Реферат за темою "Вплив вищих гармонік на конденсаторні батареї"


Вступ. Обґрунтування актуальності

ЕМС - здатність електроприймача (приймача) нормально функціонувати в навколишньому електромагнітнім середовищі й не вносити в це середовище перешкод, неприпустимих для інших приймачів. Стосовно до задач електропостачання під електромагнітним середовищем розуміється мережа електропостачання, до якої підключена група приймачів.

Проблема ЕМС у певному змісті аналогічна проблемі охорони навколишнього середовища: зростання потужностей електроприймачів і інтенсифікація режимів їх роботи приводять до спотворення параметрів електричної енергії, що, у свою чергу, негативно позначається на режимах роботи інших електроприймачів мережі. Забезпечення ЕМС зв'язане зі значними витратами, що обумовлюють високі вимоги, пропоновані до точності й обґрунтованості методів оцінки ЕМС у мережах електропостачання.

Забезпечення електромагнітної сумісності є одним з основних вимог до систем електропостачання. Завищення оцінок ЕМС приводить до необґрунтованого збільшення капіталовкладень, а заниження – до збитку від додаткових втрат електроенергії, зниження терміну служби електроустаткування, погіршення якості продукції. У зв'язку із цим високі вимоги пред'являються до обґрунтованості й точності методів оцінювання ЕМС як на стадії проектування, так і в експлуатації систем електропостачання.

У даній роботі ЕМС буде розглядатися тільки з позиції несинусоїдальності напруги. Несинусоїдальні режими несприятливо позначаються на роботі силового електроустаткування, систем релейного захисту, автоматики, телемеханіки й зв'язку. Виникаючі в результаті впливи вищих гармонік економічні збитки обумовлені, головним чином, погіршенням енергетичних показників, зниженням надійності функціонування електричних мереж і скороченням терміну служби електроустаткування. А тому що кількість нелінійних навантажень безперервно росте, то проблема впливу несинусоїдальності на електроустаткування з кожним роком стає усе більш гострою.

Особливо сильний вплив вищі гармоніки надають на конденсатори. Викривлення форми кривої напруги помітно позначається на виникненні й протіканні іонізаційних процесів у діелектриках. При наявності газових включень в ізоляції виникає іонізація, сутність якої полягає в утворенні об'ємних зарядів і наступної їх нейтралізації. Нейтралізація зарядів пов'язана з розсіюванням енергії, наслідком якого є електричний, механічний і хімічний вплив на навколишній діелектрик. У результаті розвиваються місцеві дефекти в ізоляції, що приводить до зниження її електричної міцності, зростанню діелектричних втрат і, в остаточному підсумку, до скорочення терміну служби. Також при несинусоїдальній напрузі на затискачах батареї конденсаторів у діелектрику з'являються додаткові активні втрати, обумовлені вищими гармоніками. В умовах промислових підприємств, як правило, конденсатори, періодично виявляються в режимі, близькому до резонансу струмів на частоті якої-небудь із гармонік; внаслідок систематичних перевантажень вони швидко виходять із ладу.

Як видне з вищесказаного, конденсаторні установки - одні з найбільш чутливих до несинусоїдальності електроапарати, тому вивчення впливу на них вищих гармонік є дуже актуальною проблемою.

Огляд існуючих методів вирішення задачі. Передбачувана наукова новизна

Електромагнітні перешкоди, що поширюються по елементах електричної мережі, називаються кондуктивними. Тому що в роботі розглядаються тільки несинусоїдальність напруги, то термін перешкода будемо відносити до викривлень синусоїди.

Несинусоїдальність напруги є найпоширенішої кондуктивною перешкодою ЕМС. У більшості публікацій оцінювання цих перешкод проводиться для окремих випадків періодичних викривлень кривої напруги. Однак у діючих мережах перешкоди являють собою випадкові процеси, що вимагає розробки загальних методів аналізу.

Наукова новизна даної роботи полягає у тому, що це завдання вирішується в рамках концепції динамічного моделювання наслідків впливу перешкоди на конденсаторну установку. Універсальність такого підходу обумовлена відсутністю обмежень по типу перешкоди (на вхід моделі можуть бути подані випадкові, періодичні або постійні процеси).

Розглянемо також можливі моделі заміщення КУ.

Простейшей моделью КУ является идеальная емкость C. Ее обычно применяют в тех случаях, когда искажения синусоиды происходят в сравнительно небольшом частотном диапазоне

Наприклад: в [4] число гармонік, що враховуються, рівно 40, що відповідає максимальній частоті 2000Гц. У цьому діапазоні така проста модель цілком припустима.

