Меню

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Электромагнитная совместимость(ЭМС) – способность электроприемника (приемника) нормально функционировать в окружающей электромагнитной среде и не вносить в эту среду помех, недопустимых для других приемников Применительно к задачам электроснабжения под электромагнитной средой понимается сеть электроснабжения, к которой подключена группа приемников.

Проблема ЭМС в определенном смысле аналогична проблеме охраны окружающей среды: возрастание мощностей электроприемников и интенсификация режимов их работы приводят к искажению параметров электрической энергии, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на режимах работы других электроприемников сети. Обеспечение ЭМС связано со значительными затратами, обусловливающими высокие требования, предъявляемые к точности и обоснованности методов оценки ЭМС в сетях электроснабжения.

Обеспечение электромагнитной совместимости является одним из основных требований к системам электроснабжения. Завышение оценок ЭМС приводит к необоснованному увеличению капиталовложений, а занижение – к ущербу от дополнительных потерь электроэнергии, снижения срока службы электрооборудования, ухудшения качества продукции. В связи с этим высокие требования предъявляются к обоснованности и точности методов оценивания ЭМС как на стадии проектирования, так и в эксплуатации систем электроснабжения.

В данной работе ЭМС будет рассматриваться только с позиции несинусоидальности напряжения. Несинусоидальные режимы неблагоприятно сказываются на работе силового электрооборудования, систем релейной защиты, автоматики, телемеханики и связи. Возникающие в результате воздействия высших гармоник экономические ущербы обусловлены, главным образом, ухудшением энергетических показателей, снижением надежности функционирования электрических сетей и сокращением срока службы электрооборудования. А т.к. количество нелинейных нагрузок беспрерывно растет, то проблема влияния несинусоидальности на электрооборудование с каждым годом становиться все более остро.

1. Актуальность темы

Конденсаторные установки(КУ) – одни из наиболее чувствительных к несинусоидальности электроаппараты, поэтому изучение влияния на них высших гармоник является очень актуальной проблемой.

2. Цели и задачи

Целью данной работы является выполнение анализа возможных вариантов исследования влияния несинусодальности напряжения на конденсаторные установки; рассмотрение проблем электромагнитной совместимости, а также выполнение анализа текущих методов исследования влияния несинусоидальности напряжения (высших гармоник) на конденсаторные батареи.

3. Искажение синусоиды

Электромагнитные помехи, распространяющиеся по элементам электрической сети, называются кондуктивными. Так как в работе рассматриваются только несинусоидальность напряжения, то термин помеха будем относить к искажениям синусоиды.

Несинусоидальность напряжения является наиболее распространенной кондуктивной помехой ЭМС. В большинстве публикаций оценивание этих помех производится для частных случаев периодических искажений кривой напряжения. Однако в действующих сетях помехи представляют собой случайные процессы, что требует разработки общих методов анализа.

Необходима разработка универсальность подхода, когда отсутствует ограничений по типу помехи на вход модели могут быть поданы случайные, периодические или постоянные процессы

4. Модель замещение конденсаторной установки

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

Например: в [4] число учитываемых гармоник равно 40, что соответствует максимальной частоте 2000 Гц. В этом диапазоне такая простая модель вполне допустима.

В проектировании используются расчетные графики помех с прямоугольными провалами в синусоиде. В этом случае идеальная емкость не может быть использована, так как производная вертикального скачка равна бесконечности. В связи с этим используются динамические модели конденсаторов.

Поскольку получить точное математическое описание такой системы довольно сложно, то часто пользуются упрощенными динамическими моделями, основанными на эквивалентной схеме конденсатора, соответствующей физической сущности протекающих в нем процессов. В соответствии с [5] схема замещения конденсатора имеет вид, представленный на рис. 1.

Здесь: r – активное сопротивление токоведущих частей; L – эквивалентная индуктивность конденсатора, приближенно равная сумме индуктивностей выводов, соединительных шинок и собственной индуктивности секции; R, C – соответственно активное и емкостное сопротивления диэлектрика.


Схема замещения конденсатора
Рисунок 1 – Схема замещения конденсатора

5. Нормирование несинусоидальности напряжения

Несинусоидальность напряжения – нормируемый показатель по ГОСТ 32144–2013 (нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения).

