Топчій Оксана Олександрівна
Факультет: електротехнічний
|
|
Топчій Оксана Олександрівна
Факультет: електротехнічний
Спеціальність: електротехнічні системи електропостачання |
|
Мета роботи Мережі електропостачання повинні проектуватися таким чином, щоб різкозмінні навантаження не викликали б неприпустимих коливань напруги. У стандартах [1, 2] на електромагнітну сумісність (ЕМС) нормуються припустимі розмахи коливань напруги у функції частоти. Крім кривих коливань нормується доза флікера (ДФ) Pst , що є універсальним показником ЕМС. Криві коливань дають точне рішення лише для періодичних змін у формі меандру. Для періодичних коливань іншої форми рекомендовані в [1] методи розрахунку не забезпечують збіг одержуваних результатів з оцінкою допустимості коливань напруги по дозі флікера. У зв'язку із цим потрібно розробити метод розрахунку доз флікера при змінах напруги будь-якої форми. Актуальність роботи У нормальних умовах у мережі розподілу електроенергії виникають швидкі коливання напруги, викликані підключенням і відключенням різних навантажень. Крім того, існує таке встаткування, що споживає електроенергію, де електричний струм витрачається нерівномірно, його витрата міняється залежно від етапів робочого циклу. Подібні навантаження приводять до виникнення повторюваних у часі коливань живлячої напруги. Цілком природно, що на практиці ці коливання намагаються обмежувати, утримуючи їх в таких межах, щоб не створювати незручності для користувачів електричної енергії Прилад, що споживає електроенергію й найбільш чутливий до коливань живлячої напруги,- це лампа накалювання, і не тому, що подібні коливання викликають у ній яке-небудь ушкодження, а тому, що в силу коливань живлячої напруги в цій лампі виникають коливання освітленості, які можуть причинити небезпеку тому, хто користується електричним освітленням. Зі сказаного ясно, яке важливе значення має розробка науково обґрунтованих методів розрахунку доз фликера напруги при періодичних коливаннях навантаження. Цьому питанню вже давно приділяється велика увага. Планований практичний результат Універсальним об'єктивним показником допустимості коливань є доза флікера Pst напруги. У діючих електричних мережах доза виміряється флікерметром, а в проектуванні - розрахунковим шляхом. У ГОСТ 13109-97 рекомендуються наближені методи розрахунку, а лише для окремих випадків детермінованих коливань прямокутної й трикутної форми - до того ж з істотними обмеженнями інтервалів часу між сусідніми коливаннями. Розробка загального методу оцінювання без обмеження по виду коливань є метою роботи. Огляд досліджень і розробок по темі Що ж таке «флікер» ? «Флікер» по-англійському означає «миготіння» і визначається як суб'єктивне відчуття коливань освітленості. Оскільки флікер - це сприйняття людським мозком світлових коливань, здійснюване за посередництвом фізіологічних механізмів зору, то ясно, що для того, щоб охарактеризувати подібне суб'єктивне сприйняття, необхідно не тільки досліджувати поводження людського ока з метою визначення його реакції на світлові подразники, але приступити також до випробувань на людях, проведеним із застосуванням статистичних методів. Будучи суб'єктивним, флікер являє собою явище, що міняється від індивіда до індивіда, причому не тільки відносно сили відчуття, але також і в тім, що стосується ступеня випробовуваної незручності. И дійсно, результати досліджень, проведених на людях, показали, що людський зір являє собою складну систему, що залежить не тільки від характеристик самого ока, але також і від мозкових механізмів сприйняття. Наприклад, суб'єкт, що зовсім не підозрює про можливість існування коливань освітлення, як правило, виявляється менш чутливим до їхнього виникнення, чим раніше попереджений спостерігач, що чекає появи подібних коливань. Результат робіт, проведених фахівцями з фізіології, показали, що людське око характеризується вибірною реакцією стосовно частоти періодичних світлових коливань з максимальною чутливістю приблизно на частоті 9 Гц, а також, що ступінь сприйняття світлового роздратування прямо пропорційна квадрату амплітуди