У проектуванні використовуються розрахункові графіки перешкод із прямокутними провалами в синусоїді. У цьому випадку ідеальна ємність не може бути використана, тому що похідна вертикального стрибка дорівнює нескінченності. У зв'язку із цим використовуються динамічні моделі конденсаторів.

Оскільки одержати точний математичний опис такої системи досить складно, тому часто користуються спрощеними динамічними моделями, заснованими на еквівалентній схемі конденсатора, відповідної до фізичної сутності процесів, що протікають у ньому. Відповідно до [5-8] схема заміщення конденсатора має вигляд, представлений на рис. 1.

Тут: r - активний опір струмоведучих частин; L - еквівалентна індуктивність конденсатора, приблизно рівна сумі індуктивностей виводів, сполучних шинок і власної індуктивності секції; R, C - відповідно активний і ємнісний опори діелектрика.

Рисунок 1 - Cхема заміщення конденсатора

Представлена динамічна модель може бути використана в даній роботі. Разом з тим, також передбачається розглянути більш складні моделі.

Цілі й завдання роботи

Метою роботи є створення динамічної моделі КУ для оцінки впливу несинусоїдальності напруги.

Дана модель може бути реалізована, наприклад, у програмнім середовищі Mathlab. Зокрема, за допомогою вбудованої бібліотеки візуального моделювання Simulink.

Весь процес моделювання умовно можна розділити на два етапи.

Перший - це визначення частотних характеристик і передатної функції модельованою системи.

Другий етап - моделювання системи на основі передатної функції.

На першому етапі для визначення передатної функції моделі КУ була виконана реалізація схеми заміщення КУ у відповідності зі структурними схемами, наведеними в [2]. На рис. 2 показана комп'ютерна схема заміщення КУ із шістьма "серіесними" ланцюгами. Схема набирається із блоків Series RLC Branch, у властивостях яких задаються параметри елементів.

Комп'ютерна реалізація схеми заміщення КУ
Рисунок 2 - Комп'ютерна реалізація схеми заміщення КУ
(анімація виконана в програмі GIF Animator, кількість кадрів - 6, повторів - ∞)

За допомогою програми, написаної в середовищі Mathlab, передбачається управляти даною моделлю:

  • задавати початкові умови;
  • змінювати вид графіка перешкоди.

Для одержання якого-небудь параметра режиму необхідно в схемі заміщення підключити відповідний вимірювальний блок.

Передбачувана практична цінність

Отриману динамічну модель передбачається використовувати для оцінки несприятливого впливу вищих гармонік на КУ (зростання втрат активної потужності, зниження терміну служби).

Висновок

  1. Викривлення форми кривій напруги надають істотний негативний вплив на КУ
  2. Існуючі методи оцінки цих впливів не є універсальними.
  3. Потрібна універсальна модель із можливістю завдання параметрів КУ й виду перешкоди.

Тут представлений не остаточний варіант реферату. Дослідження з даної теми тривають. Остаточний варіант роботи можна отримати у автора або наукового керівника після грудня 2010 року.

Література

  1. Введение в статическую динамику систем электроснабжения/ Шидловский А.К., Куренный Э.Г. - Киев: Наукова думка, 1984. – 273 с.
  2. Электромагнитная совместимость электроприемников промышленных предприятий/ Под ред. А.К. Шидловского. - Киев: Наукова думка, 1992. – 236 с.
  3. Электромагнитная совместимость. Несимметрия и несинусоидальность напряжения/ Кузнецов В.Г., Куренный Э.Г., Лютый А.П. – Донецк: Норд-Пресс, 2005 – 250 с.
  4. 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.
  5. Комлев В.П., Малафеев С.И. Динамическая модель силового конденсатора и ее применение для расчета потерь при искажениях напряжения. - Владимир, 1982. - 12 с. - Деп. в Информэнерго 29.11.82, №1196эн - Д82.
  6. Коломытцев А.Д. Динамические показатели электромагнитной совместимости электрооборудования с системами электроснабжения промышленных предприятий по несимметрии и несинусоидальности напряжения. - Автореферат на соиск. уч. степени канд. техн. наук. - Донецк: ДПИ, 1993. - 24 с.
  7. Малафеев С.И. О динамических и энергетических характеристиках силовых конденсаторов // Оптимизация систем питания и электрооборудования электротехнологических установок: (Сб. научн. трудов). - Киев: Ин-т электродинамики АН УССР, 1989. - с. 110-116.
  8. Конденсаторы переменного тока в тиристорных преобразователях/Ермуратский В.В., Ермуратский П.В. - М.: Энергия, 1979. - 224 с.
  9. Высшие гармоники в сетях промпредприятий/Жежеленко И.В. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 160 с.