Реферат по теме выпускной работы
Введение
Рост единичной мощности потребителей с резкопеременной нагрузкой в системах электроснабжения промышленных предприятий приводит к увеличению отклонений и колебаний напряжений. Искажение качества электроэнергии ведет к значительным ущербам. Для обеспечения качества электроэнергии требуются дополнительные затраты. В связи с этим возникают задачи достоверного оценивания показателей качества электроэнергии.
Актуальность темы. Существующие методы не учитывают нестационарность режимов работы ДСП, поэтому актуальной становится задача усовершенствования методики оценки отклонений и колебаний напряжений в этих условиях.
Цель работы:
1. Совершенствование методов расчета дозы фликера.
2. Оценивание доз фликера напряжения в сетях с ДСП.
3. Оценка эффективности мер по обеспечению качества электроэнергии.
Идея работы. Исходными данными для выполнения работы являются оцифрованные кривые тока и напряжения, полученные с помощью регистратора РЕКОН.
Согласно [1] отклонение напряжения характеризуется показателем установившегося отклонения напряжения. Колебания напряжения характеризуются: зависимостями допустимых размахов изменения напряжения частоты их появления и дозой фликера.
Для измерения дозы фликера используют прибор, который называется фликерметром. Согласно ГОСТ Р 51317.4.15-99 он состоит из пяти блоков, которые выполняют следующие задачи:
- моделирование реакции цепи «лампа-глаз-мозг»;
-статистический анализ фликера в реальном времени и отображение результатов измерений[2].
В используемой в этом приборе модели «лампа-глаз-мозг» не учитывается медленная адаптация зрения, что ведет к значительным погрешностям в учете низкочастотной составляющей фликера. Поэтому в работе предлагается совершенствование методики расчета дозы фликера. Кроме того предполагается исследовать влияние нестационарности нагрузки ДСП на изменение отклонения напряжения и дозы фликера в течение плавки.
Основные задачи разработок и исследований:
– оценить ЭМС по отклонениям и колебаниям напряжения по экспериментальным записям кривых напряжения и тока при работе ДСП;
– совершенствование методов расчета дозы фликера;
– разработка программы расчета показателей ЭМС по кривым напряжения и тока ДСП.
Методика и методы исследований:
– методика экспериментальных исследований с использованием регистратора РЕКОН;
– методы теории вероятности и статистической динамики.
Научная новизна данной работы состоит в учете медленной адаптации зрения при расчете и измерении доз фликера.
Практическое применение:
– совершенствование принятой фликер-модели;
– создание пользовательского программного обеспечения для оценивания показателей ЭМС в проектной практике.
Обзор исследований и разработок по теме. Большой вклад в решение проблем, связанных с качеством электроэнергии, внесли такие ученые как И. В. Жежеленко, А. К. Шидловский, И. И. Карташев, П. Боджер, Д. Брэдли, С. Mirra, С. Gilbek, I. Sora. В ДонНТУ вопросами нормирования качества электроэнегрии занимаются такие ученые: Э. Г. Куренный, Е. Н. Дмитриева и А. Д. Коломытцев.
1 Нормирование КЭ по отклонениям и колебаниям напряжения
Согласно ГОСТ 13109-97 отклонение напряжения характеризуется показателем установившегося отклонения напряжения, для которого установлены следующие нормы:
– нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения δUy на выводах приемников электрической энергии равны соответственно ±5 и ±10% от номинального напряжения электрической;
– нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения в точках общего присоединения потребителей электрической энергии к электрическим сетям напряжением 0,38 кВ и более должны быть установлены в договорах на пользование электрической энергией между энергоснабжающей организацией и потребителем с учетом необходимости выполнения норм настоящего стандарта на выводах приемников электрической энергии.
Колебания напряжения характеризуются следующими показателями:
– размахом изменения напряжения;
– дозой фликера.
Предельно допустимые значения размаха изменения напряжения δUt в точках общего присоединения к электрическим сетям при колебаниях напряжения, огибающая которых имеет форму меандра, в зависимости от частоты повторения изменений напряжения FδUt или интервала между изменениями напряжения Δti,i+1 равны значениям, определяемым по кривой 1 рисунка 1, а для потребителей электрической энергии, располагающих лампами накаливания, в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение, – равны значениям, определяемым по кривой 2 рисунка 1. Перечень помещений с разрядами работ, требующих значительного зрительного напряжения, устанавливают в нормативных документах, утверждаемых в установленном порядке.
Рисунок 1 – Предельно допускаемые размахи изменения напряжения в зависимости от частоты повторения изменений напряжения за минуту для колебаний напряжения, имеющих форму меандра
Значения погрешности измерений показателей КЭ должны находиться в интервале, ограниченном предельно допускаемыми значениями, указанными в таблице 1.
