| 
||
ДонНТУ >
Портал магистрів ДонНТУ
Сьогодні, у наш розвинений час, нема рації говорити про важливість різних видів енергії, особливо електроенергії. Сучасній людині неможливо представити своє життя без електрики. Але як і будь-який товар електроенергія має такий показник як якість, що залежить від ряду факторів. Зараз, зі збільшенням кількості электроприемников, які мають нелінійну вольтамперную характеристику, усе більше погіршується їхня електромагнітна сумісність (ЭМС). А погіршення ЭМС веде у свою чергу до таких наслідків: вихід з ладу електроустаткування, помилкове спрацьовування систем керування й захисти, більші втрати електроенергії, в окремих випадках - погіршення здоров'я людини, зниження його працездатності, отже й зниження продуктивності праці.
У моїй магістерській роботі розглянуті параметри ЭМС у мережах зі здвоєним реактором ( СР).
Мета: Визначення параметрів якості електроенергії в мережах зі СР, вплив СР на ці параметри, зіставлення індивідуальних, групових реакторів зі здвоєним реактором за показниками ЭМС, а також оцінка ефективності застосування СР.
Завдання роботи: Визначення параметрів електромагнітної сумісності (ЭМС) у мережах зі СР.
Новизна: Визначення розрахункового максимуму коливання напруги в мережі зі СР для нормального процесу.
Питання забезпечення якості електроенергії в електричних мережах широко відбиті в роботах таких вітчизняних і закордонних учених як Жежеленко И.В., Лютий А. П., Каялов Г.М., Кузнєцов В.Г., Курінний Э.Г., Шидловский А.К., і ін.
Здвоєний реактор - електричний апарат , що застосовується для зниження струмів к.з. Здвоєний реактор являє собою єдину обмотку із середнім виводом, розрахованим на сумарний струм галузей. Цей вивід приєднується до збірних шин на виході трансформатора, а кінці обмоток - до навантаження. Здвоєний реактор має дві галузі, намотані згідно, по яких протікають струми.
Реактивний опір однієї котушки реактора при проходженні в них протилежних і рівних струмів зменшується на величину коефіцієнта зв'язку. Останнє є важливою перевагою здвоєного реактора, що дозволяє зменшити спадання напруги в ньому при нормальному режимі майже вдвічі. Здвоєні реактори мають знижену динамічну стійкість при паралельному включенні обох плечей на трифазне коротке замикання. Такий режим для них неприпустимий. Внаслідок того, що еквівалентна реактивність двох плечей у цьому випадку в кілька разів менше реактивності кожного плеча, струм к. з. досягає неприпустимих
Значення коефіцієнта зв'язку здвоєних реакторів лімітується припустимим рівнем напруги на відключеному плечі реактора при КЗ на іншім плечі.
Відповідно до стандарту ДЕРЖСТАНДАРТ 13109-97, систему показників якості електроенергії (ПКЭ) при живленні від електричних мереж трифазного струму утворять:
- розмах зміни напруги ;
- доза фликера;
- коефіцієнт перекручування синусоидальности кривій напруги;
- коефіцієнт n-ої гармонійної складової напруги;
- коефіцієнт несиметрії напруг по зворотній послідовності;
- коефіцієнт несиметрії напруг по нульовій послідовності;
- відхилення частоти;
- тривалість провалу напруги;
- імпульсна напруга;
- коефіцієнт тимчасової перенапруги .
Принципи нормування ПЯЕ по напрузі полягають у наступному: а) ПЯЕ по напрузі мають енергетичний сенс, тобто характеризують потужність (енергію) перекручування кривій напруги; ступінь негативного впливу енергії перекручування на електроустаткування й технологічні процеси порівнюється зі значенням ПЯЕ; б) гранично припустимі значення ПЯЕ вибирають із техніко-економічних міркувань; в) ПЯЕ нормуються протягом певного інтервалу часу із заданою ймовірністю для одержання достовірних і порівнянних значень; г) припустимі значення ПЯЕ зазначені на затискачах ЕП і у вузлах електричних мереж.
ССистема ПЯЕ, заснована на цих передумовах, може використатися в проектній практиці, дозволяючи здійснити масове метрологічне забезпечення контролю ЯЕ за допомогою щодо простих і недорогих приладів, а також реалізувати заходи й технічні засоби нормалізації ЯЕ
Електромагнітні перешкоди (ЕМП) можна розділити на дві основні групи: природні й штучні. Природні (інакше - польові) створюються грозовими розрядами, геомагнітними явищами й ін. Виникнення штучних ЕМП обумовлене роботою лектрооборудования, повітряних ліній електропередач (ПЛ), електронної й іншої апаратур керування й контролю; вони також можуть виникати в аварійних режимах, наприклад, при коротких замиканнях. Поширення ЕМП можливо або в просторі (так називані «перешкоди випромінювання»), або в провідних средах-кондуктивные перешкоди. Останні, характерні для систем електропостачання підприємств, поширюються по проводам, кабелям, шинопроводам, що проводять конструкціям, а також в електролітах, різних розплавах і аналогічних середовищах.