Характеризуется следующими показателями:

– коэффициент гармонических составляющих напряжения KU(n);

– суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения KU;

Согласно ГОСТ 32144–2013 гармонические составляющие напряжения обусловлены, как правило, нелинейными нагрузками пользователей электрических сетей, подключаемыми к электрическим сетям различного напряжения. Гармонические токи, протекающие в электрических сетях, создают падения напряжений на полных сопротивлениях электрических сетей. Гармонические токи, полные сопротивления электрических сетей и, следовательно, напряжения гармонических составляющих в точках передачи электрической энергии изменяются во времени. К примеру, такими нелинейными нагрузками могут является:

  1. Вентильные преобразователи;
  2. Силовое электрооборудование с тиристорным управлением;
  3. Дуговые и индукционные электропечи;
  4. Люминесцентные лампы;
  5. Установки дуговой и контактной сварки;
  6. Преобразователи частоты;
  7. Бытовая техника (компьютеры, телевизоры и др.).

В батареях конденсаторов гармоники тока также приводят к добавочным потерям энергии. Вследствие этого происходит дополнительный нагрев конденсатора, который может привести к выходу последнего из строя. Также возможно повреждение конденсатора при возникновении гармонических резонансов в сети.

Искажение формы кривой напряжения активизирует возникновение и протекание ионизационных процессов в изоляции ЭУ, при этом развиваются местные дефекты в изоляции, что приводит к увеличению диэлектрических потерь и сокращению срока службы.

При наличии высших гармоник(ВГ) в кривой напряжения процесс старения диэлектрика конденсаторов протекает также более интенсивно, чем в случае, когда конденсаторы работают при синусоидальном напряжения. Это объясняется тем, что физико–химические процессы в диэлектриках, обусловливающие их старение, значительно ускоряются при высоких частотах электрического поля. Аналогично влияет дополнительный нагрев, вызванный протеканием ВГ тока.

Батареи конденсаторов могут длительно работать при перегрузке их токами ВГ не более чем на 30%; допустимое повышение напряжения составляет 10%. Однако в этих условиях срок их службы сокращается. В СЭС промышленных предприятий, как правило, БК могут оказаться в режиме, близком к резонансу токов на частоте какой–либо из ВГ; вследствие перегрузок они выходят из строя.

Во многих странах Западной Европы используются конденсаторы, выпускаемые фирмой Мерлен–Жерен (Merlin–Gerin). В качестве диэлектрика применяется полипропилен. Режим работы этих конденсаторов при напряжении 1,1×Uном и токе 1,3×Iном как при наличии несинусоидальности напряжения. Поэтому специальные фильтровые конденсаторы не производятся. Опыт эксплуатации БК в течение гарантированного времени надежной работы(ресурса) подтвердил их высокие эксплуатационные качества; поэтому подробные исследования старения диэлектрика конденсаторов, используемых в схемах фильтрокомпенсирующие устройства, выполняются не всегда.

6. Снижение несинусоидальности напряжения

Снижение несинусоидальности напряжения обеспечивается либо раиональным построением СЭС предприятия, при которой параметры, характеризующие несинусоидальность напряжения, будут в допустимых пределеах, либо применением специальных схем коммутации нелинейных нагрузок, а также корректирующих устройств. Методы снижения несинусоидальности напряжения можно разделить на три группы:

а) схемные решения: выделение нелинейных нагрузок на отдельную систему шин, рассредоточение нагрузок по различным узлам СЭС с подключением параллельно им электродвигателей, группирование преобразователей по схеме умножения фаз, подключение нагрузки к системе с большей мощностью;

б) использование фильтровых устройств, включение параллельно нагрузке узкополосных резонансных фильтров, включение фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ) применение фильтросимметрирующих устройств (ФСУ), применение быстродействующих статических источников реактивной мощности (ИРМ), содержащих ФКУ;

в) применение специального оборудования, характеризующегося пониженным уровнем генерации высших гармоник использование ненасыщающихся трансформаторов, применение многофазных преобразователей с улучшенными энергетическими показателями.

На практике, как правило, сочетают различные методы.

Развитие элементной базы силовой электроники и новых методов высокочастотной модуляции привело к созданию в 70–х годах нового класса устройств, улучшающих качество электроэнергии – активных фильтров (АФ). Сразу же возникла классификация активных фильтров на последовательные и параллельные, а также на источники тока и напряжения, что привело к получению четырех базовых схем.