2 Дуговые сталеплавильные печи
ДСП, представляя собой мощную резкопеременную нагрузку, оказывают большое влияние на изменение напряжения, в первую очередь, на собственных шинах ГПП системы электроснабжения. Изменения на шинах питания ДСП, в первую очередь, проявляются в виде отклонений напряжения, важнейшего показателя качества электроэнергии и, в целом, ЭМС.
Рисунок 2 – Дуговая печь постоянного тока
К основным видам помех, вызываемых работой ДСП, можно отнести: колебания тока в широких пределах от нуля до тока эксплуатационного КЗ (ЭКЗ), резкопеременные изменения активной и реактивной мощностей и др. Как известно, ток дуги зависит от целого ряда случайных факторов: колебания температуры, химического состава шихты и металла, движение металла и шлака, ионизации дугового промежутка, состояния футеровки, электромагнитных сил упругих колебаний электродов и других. Период расплавления сопровождается значительными колебаниями реактивной и активной мощностей ДСП в диапазоне 0,1... 15 Гц
Являясь крупными потребителями электрической энергии ДСП оказывают существенное влияние на качество электрической энергии, создают в питающей системе электроснабжения практически все виды кондуктивных электромагнитных помех, вызывая искажения напряжения в виде несимметрии, несинусоидальности, отклонений и колебаний напряжения.[4] В наибольшей мере генерирование ЭМП проявляется в период расплавления. Период расплавления сопровождается значительными колебаниями активной и реактивной мощностей ДСП в диапазоне 0,1…15 Гц [5,6].
Поскольку ДСП, как правило, питаются от отдельных сборных шин, то при анализе следует выделять те искажения напряжения в питающей СЭС, которые будут отражаться на режимах работы электроприемников, чувствительных к электромагнитным помехам, создаваемых нагрузкой ДСП.
Исследования показывают, что отклонения напряжения, определяются мощностью нагрузки ДСП. Отклонения напряжения, составляющие на шинах питания ДСП -5...-10%, влияют на изменение производительности ДСП и практически не оказывают влияние на другие электроприемники в СЭС, если ДСП подключены к отдельным сборным шинам СЭС.
Основными источником искажения кривой тока и напряжения является выпрямительно-инверторная нагрузка преобразователей.
В настоящее время установлено, что широко распространенным видом искажений в электрических сетях являются высшие гармоники. Через несколько лет уровни гармоник превзойдут нормы, если не будут приняты меры по их снижению.
В последнее время приходиться считаться и с высшими гармониками, генерируемыми ДСП переменного тока, так как растет производство стали в дуговых электропечах и мощность самих ДСП.
Дальнейшее развитие сталелитейного производства, связанного с переходом выплавки стали от мартенов в дуговых электропечах, увеличение мощности ДСП ставит вопрос о необходимости дальнейшего развития методов расчета и снижения уровня высших гармоник в промышленных сетях.
С ростом мощностей ДСП и интенсификацией процесса плавки повышаются требования к качеству управления режимом ДСП, особенно в период расплавления, характеризующийся максимальными потреблением электроэнергии и искажениями питающего напряжения. Отклонения от рационального режима в этот период приводят к весьма существенным потерям производительности, электрической энергии. Энергетические затраты при выплавке стали в ДСП могут быть сокращены путем научного определения рационального режима и обеспечения точности его поддержания. Определение объективно существующих искажений питающего напряжения при соблюдении рационального режима ДСП позволит полнее и глубже решать проблемы рационального построения СЭС промышленных предприятий с ДСП и обеспечить допустимые значения колебаний напряжения для всего многообразия чувствительных к ним электроприемников уже на стадии проектирования СЭС. К применению специального электрооборудования (СТК), требующего дополнительных затрат, следует прибегать лишь после того, как будут исчерпаны схемные решения и мероприятия. Поэтому в настоящей работе преимущественно рассматриваются схемные решения и мероприятия для обеспечения допустимых колебаний напряжения в СЭС.
Задача изучения влияния ДСП на питающую СЭС должна опираться на изучение технологических особенностей ДСП и разработке методов расчета и определения кондуктивных электромагнитных помех, представляемых показателями качества электроэнергии, возникающих в СЭС, оценку степени, вида их влияния и поиск средств их уменьшения[2].
3 Оценивание ЭМС по отклонениям и колебаниям напряжения
3.1 Оценка отклонений напряжения в электрических сетях
Отклонения напряжения могут возникать как по вине энергосистемы, так и по вине потребителя; связаны с небалансом реактивной мощности.
В ГОСТ 13109-97 описана методика определения отклонений напряжений. Качество электрической энергии по установившемуся отклонению напряжения в точке общего присоединения к электрической сети считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если все измеренные за каждую минуту в течение установленного периода времени (24 ч) значения установившегося отклонения напряжения находятся в интервале, ограниченном предельно допустимыми значениями, а не менее 95 % измеренных за тот же период времени значений установившегося отклонения напряжения находятся в интервале, ограниченном нормально допустимыми значениями.
