Реферат з теми випускної роботи
Введення
Зростання одиничної потужності споживачів з різекозмінним навантаженням у системах електропостачання промислових підприємств призводить до збільшення відхилень і коливань напруги. Погіршення якості електроенергії веде до значних втрат. Для забезпечення якості електроенергії потрібні додаткові витрати. У зв'язку з цим виникають завдання достовірного оцінювання показників якості електроенергії.
Актуальність теми. Існуючі методи не враховують нестаціонарність режимів роботи ДСП, тому актуальною стає задача вдосконалення методики оцінки відхилень і коливань напруги в цих умовах.
Мета роботи:
1. Вдосконалення методів розрахунку дози флікера.
2. Оцінювання доз флікера напруги в мережах з ДСП.
3. Оцінка ефективності заходів щодо забезпечення якості електроенергії.
Ідея роботи. Вихідними даними для виконання роботи є оцифровані криві струму і напруги, отримані за допомогою реєстратора РЕКОН.
Згідно з [1] відхилення напруги характеризуються показником усталеного відхилення напруги. Коливання напруги характеризуються: залежностями допустимих розмахів зміни напруги частоти їх появи і дозою флікера.
Для вимірювання дози флікера використовують прилад, який називається флікерметром. Відповідно до ГОСТ Р 51317.4.15-99 він складається з п'яти блоків, які виконують такі завдання:
- моделювання реакції ланцюга «лампа-око-мозок»;
- статистичний аналіз флікера в реальному часі і відображення результатів вимірювань [2].
У використовуваної в цьому приладі моделі «лампа-око-мозок» не враховується повільна адаптація зору, що веде до значних похибок в розрахунку низькочастотної складової флікера. Тому в роботі пропонується вдосконалення методики розрахунку дози флікера. Крім того передбачається дослідити вплив нестаціонарності навантаження ДСП на зміну відхилення напруги та дози флікера протягом плавки.
Основні завдання розробок і досліджень:
- оцінити ЕМС за відхиленнями і коливань напруги по експериментальним записам кривих напруги і струму при роботі ДСП;
- вдосконалення методів розрахунку дози флікера;
- розробка програми розрахунку показників ЕМС за кривими напруги і струму ДСП.
Методика і методи досліджень:
- методика експериментальних досліджень з використанням реєстратора РЕКОН;
- методи теорії ймовірності та статистичної динаміки.
Наукова новизна даної роботи полягає в обліку повільної адаптації зору при розрахунку і вимірі доз флікера.
Практичне застосування:
- вдосконалення прийнятої флікер-моделі;
- створення користувальницького програмного забезпечення для оцінювання показників ЕМС в проектній практиці.
Огляд досліджень і розробок по темі. Великий внесок у вирішення проблем, пов'язаних з якістю електроенергії, внесли такі вчені як І. В. Жежеленко, А. К. Шидловський, І. І. Карташов, П. Боджер, Д. Бредлі, С. Mirra, С. Gilbek, I . Sora. У ДонНТУ питаннями нормування якості енергоспоживання займаються такі вчені: Е. Г. Курінний, О. М. Дмитрієва та А. Д. Коломитцев.
1 Нормування ЯЕ за відхиленнями і коливаннями напруги
Відповідно до ГОСТ 13109-97 відхилення напруги характеризується показником усталеного відхилення напруги, для якого встановлено наступні норми
- нормально припустимі та гранично допустимі значення усталеного відхилення напруги δUy на висновках приймачів електричної енергії дорівнюють відповідно ± 5 і ± 10% від номінальної напруги електричної;
– нормально припустимі та гранично допустимі значення усталеного відхилення напруги в точках загального приєднання споживачів електричної енергії до електричних мереж напругою 0,38 кВ і більше повинні бути встановлені в договорах на користування електричною енергією між енергопостачальною організацією і споживачем з урахуванням необхідності виконання норм цього стандарту на висновках приймачів електричної енергії.
Коливання напруги характеризуються наступними показниками:
- розмахом зміни напруги;
- дозою флікера.
Гранично допустимі значення розмаху зміни напруги δUt в точках загального приєднання до електричних мереж при коливаннях напруги, що огинає яких має форму меандру, в залежності від частоти повторення змін напруги FδUt або інтервалу між змінами напруги Δti,i+1 рівні значень, що визначаються за кривою 1 рисунка 1, а для споживачів електричної енергії, які мають лампами розжарювання, в приміщеннях, де потрібна значна зорова напруга, - рівні значень, що визначаються за кривою 2 рисунки 1. Перелік приміщень з розрядами робіт, що вимагають значного зорового напруги, встановлюють у нормативних документах, що затверджуються в установленому порядку.
