Kruglyakova T. A.

На главную страницу

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

К р у г л я к о в а Т е т я н а А н а т о л і ї в н а

e-mail: tanychka@ukrtop.com

ОЦІНКА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ СУМІСНОСТІ ПРИ ВИПАДКОВИХ ЗМІНАХ НЕСИМЕТРІЇ НАПРУГ

Спеціальність 09.06.03 – Електротехнічні системи електроспоживання

Автореферат

магістерської випускної роботи

Керівник: проф. Курінний Е. Г.

Донецьк – 2002

ЗМІСТ

Загальна характеристика роботи

Основний зміст роботи

Висновки

Перелік літератури

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Однофазні електроприймачі й електроприймачі з несиметричним навантаженням викликають несиметрію напруг в мережі, яка може досягати 6%. Це приводить до додаткових втрат активної потужності і зменшення строку служіння електрообладнання. Наприклад, при несиметрії 2% строк служіння двигуна зменшується у два рази. Це завдає значних економічних збитків, тому розроблення методів розрахунку несиметрії напруг в електричних мережах є актуальним для практики.

У чинному ГОСТ 13109-97 нормують трисекундні коефіцієнти несиметрії. Ці показники мають фізичне значення лише для випадків невеликих тривалостей вмикань і адіабатичного нагріву електрообладнання та провідників мережі. Такі випадки рідко зустрічаються на практиці. У зв‘язку з цим теоретичний і практичний інтерес являє розроблення моделей електромагнітної сумісності (ЕМС), які відбивають процеси нагріву електрообладнання з тепловіддачею в навколишнє середовище. Відповідно актуальним є розроблення методів оцінки впливу несиметрії на електрообладнання із використанням цих моделей.

У ГОСТ 13109-97 наведено наближені формули розрахунку показників несиметрії без указівки границь їх застосування. Для практичних цілей необхідно знайти ці границі за умови допустимої похибки розрахунків.

Мета і завдання дослідження. Підвищення вірогідності оцінок ЕМС за несиметрією напруг, що забезпечує обґрунтованість капіталовкладень у систему електропостачання. Для досягнення цієї мети необхідно вирішити наступні задачі:

перевірити точність розрахунків за формулами ГОСТ 13109-97;

розробити модель ЕМС із несиметрії напруг із урахуванням постійної часу нагріву електрообладнання;

розробити методи розрахунку інерційних показників несиметрії.

Об'єкт дослідження: системи електропостачання промислових підприємств із електроприймачами різного призначення.

Предмет дослідження: методи розрахунку показників ЕМС за несиметрією напруг.

Методи дослідження: використано методи теорії автоматичного керування і теорії випадкових процесів.

Наукова новизна отриманих результатів:

– установлено область застосовності наближених формул ГОСТ 13109-97 і запропоновано рекомендації для їх використання у проектуванні;

– запропоновано інерційні моделі ЕМС для основного електрообладнання, які враховують його нагрів;

– розроблено метод розрахунку інерційних показників несиметрії і дано його зіставлення із існуючим методом.

Практичне значення отриманих результатів полягає в наступному: запропоновані моделі і методи розрахунку дозволяють обгрунтувати необхідність застосування й оцінити ефективність симетрувальних пристроїв у проектованих і діючих мережах електропостачання.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі виконано огляд літератури за впливом несиметрії на електрообладнання. Показано, що в літературі використовують, в основному, статичні моделі ЕМС, які відносяться тільки до випадків незмінної несиметрії. Показано обмеженість області застосування показників ЕМС із ГОСТ 13109-97.

Згідно із точною формулою (за методом симетричних складових) розрахунок напруги зворотної послідовності виконується наступним чином:

= (1. 1)

де d – оператор повороту, d=e^j120;

– комплексні значення лінійних напруг мережі.

Із урахуванням несиметрії напруг “трикутник” лінійних напруг може займати будь-яке місце у просторі (рисунок 1.1). Доведемо залежність кутів між векторами лінійних напруг від модулей лінійних напруг.

Рисунок 1. 1 – “Трикутник” лінійних напруг.

Відповідно до теореми синусів для трикутника і теореми про кути запишемо наступні співвідношення:

; (1. 2)

Розв’язучи цю систему рівнянь відносно α, β, γ, отримуємо:

α=arccos, (1. 3)

β=arccos, (1. 4)

γ=arccos. (1. 5)

Згідно з рисунком 1. 1 вектори лінійних напруг запишемо у комплексному вигляді наступним чином:

, (1. 6)

Виконуючи підстановку формул (1. 3) – (1. 5) до системи (1. 6), а також (1. 6) – до формули (1. 1), після перетворювання отримуємо формулу для розрахунку напруги зворотної послідовності у наступному вигляді:

(1. 7)

Відповідно до ГОСТ 13109-97 напруга зворотної послідовності розраховується за наступною формулою:

(1. 8)

де U_AB , U_BC , U_CA – модулі лінійних напруг.