Дополнительно допускается определять соответствие нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода измеренных значений данного показателя за нормально и предельно допустимые пределы.
При этом качество электрической энергии по установившемуся отклонению напряжения считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если суммарная продолжительность времени выхода за нормально допустимые значения составляет не более 5 % от установленного периода времени, т. е. 1 ч 12 мин, а за предельно допустимые значения — 0 % от этого периода времени[1].
3.2 Имитация колебаний напряжения в задач электромагнитной совместимости
В некоторых задачах электромагнитной совместимости (ЭМС) для обеспечения достоверности нужно рассматривать процесс u(t) изменения по времени мгновенных значений напряжения (кривую напряжения): например, при оценке несинусоидальности по колебаниям напряжения. В стандарте [1] рекомендуется лишь приблизительное решение: кривая напряжения принимается в виде кусочно-линейной функции. К тому же при этом существует неопределенность в выборе вида аппроксимации: на рис. 3, а из этого стандарта ординаты соединены наклонными прямыми, а на том же рис. 3, б - вертикальными прыжками. Это ведет к погрешности в имитации мгновенных значений и, как следствие, в оценках показателей ЭМС.
а
б
Рисунок 3 – Колебания напряжения произвольной формы (а) и имеющие форму меандра (б)
Рисунок 4
Имитация полуволнами синусоид. В проектировании по графику тока рассчитываются потери напряжения со средним значением 
. Как на рис. 4 из [1], тренд считается неизменным: V = 1, поэтому колебания напряжения и напряжение на шинах составляют 
Это означает, что ось времени графика колебаний напряжения совпадает с горизонталью единица на графике напряжения. Поскольку фликермодель не пропускает постоянной составляющей, при V = 1 параллельный перенос оси времени не влияет на результат расчета доз фликера.
Согласно [1] процесс 
представляет собой решетчатую функцию с шагом θ, поэтому на каждом интервале θ процесс можно примерно представить полуволнами синусоид. Их вершины располагаются посередине интервалов с абсциссами 
, где k = 1, 2, ... - номер интервала. Для этих моментов времени действующие значения полуволн должны совпадать с 
поэтому на k-м интервале ординаты полуволн по абсолютному значению будут в √2 раз больше, что для k-го интервала дает
Этот процесс является непрерывным, но на указанном диапазоне производные любого порядка меняются скачком - при неравенстве абсолютных значений вершин совместимых интервалов. Кроме того, за исключением прямоугольных колебаний, полуволны синусоид выходят за пределы огибающих процесса. Погрешность будет тем больше, чем ближе частота модуляции до 50 Гц.
Периодические колебания. Применение метода полуволн сначала рассмотрим на примере меандра (рис. 1, а) и гармонического колебания (рис. 1, б) с размахом δU и частотой λ = 25 Гц, когда в периоде tλ=1/λ=0,04 с с располагается целое число s = 2 циклов t50 = 0,02 с синусоиды 50 Гц. При одиночном тренде напряжение на шинах периодически меняется от 1+δU/2 до 1-δU/2.
В случае меандра в цикле tλ будет две полуволны с амплитудой и две - В2=√2(1-δU/2). Интегрирование при ω100 = 200π дает непрерывную функцию
где множители 100 и 200 имеют размерность 1/с. Ее график показан на рис. 1,а утолщенной линией. Размах колебаний остался без изменения, но колебания существенно отличаются от идеализированного прямоугольника (пунктир): суммарная длина горизонтальных участков уменьшилось на 2θ(с 0,04 до 0,02 с), а прыжки отсутствуют. Это приводит к уменьшению доз фликера напряжения.
Рисунок 5 - Имитация прямоугольных и гармонических колебаний с частотами: а, б - 25 Гц; в, г - 100/3 Гц
Рассмотренный пример показывает, что воспроизвести прямоугольные колебания невозможно - только при малых частотах, меньших 5 Гц, погрешность не будет большой.
Перейдем к случаю, когда цикл колебания не является кратным 0,02 с, что не позволяет выполнить имитацию точно за цикл tλ. Преодоление этой принципиальной трудности можно осуществить двумя способами: округлить продолжительность цикла в меньшую и большую стороны к кратных 0,02 с значений tλ1 и tλ2 или увеличить продолжительность цикла до величины Тλ, превышающую tλ.
Для идеализированного гармонического колебания выражение является единственным, но громоздким. В него входят частоты 100 Гц, 100 Гц, λ, 2λ, 2(50 – λ), 100 – λ и 100 + λ. Это свидетельствует о том, что точно воспроизвести гармонические колебания невозможно. В отдельных случаях некоторые частоты исчезают при интегрировании. Так, при частоте 25 Гц отсутствует частота 100 Гц. На рис. 1, б, г утолщенными линиями показано графики этих функций, которые также отличаются от заданных (пунктир), однако в меньшей степени[7].