цих коливань. Крім того, існує ще ефект нагромадження в пам'яті. У силу цього ефекту відбувається наступне: якщо два наступних одне за іншим коливання освітленості занадто близько в часі, то для людського ока неможливо сприйняти їх окремо: вони сприймаються людиною як одне єдине коливання. И нарешті, у межах розумного наближення, відчуття флікера залежить від відносної амплітуди коливання в порівнянні з існуючої до цього освітленістю, якщо врахувати механізми адаптації людського ока (наприклад, регулювання діаметра зіниці) до освітленості навколишнього середовища. Положення речей ще більше ускладнюється, якщо перейти від аналізу сприйняття до аналізу завади або ступеня незручності, що викликає коливання висвітлення в суб'єкта, який знаходиться під його впливом. Дійсно, вже одна тільки інтуїція підказує, що та справа, якою займається суб'єкт, являє собою фактори першорядного значення для визначення його реакції. Наприклад, людина, що читає або у всякому разі робить якісь операції, що вимагають особливої зосередженості, де зір відіграє переважаючу роль, поза усякого сумніву буде зазнавати більшу незручність, чим ті люди, які повинні просто переміщатися в якімсь приміщенні, не звертаючи особливої уваги на характеристики цього приміщення Оскільки для розробки міжнародного флікерметра потрібно було вибрати якусь певну модель зорового сприйняття, тому виникла необхідність звернутися до досліджень в області фізіології, які дозволили б прийти до не занадто складного рішення й одночасно із цим використовувати досвід, накопичений у Франції, Німеччині й Англії, де вже були розроблені в національному масштабі як флікерметры, так і методи визначення різкості флікера. У колишньому Радянському Союзі флікерметр був уперше розроблений на кафедрі Електропостачання промислових підприємств ДонНТУ й на кафедрі Електропостачання Горьківського політехнічного інституту, що був більше обґрунтований, тому що флікермодель будувалася з урахуванням фізіології зору, ґрунтувалася на результатах об'єктивної оцінки, на експериментальних даних. Таким чином були розроблені витончені моделі, які виявились, однак, занадто складними для того, щоб використовувати їх для створення приладу, що призначається для постійного застосування в роботі. Рашбасс розробив нову модель, ґрунтуючись на експерименті, задуманому в зовсім іншому дусі. Він використовував коливання освітленості, що мають форму імпульсів, як позитивних, так і негативних стосовно середньої освітленості навколишнього простору, і одержав основні результати: • тривалість збудження, що виникає в сприйнятті, значно перевищують тривалість тої зміни освітленості, що має форму імпульсу, яке викликає це порушення (імпульси, занадто близькі в часі, не сприймаються окремо); • знак зміни освітленості (убік збільшення або зменшення) не робить ніякого впливу на чутливість сприйняття ; • якщо два наступних один за іншим імпульсу мають амплітуди відповідно А и В, то такий же ступінь відчуття досягається у випадку послідовності В, А; • зв'язок відчуття з амплітудою збудження – квадратичного типу. Результати виміру флікера виражаються “на одиницю”; при цьому рівним одиниці вважається такий вихідний сигнал, що дає прилад, коли на його вході має місце коливання, відповідне порогу сприйняття. Таким чином, рівень фликера - це число, що показує, наскільки вище (або нижче) порога сприйняття перебуває відповідне зорове відчуття. Однак ступінь миттєвого відчуття фликера ще не дає інформації, що стосується його припустимих меж; щоб визначити зв'язок між зміною миттєвого відчуття флікера і пов'язаним з ним незручністю, роздратуванням, називаним “ступенем різкості фликера” і позначуваним символом Pst, необхідний подальший аналіз. Як опорний інтервал був обраний десятихвилинний проміжок часу.[4] Ідентичність результатів розрахунку будь-якого показника електромагнітної сумісності (ЕМС) забезпечується, якщо вимірювальний прилад і методи розрахунку використовують єдину математичну модель ЕМС. Для визначеності далі розглядається прийнята в [1] і [2] математична флікер-модель системи лампа - око - мозок Коливання й доза флікера напруги Універсальним показником допустимості коливань напруги є доза флікера напруги, що оцінює додаткову втому людини від коливань освітленості, викликаних змінами діючих значень напруги в частотному діапазоні до 35 Гц. Структурна схема флікер-моделі [5] (рис. 1) містить у собі: |