Система електропостачання підприємства є електромагнітним середовищем, у якій має місце генерування, поширення й вплив ЕМП на электроприемники.
У цехах сучасних промислових підприємств і в сфері послуг застосовуються вентильні перетворювачі, різного роду перетворювачі частоти, побутові прилади, що працюють як у статичних, так і перехідних режимах. Вони є потужними генераторами ЕМП, як і нелінійні навантаження типу дугових сталеплавильних печей, електрозварювальних установок, ветроэлектростанций, силових трансформаторів і електродвигунів. Якщо підприємства целюлозно-паперової промисловості або по виробництву хімічного волокна характеризуються лише відхиленнями напруги, то машинобудівні, з потужними зварювальними установками - відхиленнями, коливаннями, несиметрією напруги; підприємства чорної й кольорової металургії, як і тягові підстанції електрифікованого залізничного транспорту - ще й несинусоидальностью.
Вентильні перетворювачі є потужними концентрованими джерелами гармонійних перешкод вищих гармонік (ВП). У найбільше часто застосовуваних 6-пульсных мостових схемах переважними є 5; 7; 11; 13-я гармоніки. При реалізації 12-пульсных схем рівні 5, 7, 11 і 13-й ВП досягають відповідно 38, 30, 0,8 і 0,6 А.
При роботі прокатних станів у випадку відсутності спеціальних швидкодіючих пристроїв, що компенсують, виникають значні коливання напруги.
Перетворювачі частоти (ПЧ) в останні роки знаходять усе більше широке застосування в металургії, машинобудуванні, на підприємствах легкої промисловості; ПЧ є джерелами гармонійних ЕМП – не тільки ВГ, але й так званих интергармоник (ИГ), част?ты яких перебувають між частотами ВГ. На мал. 1 представлена структурна схема ПЧ із ланкою постійного струму (ПЧП). ПЧ складається з випрямляча В, інвертора И (як правило, інвертора напруги) і індуктивно-ємнісного фільтра..
Дугова сталеплавильна піч є значним джерелом ЕМП: ВГ і ИГ, коливань і несиметрії напруг. У найбільшій мері генерування ЕМП проявляється в період розплавлювання.
Електрозварювальні установки (ЭСУ) створюють практично всі ЕМП. Вони також є джерелами ИГ. При точковому зварюванні ИГ з'являються в діапазоні 35-75 Гц із амплітудами, що досягають 20 % основної гармоніки зварювального струму. Для всіх ЭСУ енергія дискретного спектра становить 6-20 % загальної енергії змішаного спектра. Коефіцієнт несиметрії в мережах з ЭСУ перебуває в межах 1-5 % [2].
Газорозрядні лампи (люмінесцентн і дугові ртутні) є джерелами ВГ порядку n=3, 5, 7.
Ветроенергетичні установки (BЕУ) є інтенсивним джерелом ЭМП – в основному, ВГ і коливань напруги. На мал. 2 представлені типова схема потужної ВЭУ й схема електричної мережі, у вузлах якої виміру тривалої дози фликера PLl і коефіцієнта перекручування синусоидальности КU.
У літературі рекомендується застосування здвоєних реакторів для зменшення коливань напруги. На рис. 3 показані схеми з індивідуальними, груповими й здвоєними реаторами. У всіх схемах опір Xr Вихідними для розрахунків являються графіки електричного навантаження або їхньої характеристики: середнє значення струмів I1c, I2c, стандарти O1, O2 и коефіціент кореляції r. Позначивши 
, 
, 
одержуємо наступні вираження для середніх значень втрат напруги в розрахункових крапках.
Якщо Xc =0, середні значення відхилень напруги в заданих струмах будуть:
Коефіцієнти ефективності по середніх відхиленнях напруги будуть:
На рис. 3 представлені графіки залежності коефіцієнта ефективності при різних значеннях B
а)індивідуальне реактировання; б) груповe 
Сопоставляя СР с индивидуальным реактированием при малых сопротивлениях сети, с увеличением отношения потеря напряжения в ветви с СР всё больше компенсирует потерю напряжения в сети, суммарная потеря уменьшается, а следовательно эффективность СР растёт. Возможна перекомпенсации. Исходя из фомулы коэффициента эффективности, область применения СР определяется:
Зіставляючи СР із індивідуальним реактированием при малих опорах мережі, зі збільшенням відносини втрата напруги в галузі зі СР усе більше компенсує втрату напруги в мережі, сумарна втрата зменшується, а отже ефективність СР росте. Можлива перекомпенсації.
