Вступ
Забезпечення електромагнітної сумісності (ЕМС) є одним з основних вимог до систем електропостачання. Завищення оцінок ЕМС призводить до необгрунтованого збільшення капіталовкладень, а заниження - до збитку від додаткових втрат електроенергії, зниження терміну служби електрообладнання, погіршення якості продукції. У зв'язку з цим високі вимоги пред'являються до обгрунтованості і точності методів оцінювання ЕМС як на стадії проектування, так і в експлуатації систем електропостачання.
Проблема ЕМС в певному сенсі аналогічна проблемі охорони навколишнього середовища: зростання потужностей електроприймачів та інтенсифікація режимів їх роботи призводять до спотворення параметрів електричної енергії, що, у свою чергу, негативно позначається на режимах роботи інших електроприймачів мережі. Забезпечення ЕМС пов'язано зі значними витратами, які зумовлюють високі вимоги, які пред'являються до точності та обгрунтованості методів оцінки ЕМС в мережах електропостачання.
Завдання забезпечення ЕМС вирішуються на стадії проектування і в експлуатації, що вимагає створення методів розрахунку і вимірювання показників ЕМС - величин кількісно характеризують властивості ЕМС.
Актуальність
Практична актуальність полягає в тому, що об'єктивна оцінка дозволяє обгрунтовано вибирати засоби для стабілізації (ЕМС) і оцінювати вплив перешкод на електрообладнання.
Звичайно показники ЕМС розраховуються без урахування динамічних властивостей трансформаторів, хоча їх інерційність надає згладжують вплив на перешкоди. Розробка методики оцінки ЕМС з урахуванням трансформаторів обумовлює наукову актуальність.
Запропонована динамічна модель трансформатора для оцінювання його впливу на ЕМС, відрізняється тим, що досліджуються миттєві значення напруги на виході і вході трансформатора.
Практична цінність полягає в тому, що запропонована методика дозволяє врахувати інерційність трансформаторів при оцінці ЕМС.
Мета роботы
Метою роботи є розробка динамічної моделі трансформатора та оцінка його впливу на ЕМС.
Основні завдання досліджень:
- розробити методику, яка дає можливість враховувати інерційність трансформаторів;
- представити динамічну модель трансформатора.
Зміст роботы
В літературі [1] є дві схеми заміщення трансформатора: з послідовним (рис.1, а) і паралельним (рис.1, б) опором у гілки намагнічування. При цьому виходимо з незмінності опорів у гілки намагнічування. Міжвиткові ємності не враховуються, оскільки частотний діапазон не перевищує значення 10000 Гц.
Для аналізу існуючих схем заміщення були проведені дослідження, описані в [2]. За їх результатами було зроблено висновок, що при аналізі процесів зміни миттєвих значень напруги в трансформаторі необхідно використовувати схему заміщення з паралельним з'єднанням елементів у ланцюзі намагнічування, а при завданні коливань діючими значеннями напруги - схемою з послідовним з'єднанням.
б - з паралельними опорами в гілці намагнічування
Також було визначено, що в загальному випадку доцільно застосовувати схему заміщення з ідеальним трансформатором [3].
При проведенні досліджень аналізувалися амплітуда-частотні характеристики (АЧХ) трансформатора за представленими схемами.
Передбачається замінити трансформатор RC-ланкою, так як вид їх перехідних функцій h (t) - близький до експоненціального. Така заміна вдасться істотно спростить розрахунки.
Оцінка впливу гармонік на трансформатор.
Гармоніки напруги викликають у трансформаторах збільшення втрат на гістерезис і втрат, пов'язаних з вихровими струмами в сталі, а так само втрат в обмотках. Скорочується також термін служби ізоляції.
Збільшення втрат в обмотках найбільш важливо в перетворювальної трансформаторі, так як наявність фільтра, який приєднується звичайно до сторони змінного струму, не знижує гармоніки струму в трансформаторі. Тому потрібно встановлювати більшу потужність трансформатора. Спостерігаються також локальні перегріви бака трансформатора.
