарному, так і перехідних режимах - методами, викладеними, наприклад, в [20]. Це дозволяє оцінити збиток від погіршення ЕМС для інших електроприймачів, підключених до мережі [23].

Лампи, у тому числі й ЛН потужністю 60 Вт і менше, створюють більшу пульсацію освітленості. Відповідна складова збитку, обумовлена зменшенням продуктивності праці, розраховується з використанням отриманих формул (11)-(13)

Застосування КЛЛ дає соціальний ефект, оскільки ці лампи зменшують дози коливань напруги й пульсації, поліпшуючи зір. Науковим керівником в [24] запропоновано оцінювати цей ефект у грн. - шляхом обліку страхового внеску на випадок втрати зору.

До змісту

Висновки

Запропонований метод оцінювання несиметрії й несинусоїдальності напруги по кривих втрат напруги (21) є принципово точним і дозволяє забезпечити вірогідність оцінювання ЕМС за цими показниками. Сучасні КЛЛ практично не створюють пульсації освітленості, тому по дозі пульсації вони перебувають поза конкуренцією з іншими видами ламп. Техніко-економічну доцільність застосування КЛЛ необхідно обґрунтовувати не тільки по споживанню активної потужності, терміну служби та вартості ламп, але й по показниках ЕМС - як поліпшуючим, так і упогіршуючим умови ЕМС. Виконані дослідження показали необхідність доповнення існуючих нормативних документів: у п. 3.32 з [25], у п. 4.4 і додатку Е з [3] указати на переважне застосування енергозберігаючих газорозрядних ламп із низьким рівнем пульсації. Оскільки пульсації загрожують здоров'ю людей, особливо школярам, необхідно зажадати, щоб на впакуванні лампи вказувався коефіцієнт пульсації або для яких зорових робіт може застосовуватися лампи.

До змісту

Перелік посилань

  1. Епанешников, М.М. Электрическое освещение / М.М Епанешников. – М.: Энергия, 1973. – 352 с.

  2. Мешков, В.В. Осветительные установки / В.В. Мешков, М.М. Епанешников. – М.: Энергия, 1972. – 360 с.

  3. Державні будівельні норми України. Інженерне обладнання будинків і споруд. Природне і штучне освітлення: ДБН В.2.5.-28-2006. – Київ: Міністерство житлово-комунального господарства України. – Введені в дію 15.05.2006.

  4. Куренный, Э.Г. Оценка качества электроэнергии с использованием моделей объектов / Э.Г. Куренный, В.М. Ковальчук, А.Д. Коломытцев: в кн. «Качество электроэнергии в сетях пром. предприятий. Материалы конференции». – М.: МДНТП, 1977. – С. 23-29.

  5. Куренный, Э.Г. Эффективность применения напряжения повышенной частоты для питания газоразрядных ламп / Э.Г. Куренный, А.Г. Арутюнян: наукові праці ДонНТУ. «Електротехніка і енергетика», випуск 67, 2003. – С. 34-37.

  6. Гутников, В.С. Фильтрация измерительных сигналов / В.С. Гутников. – Л.: Энергоатомиздат, 1990. – 192 с.

  7. Ковальчук, В.М. Методы оценки электромагнитной совместимости электрических сетей и электроприемников с резкопеременной нагрузкой по дозе фликера напряжения [Текст]: дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук / В.М. Ковальчук. – Донецк: ДПИ, 1985. – 186 с.

  8. Шидловский, А.К. Динамические модели электромагнитной совместимости электрических источников света / А.К. Шидловский, Э.Г. Куренный, А.Г. Арутюнян // Техническая электродинамика, 1985, № 3. – С. 12-16.

  9. Курінний, Е.Г. Електромагнітна сумісність. Доза пульсації / Е.Г. Курінний, В.Г. Ленко // Світлотехніка та електроенергетика. – Харків: Харківська нац. академія міського господарства. АН ВШУ, 2005, № 5. – С. 48-53.

  10. Кроль, Ц.Е. Качество промышленного освещения / Ц.Е. Кроль, Е.И. Мясоедова, С.Г. Терешкевич. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 224 с.

  11. Райцельский, Л.А. Роль качества освещения в повышении производительности труда и снижении себестоимости промышленной продукции / Л.А. Райцельский // Светотехника, 1971, № 10. – С. 5-8.

  12. Масекене, К.С. Зрительная работоспособность при питании ламп током повышенной частоты / К.С. Масекене // Светотехника, 1967, № 10. – С. 11-14.

  13. Ильянок, В.А. Влияние пульсирующих источников света на электрическую активность мозга человека / В.А. Ильянок, В.Г. Самсонова // Светотехника, 1963, № 5. – С. 1-5.

  14. Иванова, В.П. Оценка совместного влияния пульсации светового потока и блескости на производительность труда и зрительное утомление. Вопросы техники безопасности. ВНИИОТ ВЦСПС / В.П. Иванова, М.А. Мурашева. – М.: Профиздат, 1982. – С. 78-85.

  15. Куренный, Э.Г. Динамические погрешности осциллографирования электроэнергетических процессов и их коррекция / Э.Г. Куренный, Е.Н. Дмитриева, Н.Г. Вальков // Энергетика и электрификация, 1997, № 3. – С. 33-36.

  16. ГОСТ 13109-97. Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – Введ. в Украине с 01.01.2000.

  17. Пилипчук, Р.В. Электрическое освещение / Р.В. Пилипчук, В.В. Щиренко, Р.Ю. Яремчук. – Тернополь, 2006. – 432 с.

  18. Правила устройства электроустановок. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 640 с.

  19. Дмитриева, Е.Н. Расчет показателей качества напряжения с учетом электрической связи между приемниками / Е.Н Дмитриева, И.В. Пушная // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1982, № 2. – С. 85-93.

  20. Кузнецов, В.Г. Электромагнитная совместимость. Несимметрия и несинусоидальность напряжения / В.Г. Кузнецов, Э.Г. Куренный, А.П. Лютый. – Донецк: Норд-пресс, 2005. – 250 с.

  21. Беляев, А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ / А.В. Беляев. – Л.: Энергоатомиздат, 1988. – 176 с.

  22. Шидловский, А.К. Высшие гармоники в низковольтных электрических сетях / А.К. Шидловский, А.Ф. Жаркин. – Киев: Наукова думка, 2005. – 210 с.

  23. Шидловский, А.К. Повышение качества энергии в электрических сетях / А.К. Шидловский, В.Г. Кузнецов. – К.: Наукова думка, 1985. – 268 с.

  24. Kourennyi, E.G. Электромагнитная совместимость ламп по показателям освещенности / E.G. Kourennyi, V.G. Lenko, D.E. Kourennyi // XXXIV Miedzynarodowa Konferencja: Telecommunication and Safety Systems in Mining. ATI 2006. Sekcji Cybernetyki w Gornictwie KG PAN. – Poland: Szczyrk, 31 May – 2 June 2006. – P. 219-226.

  25. Державні будівельні норми України. Інженерне обладнання будинків і споруд. Проектування електрообладнання об’єктів цивільного призначення: ДБН В.2.5.-23-2003. – Київ: Держкомітет України з будівництва та архітектури, 2004. – 129 с.

  26. Кнорринг Г.М. Осветительные установки.Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд, 1981. - 288 с, ил. http://www.twirpx.com/file/7230/

  27. В.П.Бакалов В.Ф.Дмитриков Б.И.Крук Основы теории цепей ГЛАВА 11. Нелинейные электрические цепи при гармонических воздействиях. http://dvo.sut.ru/libr/tec/499/11.htm

До змісту
Біографія