ССтандарти істотно залежать від коефіцієнта кореляції. У пердельном випадку позитивної кореляції, коли r=1 СР збільшує діапазон відхилень напруги лише в порівнянні з індивідуальним реактором .
Вид кривих ефективності залежить від співвідношення стандартів. Якщо электроприёмники харчуються від системи нескінченної потужності, у схемі з індивідуальним реактированием при будь-яких значеннях коефіцієнта кореляції стандарт не залежить від В. Для інших схем при відсутності кореляції стандарти зростають. Отже СР менш ефективний чим індивідуальний реактор, але більше ефективний чим групової. Причина цього явища видна, коли по лівій галузі СР протікає незмінний струм. Тоді в схемі з індивідуальним реактором коливання напруги відсутні, а в схемі зі СР за рахунок магнітного зв'язку зміна струму правої галузі веде до зміни опору лівої. Множення незмінного струму на змінний опір дає змінну втрату напруги.
Перейдемо до оцінки коливань напруги, які характеризуються дозою. Кількісна доза близька до дисперсії процесу після фільтра динамічної моделі, що визначає цей показник. У зв'язку із цим оцінка по дозі коливань і дисперсії аналогічні. Доза виміряється в % , а для переходу до коливань напруги використається величина, що пропорційна стандарту після фільтра. Це дозволяє оцінювати ефективність по коливаннях напруги так само, як і по діапазоні відхилень. Від середнього значення доза не залежить
Збільшенням коефіцієнтів для лівої галузі СР зменшуються відповідні коефіцієнти для правої. Тому, якщо вимоги якості напруги однакові для обох галузей доводиться прагне до рівномірного розподілу навантажень.
Використовуючи діапазони відхилень напруги або дози відхилень напруги, області ефективної застосовності СР замість індивідуальних реакторів визначається нерівностями:
- у випадку позитивної кореляції:
-некоррелированности й негативної кореляції:
Аналогічно СР ефективніше групового реактора, якщо
Отримані результати на даний момент - ефективність СР по диапозону й дозі коливань напруги залежить від характеру зв'язку між електричними навантаженнями галузей. У ході розрахунків були знайдені певні області значень коефіцієнтів кореляції, при яких СР збільшує диапозон відхилень і коливання напруги.
Практичне значення - отримані в моєї магистрской роботі можуть бути використані при проектуванні електричних мереж для вибору у випадки вибору встаткування для обмеження струмів к.з..
*Примітка: Розглянуті коливання й відхилення напруги, але всі виводи поширюються й на інші показники якості напруги. Подальші результати досліджень застосування СР будуть поміщені на сайт по закінченню виконання магістерської роботи.
1. 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. – Введ. в Украине с 01.01.2000.
2. Жежеленко И. В., Саенко Ю. Л. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях. 4-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 2005-261 с.
3. Кузнецов В. Г., Куренный Э. Г., Лютый А. П. Электромагнитная совместимость. Несимметрия и несинусоидальность напряжения. – Донецк: Норд-Пресс, 2005. –250с.
4. Прокопчик В. В. Повышение качества электроснабжения и эффективности электрооборудования предприятий с непрерывными технологическими процессами.- Гомель: Изд-во Гомельского гос. техн. ун-та, 2002- 283 с.
5. Шидловский А. К., Куренный Э. Г. Введение в статистическую динамику систем электроснабжения. – Киев: Наукова думка, 1984. –271с.
6. CEI/IEC 61000-4-15. Electromagnetic compatibility – Part 4, Section 15: Flickermeter – Functional and design specification. 1997.
7. Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. – М: Энергия, 1973. – 584 с.
8. Ермилов А. А., Соколов Б. А. Электроснабжение промышленных предприятий - 4- е изд., перераб. и доп. - Г.: Энергоатомиздат, 1986 - 144 с.
9. Липский A. M. Качество электроснабжения промышленных предприятий.- Киев–Одесса: Вища школа, 1985- 160 с.
10. Жежеленко И.В. Электромагнитная совместимость в системах промышленных предприятий.-Электрика, №10, 2008.
http://www.kudrinbi.ru/public/20451/index.htm
11. Рай А. В. Автореферат на тему: «Эффективность сдвоенных реакторов в условиях электромагнитной совместимости».
http://www.masters.donntu.ru/2008/eltf/ray/diss/index.htm