Негативний аспект впливу гармонік на потужні трансформатори полягає в циркуляції потроєного струму нульової послідовності в обмотках, з'єднаних в трикутник. Це може призвести до її перевантаження.
Функція вихідної напруги u2(t), буде мати вигляд:
де n - номер гармоніки.
Оцінка впливу відхилень напруги на трансформатор.
Відхилення напруги - величина, на яку відрізняється номінальне значення напруги від фактичного, яке знаходиться у встановленому режимі роботи даної системи електропостачання.
Вплив відхилення напруги на роботу технологічних установок: коли рівень напруги знижується, погіршується тих процес, а також збільшується його тривалість. Тому досить сильно збільшується собівартість виробництва. Коли підвищується напруга - знижується період служби устаткування і збільшується ймовірність аварій. Коли є значні відхилення напруги може відбутися зрив тих процесу.
Воздействие отклонения напряжения на работу технологических установок: когда уровень напряжения снижается, ухудшается тех процесс, а также увеличивается его длительность. Поэтому достаточно сильно увеличивается себестоимость производства. Когда повышается напряжение – снижается период службы оборудования и увеличивается вероятность аварий. Когда имеются значительные отклонения напряжения может произойти срыв тех процесса.
Прийнято записувати однохвилинний відхилення, а це досить повільно. У результаті спотворень практично не спостерігається.
Вплив коливань напруги на трансформатор.
Коливання напруги - швидко змінювані відхилення напруги тривалістю від напівперіоду до декількох секунд. Вони відбуваються під впливом швидко змінюється навантаження мережі.
Джерелами коливань напруги є потужні електроприймачі з імпульсним, резкопеременним характером споживання активної та реактивної потужності: дугові й індукційні печі; електрозварювальні машини; електродвигуни при пуску.
Відхилення напруги, посилені резкопеременним характером, ще більше знижують ефективність роботи і термін служби обладнання. Викликають брак продукції. Сприяють відключення автоматичних систем управління та пошкодження обладнання. Так, наприклад, коливання амплітуди і, більшою мірою, фази напруги викликають вібрації електродвигуна, наведених механізмів і систем. Зокрема, це веде до зниження втомної міцності трубопроводів і зниження терміну їхньої служби. А при розмаху коливань більше 15% можуть відключатися магнітні пускачі і реле.
Спотворення кривої напруги можуть бути спричинені як зовнішніми, так і внутрішніми причинами. Зовнішні спотворення обумовлені несінусоідальостью ЕРС генераторів електростанцій, а також потужними нелінійними навантаженнями на сусідніх підприємствах. Джерелами внутрішніх спотворень є потужні електроприймачі з нелінійними вольт-амперними характеристиками (тиристорні перетворювачі, ДСП, насичені магнітні системи та ін.) При експериментальних дослідженнях враховується спільне вплив зовнішніх і внутрішніх спотворень. У проектуванні напруга джерела живлення вважається неспотвореним [4].
Оскільки електроенергія передається на частоті f=50 Гц, процес зміни поточних значень напруги природно представити у вигляді суми двох компонент: синусоїдальної uf(t) з частотою 50 Гц і несинусоїдної
,
які будемо називати синусоїдою і завадою.
Питання виділення синусоїди є ключовим для трактування самого поняття несинусоїдальності. Розглянемо спочатку випадок періодичної перешкоди з тривалістю циклу 
с, яка накладається на синусоїду
,
з несучою кутовий частотою 
.