Рисунок 1 - Структурна схема флікер-моделі (Анімація складається з 10 кадрів із затримкою в 80 мс між кадрами; кількість циклів відтворення обмежене 10)
|
|
- вхідний блок БВ, у якому з напруги виділяються коливання; - зважувальний фільтр, ВФ, що моделює лампу й реакцію Y(t) зору й мозку людини на коливання освітленості в в.о.; - блок КСИ квадратичного інерційного згладжування, що моделює зорове відчуття Sз , що відображає втому людини; - блок ПЭ обчислення показника ЕМС, у якому розраховується доза флікера У схему ВФ входять наступні ланки: коливальне з коефіцієнтом передачі k = 1,74802 і постійними часу Т1 = 0,015418 з, Т2 = 0,017385 з; диференціювальний з параметром Т2; інерційні з Т3 = 0,12989 і Т4 = 0,007267 з; що форсує з Т5 = 0,069811 с. Передатна функція ВФ 
Знаменник являє собою багаточлен четвертого порядку. Це означає, що вхідний процес і реакція ВФ зв'язані між собою лінійними диференціальними рівняннями четвертого порядку з постійними коефіцієнтами. Після ВФ є пропорційна ланка з коефіцієнтом передачі k = 16 о.е./( %)2, що переводить розмірність реакції з % в о.е. (на рис. 1 ця ланка не показана). У блок КСИ крім квадратора входить інерційна ланка з постійною часу Т6 = 0,3 с. У блоці ПЭ за кожні 10 хв будуються впорядковані діаграми Р(Е) процесу зорового відчуття, де Р - рівні процесу S(t), а вісь абсцис є інтегральні ймовірності Е у %. Короткочасна (десятихвилинна) доза флікера розраховується по емпіричній формулі 
Довгострокова (двогодинна) доза флікера обчислюється по формулі стандарту [1] 
Припустиме значення для короткочасної дози дорівнює 1,38, а для потребуючої зорової напруги робіт дорівнює 1. Відповідні норми для тривалих доз менше: 1 і 0,74. Параметри ВФ знаходились емпірично - шляхом опитування людини про реакцію на коливання освітленості. У досвідах використовувалася ЛР потужністю 60 Вт і напругою 230 В. За результатами досвідів була ідентифікована передатна функція (1). Це значить, що норми мережних стандартів є умовними, тому що вони відносяться до «стандартної» ЛР 60 Вт, яких може й не бути в освітлювальної мережі, де виміряється доза флікера. Для того, щоб урахувати фактичні джерела світла було запропоновано передатну функцію ВФ визначати по формулі 
де  і  - передатні функції фактичної й стандартної лампВ окремих випадках прямокутних і гармонійних коливань нормуються криві коливань - залежності припустимих розмахів коливань від частоти. За змістом будь-яка точка на кривій відповідає припустимому значенню дози. Далі будемо використовувати дозу коливань, як універсальний показник, тим більше, що в освітлювальних мережах коливання ідеалізованої форми не зустрічаються Метод «парціальних реакцій» У моделях ЕМС ВФ звичайно є лінійними системами. Процеси у фільтрах описуються лінійними диференціальними рівняннями, порядок n яких може бути великим. Знаходження аналітичного рішення таких рівнянь утруднено як при детермінованих, так і при випадкових перешкодах. У таких випадках навіть при n=2 доцільно використовувати метод парціальних реакцій, суть якого полягає в тім, що фільтр заміняється еквівалентною системою, що складається з n паралельно включених інерційних ланок першого порядку. Парціальна реакція кожної ланки визначається дуже просто, а шукане рішення зводиться до підсумовування парціальних реакцій Вираження передатної функції фільтра є складним, тому доцільно представити фільтр у вигляді n паралельно включених інерційних ланок першого порядку (рис. 2). Цей прийом дозволяє легко визначити «парціальні» реакції y(t) кожної ланки на вхідний вплив, а потім їх підсумувати.[3]
|
, 
,
, що дозволяє знайти коефіцієнти передачі: 
, 
, 
і частоти зрізу 
, 
, 
, де 
. Парціальні реакції інерційних ланок є відомими, тому шукана
реакція рівняється сумі ПР.
,
,
,
,
до 
, а на другому - від 