Рисунок 1 - Гранично допустимі розмахи зміни напруги в залежності від частоти повторення змін напруги за хвилину для коливань напруги, що мають форму меандру
Значення похибки вимірювань показників ЯЕ повинні знаходитися в інтервалі, обмеженому гранично допустимими значеннями, зазначеними в таблиці 1.
2 Дугові сталеплавильні печі
ДСП, представляючи собою потужну резкопеременную навантаження, дуже впливають на зміну напруги, в першу чергу, на власних шинах ГПП системи електропостачання. Зміни на шинах харчування ДСП, в першу чергу, проявляються у вигляді відхилень напруги, найважливішого показника якості електроенергії і, в цілому, ЕМС.
Рисунок 2 - Дугова піч постійного струму
До основних видів завад, що викликаються роботою ДСП, можна віднести: коливання струму в широких межах від нуля до струму експлуатаційного КЗ (ЕКЗ), різкозмінні зміни активної і реактивної потужностей та ін.. Як відомо, струм дуги залежить від цілого ряду випадкових факторів: коливання температури , хімічного складу шихти і металу, рух металу і шлаку, іонізації дугового проміжку, стану футеровки, електромагнітних сил пружних коливань електродів і інших. Період розплавлення супроводжується значними коливаннями реактивної та активної потужностей ДСП в діапазоні 0,1 ... 15 Гц
Будучи великими споживачами електричної енергії ДСП справляють істотний вплив на якість електричної енергії, створюють в живильній системі електропостачання практично всі види кондуктивних електромагнітних завад, викликаючи спотворення напруги у вигляді несиметрії, несинусоїдальності, відхилень і коливань напруги. [4] У найбільшій мірі генерування ЕМС проявляється в період розплавлення. Період розплавлення супроводжується значними коливаннями активної і реактивної потужностей ДСП в діапазоні 0,1 ... 15 Гц [5,6].
Оскільки ДСП, як правило, живляться від окремих збірних шин, то при аналізі слід виділяти ті викривлення напруги в живильній СЕС, які будуть відображатися на режимах роботи електроприймачів, чутливих до електромагнітних перешкод, створюваних навантаженням ДСП.
Дослідження показують, що відхилення напруги, визначаються потужністю навантаження ДСП. Відхилення напруги, складові на шинах живлення ДСП -5 ...- 10%, впливають на зміну продуктивності ДСП і практично не впливають на інші електроприймачі в СЕС, якщо ДСП підключені до окремих збірних шин СЕС.
Основними джерелом спотворення кривої струму і напруги є випрямно-інверторне навантаження перетворювачів.
В даний час встановлено, що широко поширеним видом спотворень в електричних мережах є вищі гармоніки. Через кілька років рівні гармонік перевершать норми, якщо не будуть вжиті заходи щодо їх зниження.
Останнім часом доводиться рахуватися і з вищими гармоніками, що генеруються ДСП змінного струму, так як зростає виробництво сталі в дугових електропечах і потужність самих ДСП.
Подальший розвиток сталеливарного виробництва, пов'язаного з переходом виплавки сталі від мартенів в дугових електропечах, збільшення потужності ДСП ставить питання про необхідність подальшого розвитку методів розрахунку і зниження рівня вищих гармонік в промислових мережах.
Зі зростанням потужностей ДСП і інтенсифікацією процесу плавки підвищуються вимоги до якості управління режимом ДСП, особливо в період розплавлення, що характеризується максимальними споживанням електроенергії і спотвореннями живлячої напруги. Відхилення від раціонального режиму в цей період призводять до дуже істотних втрат продуктивності, електричної енергії. Енергетичні витрати при виплавці сталі в ДСП можуть бути скорочені шляхом наукового визначення раціонального режиму і забезпечення точності його підтримки. Визначення об'єктивно існуючих спотворень напруги живлення при дотриманні раціонального режиму ДСП дозволить повніше і глибше вирішувати проблеми раціонального побудови СЕС промислових підприємств з ДСП і забезпечити допустимі значення коливань напруги для всього різноманіття чутливих до них електроприймачів вже на стадії проектування СЕС. До застосування спеціального електрообладнання (СТК), що вимагає додаткових витрат, слід вдаватися лише після того, як будуть вичерпані схемні рішення та заходи. Тому в цій роботі переважно розглядаються схемні рішення і заходи для забезпечення допустимих коливань напруги в СЕС.