Також відповідно до ГОСТ 13109-97 напругу зворотної послідовності можна розраховувати за наближеною формулою:

, (1. 9)

де - найбільше і найменше діючі значення із трьох міжфазних напруг основної частоти, В, кВ.

Похибки розрахунку напруги зворотної послідовності розраховуються наступним чином:

, (1. 10)

, (1.11)

де – модуль вектора напруги зворотної послідовності згідно із точною формулою (3. 1);

– модуль вектора напруги зворотної послідовності згідно із формулою ГОСТ 13109-97 (1. 8);

Коефіцієнти несиметрії напруг за зворотною послідовністю:

, (1. 12)

, (1. 13)

, (1. 14)

де – діюче значення напруги прямої послідовності основної частоти.

Приймаючи U₁₍₁₎ =1, проведемо розрахунок за формулами (1. 1) – (1. 14) і наведемо результати у таблицях 1. 1 і 1. 2, причому модулі лінійних напруг U_AB (a), U_BC(b), U_CA (c) будемо змінювати свавільно (таким чином, що кожного разу відбувається змінювання коефіцієнту несиметрії за зворотною послідовністю).

Таблиця 1. 1 – Результати порівняння розрахунків напруги зворотної послідовності за точною формулою і формулою ГОСТ 13109-97.

U_AB, В	U_BC, В	U_CA, В	, В	, В	К₂, %	^{, %}
1	1	0.9	0.0656	0.0656	6.56	6.56
1	1	0.5	0.309	0.309	30.9	30.9
1	1	0.3	0.421	0.421	42.1	42.1
1	1	0.001	0.577	0,577	57.7	57.7
0.5	0.5	1	0.5	0.5	50	50
1	0.5	0.5	0.5	0.5	50	50
0.5	1	0.5	0.5	0.5	50	50
0.9	1	0.1	0.551	0.551	55.1	55.1
0.7	1	0.3	0.513	0.513	51.3	51.3
0.6	1	0.4	0.503	0.503	50.3	50.3
1	0.6	0.4	0.503	0.503	50.3	50.3
0.7	1	0.6	0.264	0.264	26.4	26.4
0.45	1.1	0.7	0.462	0.462	46.2	46.2

На основі аналізу недоліків існуючих робіт поставлено задачі досліджень.

У другому розділі запропоновано розповсюдити інерційні моделі для електроприймачів із активною провідністю на електродвигуни, силові конденсатори і лінії електропередач. Відмітною особливістю цих моделей є урахування постійних часу нагріву електрообладнання, що дозволяє уникнути завищення вимог до несиметрії напруг. Оцінка ЕМС здійснюється за ефектами нагріву: максимальною температурою додаткового перегріву і скороченням строку служіння.

У третьому розділі визначено границі застосування наближених формул розрахунку напруг зворотної послідовності з ГОСТ 13109-97; запропоновано метод розрахунку інерційних показників ЕМС із використанням інтеграла Дюамеля на прикладі несиметрії, яку створює дугова сталеплавильна піч; показано застосування цього методу і дано його зіставлення з методом розрахунку кумулятивного показника несиметрії з ГОСТ 13109-97.

ВИСНОВКИ

У роботі вирішено наукову задачу створення моделей ЕМС, які відбивають процеси додаткового перегріву електрообладнання при випадкових змінах несиметрії. У роботі зроблено наступні висновки:

1. Наближені формули розрахунку для напруг зворотної послідовності з ГОСТ 13109-97 можна застосовувати тільки до процесів зміни напруги, а не до процесів зміни струмів, які є вихідними для проектування.

2. Прийнятий у ГОСТ принцип нормування показників несиметрії з використанням їх трисекундного усереднення не є універсальним. У загальному випадку доцільно використовувати прості моделі додаткового нагріву з урахуванням постійних часу електрообладнання.

3. Розрахунок інерційних показників несиметрії у проектуванні слід виконувати за графіками втрат напруг зворотної послідовності з використанням інтеграла Дюамеля.

ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ

1. Жежеленко И. В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 128 с.

2. Кузнецов В. Г., Николаенко В. Г. Оценка экономического ущерба от несимметрии и несинусоидальности напряжений в промышленных системах электроснабжения // Техн. электродинамика. – 1980. - №1. – с. 33-37.

3. Шидловский А. К., Кузнецов В. Г. Повышение качества энергии в электрических сетях. – Киев: Наук. думка, 1985. – 268 с.

4. Шидловский А. К., Кузнецов В. Г., Николаенко В. Г. Оптимизация несимметричных режимов систем электроснабжения – Киев: Наук. думка, 1987. – 176 с.

5. Шидловський А. К., Борисов Б. П., Вагін Г. Я., Курінний Е. Г., Крахмалін І. Г. Електромагнітна сумісність електроприймачів промислових підприємств, / монографія – київ “Наукова думка”. – 1992. – 236 с.