3.3 Доза фликера. Фликерметр
В соответствии с ГОСТ фликер является субъективным восприятием человека колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети, питающей эти источники. Дозой фликера называют меру восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный промежуток времени.
Колебание тока, протекающего через сопротивление сети, вызывает падение напряжения, изменяющееся в той же степени, что и ток. Изменения падения напряжения могут быть достаточно велики, при этом мерцание электрического освещения в офисе или в доме негативно влияет на людей. Последствия этого могут изменятся от незначительного раздражения до риска для здоровья, особенно для тех, кто предрасположен к эпилепсии.
Можно сделать вывод, что степень мерцания, раздражающая людей – это естественный способ оценки части оборудования для эффективного улучшения качества электроснабжения. Величина изменения света имеет связь с раздражением, которое воспринимается наблюдателем. Степень колебаний также влияет на людей, но ее восприятие едва различимо; например, лампа, мерцающая десять раз в минуту, будет больше раздражать, чем лампа, которая мерцает один или два раза в минуту или даже мерцание, происходящее несколько сотен раз в минуту.
Тестирование электрического оборудования может осуществляется с использованием фликерметра и калибровочных сопротивлений. Тестирование осуществляется при помощи усилителей мощности с определенным искажением производительности ( < 3%) и определенными выходными сопротивлениями. Работа фликерметра заключается в использовании комплекта фильтров для моделирования реакции человеческого глаза и мозга на мерцание света. Несмотря на сложности, с точки зрения испытателей, процедура сводится к довольно простым электрическим измерениям с помощью калиброванного оборудования. Однофазная структурная схема измерений показана на рисунке2.
Рисунок 6 – Тестирование электрического оборудования, с помощью фликерметра и сопротивлений
Таким образом, тенденции к улучшению качества питания приводят к признанию компаниями электроснабжения проблемы фликера. В связи с необходимостью проводить измерения распространенных типов оборудования, которые являются причинами этих проблем, ведутся разработки измерительных приборов, одним из них является фликерметр[8].
Заключение
ДСП характеризуются резкопеременным и случайным потреблением реактивной и активной мощностей, что приводит к отклонениям и колебаниям напряжения.
Исходными данными для выполнения работы, а точнее оценивании ЭМС по отклонениям и колебаниям напряжения, являются оцифрованные кривые тока и напряжения, полученные с помощью регистратора РЕКОН.
В настоящее время в используемом фликерметре не учитывается медленная адаптация зрения, что ведет к значительным погрешностям в учете низкочастотной составляющей фликера, поэтому в работе предлагается совершенствование методики расчета дозы фликера. Кроме того предполагается исследовать влияние нестационарности нагрузки ДСП на изменение отклонения напряжения и дозы фликера в течение плавки.
При написании данного реферата магистерская работа не завершена. Окончательный вариант работы можно получить у автора или научного руководителя после декабря 2011 года.
Список литературы
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.
2. ГОСТ Р 51317.4.15-99. Совместимость технических средств электромагнитная. Фликерметр. Технические требования и методы испытаний [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gostrf.com/standart/Pages_gost/27528.htm
3. Салтыков В. М. Электромагнитная совместимость и энергосберегающие режимы электротехнического комплекса «система электроснабжения-дуговая сталеплавильная печь» / В. М. Салтыков //: диссертация ... доктора технических наук : 05.09.03 Тольятти, 2003 400 c. : 71 04-5/480
4. Салтыков В. М., Салтыкова О. А. Колебания напряжения в сетях параллельных дуговых сталеплавильных печей / В. М.Салтыков, О. А.Салтыкова // Электричество. 1981, №2, – с 53-56.
5. Д. Аррилага Гармоники в электрических системах / Д.Аррилага, Д. Брэдли, П. Боджер. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 215 с.
6. И.В. Жежеленко Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях//2-е изд., перераб. И доп.,– М.: Энергоатомиздат, 1986 – 186 с.
7. Дмитрієва О. М., Топчій В.О., Юшкова О.І. Імітація коливань напруги у задачах електромагнітної сумісності / О. М.Дмитрієва, В.О.Топчій, О.І. Юшкова //
8. Юшкова Е. И., Дмитриева Е. Н. Зарубежный опыт оценки дозы фликера в действующих сетях / Е. И.Юшкова, Е. Н.Дмитриева // Материалы Всеукраинской научно-технической конференции «Электротехника, электроника и микропроцессорнаятехника» 26–27 мая 2010 года. - Донецк, ДонНТУ - 2010, с. 154-155.