Реферат по теме "Влияние высших гармоник на конденсаторные батареи"


Введение. Обоснование актуальности

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.

Особенно сильное влияние высшие гармоники оказывают на конденсаторы. Искажение формы кривой напряжения заметно сказывается на возникновении и протекании ионизационных процессов в диэлектриках. При наличии газовых включений в изоляции возникает ионизация, сущность которой заключается в образовании объемных зарядов и последующей нейтрализации их. Нейтрализация зарядов связана с рассеянием энергии, следствием которого является электрическое, механическое и химическое воздействие на окружающий диэлектрик. В результате развиваются местные дефекты в изоляции, что приводит к снижению ее электрической прочности, возрастанию диэлектрических потерь и, в конечном счете, к сокращению срока службы. Также при несинусоидальном напряжении на зажимах батареи конденсаторов в их диэлектрике появляются дополнительные активные потери, обусловленные высшими гармониками. В условиях промышленных предприятий, как правило, конденсаторы, периодически оказываются в режиме, близком к резонансу токов на частоте какой-либо из гармоник; вследствие систематических перегрузок они быстро выходят из строя.

Как видно из вышесказанного, конденсаторные установки - одни из наиболее чувствительных к несинусоидальности электроаппараты, поэтому изучение влияния на них высших гармоник является очень актуальной проблемой.

Обзор существующих методов решения задачи. Предполагаемая научная новизна

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.

Научная новизна данной работы состоит том, что эта задача решается в рамках концепции динамического моделирования последствий воздействия помехи на конденсаторную установку. Универсальность такого подхода обусловлена отсутствием ограничений по типу помехи (на вход модели могут быть поданы случайные, периодические или постоянные процессы).

Рассмотрим также возможные модели замещения КУ.

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 2000Гц. 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 [5-8] 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.

Рисунок 1 - Cхема замещения конденсатора

Представленная динамическая модель может быть использована в настоящей работе. Вместе с тем, также предполагается рассмотреть более сложные модели.

Цели и задачи работы

Целью работы является создание динамической модели КУ для оценки влияния несинусоидальности напряжения.

Данная модель может быть реализована, например, в программной среде Mathlab. В частности, с помощью встроенной библиотеки визуального моделирования Simulink.

Весь процесс моделирования условно можно разделить на два этапа.

Первый - это определение частотных характеристик и передаточной функции моделируемой системы.

Второй этап - моделирование системы на основе передаточной функции.

На первом этапе для определения передаточной функции модели КУ была выполнена реализация схемы замещения КУ в соответствии со структурными схемами, приведенными в [2]. На рис. 2 показана компьютерная схема замещения КУ с шестью "сериесными" цепями. Схема набирается из блоков Series RLC Branch, в свойствах которых задаются параметры элементов.

Компьютерная реализация схемы замещения КУ
Рисунок 2 - Компьютерная реализация схемы замещения КУ
(анимация выполнена в программе GIF Animator, количество кадров - 6, повторов - ∞)

С помощью программы, написанной в среде Mathlab, предполагается управлять данной моделью:

  • задавать начальные условия;
  • изменять вид графика помехи.

Предполагаемая практическая ценность

Полученную динамическую модель предполагается использовать для оценки неблагоприятного воздействия высших гармоник на КУ (возрастание потерь активной мощности, снижение срока службы).

Заключение

  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.

Здесь представлен не окончательный вариант реферата. Исследования по данной теме продолжаются. Окончательный вариант работы можно получить у автора или научного руководителя после декабря 2010 года.

Литература

  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.