Каждая их четырех структур (рис 2. 6) определяет схему фильтра на рабочей частоте: ключей в преобразователе и вид самих ключей (двунаправленный или однонаправленный ключ). В качестве накопителя энергии в преобразователе, служащем источником тока (рис 2.а, г), используется индуктивность, а в преобразователе, служащем источником напряжения (рис 2. б, в), используется емкость.


Основные типы активных фильтров
Рисунок 2 – Основные типы активных фильтров: а – параллельный источник тока; б – параллельный источник напряжения; в – последовательный источник напряжения; г – последовательный источник тока
(Анимация: 5 кадров, 106 килобайт)

Такой фильтр, который, помимо фильтрации гармоники, будет генерировать реактивную мощность, и компенсировать потери мощности в сети и напряжения, носит название фильтрокомпенсирующего (ФКУ).

Из вышесказанного следует, что устройства типа ФКУ и ФСУ воздействуют одновременно на несколько показателей качества электрической энергии (несинусоидальность, несимметрия, отклонение напряжения). Такие устройства для повышения качества электрической энергии получили название многофункциональных оптимизирующих устройств (МОУ).

Целесообразность в разработке таких устройств возникла в связи с тем, что резкопеременные нагрузки типа дуговых сталеплавильных печей вызывают одновременное искажение напряжения по ряду показателей. Применение МОУ позволяет комплексно решать проблему обеспечения качества электроэнергии, т.е. одновременно по нескольким показателям.

К категории таких устройств относятся быстродействующие статические источники реактивной мощности (ИРМ).

По принципу регулирования реактивной мощности ИРМ можно разделить на две группы:быстродействующие статические источники реактивной мощности прямой компенсации, быстродействующие статические источники реактивной мощности косвенной компенсации. Структуры ИРМ представлены соответственно на рисунке 3, а, б. Такие устройства, обладая высоким быстродействием, позволяют снижать колебания напряжения. Пофазное регулирование и наличие фильтров обеспечивают симметрирование и снижение уровней высших гармоник.

На рис. 3, а представлена схема прямой компенсации, где управляемым источником реактивной мощности является коммутируемая с помощью тиристоров конденсаторная батарея. Батарея имеет несколько секций и позволяет дискретно изменять генерируемую реактивную мощность. На рис. 3, б мощность ИРМ меняется с помощью регулирования реактора. При таком способе управления реактор потребляет избыток реактивной мощности, генерируемой фильтрами. Поэтому способ носит название косвенной компенсации.


Структурные схемы многофункциональных ИРМ прямой и косвенной компенсации
Рисунок 3 – Структурные схемы многофункциональных ИРМ прямой (а) и косвенной (б) компенсации
(Анимация: 7 кадров, 245 килобайт)

Косвенная компенсация имеет два основных недостатка: поглощение избытка мощности вызывает дополнительные потери, а изменение мощности реактора с помощью угла управления вентилей приводит к дополнительной генерации высших гармоник.

Выводы

  1. Искажения формы кривой напряжения оказывают существенное негативное воздействие на КУ.
  2. Существующие методы оценки этих воздействий не являются универсальными.
  3. Требуется универсальная модель с возможностью задания параметров КУ и вида помехи.

На момент написания данного реферата магистерская работа еще не завершена. Ориентировочная дата завершения магистерской работы: июнь 2019 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Введение в статическую динамику систем электроснабжения/ Шидловский .К., Куренный Э.nbsp;Г. – Киев: Наукова думка, 1984. – 273nbsp;с.
  2. Электромагнитная совместимость электроприемников промышленных предприятий/ Под ред. А.К. Шидловского. – Киев: Наукова думка, 1992. – 236nbsp;с.
  3. Электромагнитная совместимость. Несимметрия и несинусоидальность напряжения/ Кузнецов .Г., Куренный Э.Г., Лютый А.П. – Донецк: Норд–Пресс, 2005 – 250nbsp;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. – 12nbsp;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. Уэйкерли Д. Проектирование цифровых устройств / Д. Уэйкерли. – М.: Постмаркет, 2002. – Том 2. – 528 с.
  10. Breedingnbsp;K. Digital design fundamentals / K.nbsp;Breeding. – Prentice Hall, 1992. – 446nbsp;pp.Высшие гармоники в сетях промпредприятий/Жежеленкоnbsp;И.nbsp;В. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 160 с.