У проектуванні, коли заданий графік перешкоди, легко реалізуються обидві трактування несинусоїдальності. У діючих мережах виділити синусоїду можна, якщо крива напруги має чітко виражені неспотворені ділянки синусоїди. На цих ділянках певні будь-яким парам ординат параметри синусоїди залишаються незмінними. Несинусоїдальні компонента визначається як різниця між синусоїдою і перешкодою. При відсутності неспотворених ділянок завдання виділення синусоїди не має точного рішення. У зв'язку з цим необхідно оцінювати вплив на електрообладнання всього процесу u (t) або в якості несинусоїдної компоненти орієнтовно приймати суму вищих гармонік, якщо перешкода періодично. Невідповідність між несинусоїдної компонентою та сумою вищих гармонік наочно проявляється, якщо періодична перешкода має тривалість циклу, що відрізняється від 0,02 с.
Звичайно тривалість tf ціле число m разів укладається на інтервалі розкладання, тому основна квазігармоніка має частоту в m разів меншу 50 Гц. При вирішенні завдань необхідно враховувати всі квазігармоікі, а не тільки з частотами, кратними 50 Гц. В іншому випадку оцінка ЕМС буде істотно занижена - тим більше, чим більше m відрізняється від одиниці.
Наявність коливань напруги принципово ускладнює завдання, так як модуляція сигналу 50 Гц призводить до спотворення синусоїди навіть за відсутності джерел перешкод з нелінійними вольт-амперними характеристиками. Наприклад, якщо в мережі спостерігаються гармонійні коливання напруги з розмахом і частотою λ Гц, то миттєві значення напруги визначаються наступним чином при U=UН=1, тобто 
:
,де 
- коефіцієнт модуляції, 
,с – період коливань.
Напрямок майбутніх досліджень
Надалі планується на основі запропонованої методики розробити динамічну модель трансформатора, оцінити його вплив на ЕМС, а також визначити інерційність трансформаторів.
При написанні даного реферату магістерська робота не завершена. Остаточний варіант роботи можна отримати у автора або наукового керівника після грудня 2011 року.
Література
- Кулик Ю.А. Электрические машины / Ю.А. Кулик. – М.: Высшая школа, 1971. – 456 с.
- Коваленко А.A., Куренный Э.Г. Выбор схем замещения трансформатора для анализа колебаний напряжения //Электротехника, электроника и микропроцессорная техника. - 2011.
- Курінний Е.Г., Дмитрієва О. М., Коваленко А.О. Динамічна модель трансформатора для оцінювання електромагнітної сумісності //Праці ДонНТУ (Інформаційний збірник). - 2010.
- Кузнецов В.Г., Куренный Э.Г., Лютый А.П. Электромагнитная совместимость. Несимметрия и несинусоидальность напряжения. – Донецк: «Норд-пресс», 2005. - с.157.
- ГОСТ 30372-95. Межгосударственный стандарт. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения. – Введ. 01.01.1997.
- 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.
- Куренный Э.Г., Ковальчук В.М., Коломытцев А.Д. Оценка качества электроэнергии с использованием моделей объектов. – В кн.: Качество электроэнергии в сетях пром. предприятий. Материалы конференции. – М.: МДНТП, 1977. – С. 23-29.
- Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повышение качества энергии в электрических сетях. – К.: Наукова думка, 1985. – 268 с.
- Шидловский А.К., Куренный Э.Г. Введение в статистическую динамику систем электроснабжения. – Киев: Наукова думка, 1984. – 271 с.
- Куренный Э.Г. Метод парциальных реакций для анализа процессов на выходе линейных фильтров в моделях электромагнитной совместимости / Э.Г. Куренный, А.П. Лютый, Л.В. Черникова // Электричество, 2006, № 10. – С. 11-18.
- CEI/IEC 61000-4-15. Electromagnetic compatibility – Part 4, Section 15: Flickermeter – Functional and design specification. 1997.
- Курінний Е.Г. Доза флікеру при періодичних коливаннях напруги / Е.Г. Курінний, О.М. Дмитрієва, В.О. Топчій // Праці Інституту електродинаміки Нац. академії наук України, 2009, вип. 22. – С. 123-129.