Завдання вивчення впливу ДСП на живильну СЕС повинна спиратися на вивчення технологічних особливостей ДСП і розробці методів розрахунку та визначення кондуктивних електромагнітних завад, що представляються показниками якості електроенергії, що виникають в СЕС, оцінку ступеня, виду їх впливу та пошук засобів їх зменшення[2].
3 Оцінювання ЕМС за відхиленнями і коливань напруги
3.1 Оцінка відхилень напруги в електричних мережах
Відхилення напруги можуть виникати як з вини енергосистеми, так і з вини споживача; пов'язані з небалансів реактивної потужності.
У ГОСТ 13109-97 описана методика визначення відхилень напруг. Якість електричної енергії по сталому відхиленню напруги в точці загального приєднання до електричної мережі вважають відповідним вимогам цього стандарту, якщо всі виміряні за кожну хвилину протягом встановленого періоду часу (24 год) значення усталеного відхилення напруги перебувають в інтервалі, обмеженому гранично допустимими значеннями, а не менше 95% виміряних за той же період часу значень усталеного відхилення напруги перебувають в інтервалі, обмеженому нормально допустимими значеннями.
Додатково допускається визначати відповідність нормам стандарту за сумарною тривалості часу виходу виміряних значень даного показника за нормально і гранично допустимі межі.
При цьому якість електричної енергії по сталому відхиленню напруги вважають відповідним вимогам цього стандарту, якщо сумарна тривалість часу виходу за нормально допустимі значення становить не більше 5% від встановленого періоду часу, тобто 1 год 12 хв, а за гранично допустимі значення - 0 % від цього періоду часу[1].
3.2 Імітація коливань напруги в завдань електромагнітної сумісності
У деяких задачах електромагнітної сумісності (ЕМС) для забезпечення достовірності потрібно розглядати процес u (t) зміни за часом миттєвих значень напруги (криву напруги): наприклад, при оцінці несинусоїдальності по коливань напруги. У стандарті [1] рекомендується лише приблизне рішення: крива напруги приймається у вигляді кусочно-лінійної функції. До того ж при цьому існує невизначеність у виборі виду апроксимації: на рис. 3, а з цього стандарту ординати з'єднані похилими прямими, а на тому ж рис. 3, б - вертикальними стрибками. Це веде до похибки в імітації миттєвих значень і, як наслідок, в оцінках показників ЕМС.
а
б
Рисунок 3 - Коливання напруги довільної форми (а) і мають форму меандру (б)
Рисунок 4
Імітація напівхвилях синусоїд. У проектуванні за графіком струму розраховуються втрати напруги з середнім значенням 
. Як на рис. 4 з [1], тренд вважається незмінним: V = 1, тому коливання напруги і напруга на шинах складають 
Це означає, що вісь часу графіка коливань напруги збігається з горизонталлю одиниця на графіку напруги. Оскільки флікермодель не пропускає постійної складової, при V = 1 паралельний перенос осі часу не впливає на результат розрахунку доз флікера.
Згідно [1] процес 
являє собою гратчасту функцію з кроком θ, тому на кожному інтервалі θ процес можна приблизно уявити напівхвилях синусоїд. Їх вершини розташовуються посередині інтервалів з абсциссами 
, де k = 1, 2, ... - номер інтервалу. Для цих моментів часу діючі значення півхвиль повинні збігатися з 
Цей процес є безперервним, але на зазначеному діапазоні похідні будь-якого порядку змінюються стрибком - при нерівності абсолютних значень вершин сумісних інтервалів. Крім того, за винятком прямокутних коливань, напівхвилі синусоїд виходять за межі огинають процесу. Похибка буде тим більше, чим ближче частота модуляції до 50 Гц.
Періодичні коливання. Застосування методу півхвиль спочатку розглянемо на прикладі меандру (рис. 1, а) і гармонійного коливання (рис. 1, б) з розмахом δU і частотою λ = 25 Гц, коли в періоді tλ=1/λ=0,04 з розташовується ціле число s = 2 циклів t50 = 0, 02 з синусоїди 50 Гц. При одиночному тренді напруга на шинах періодично змінюється від 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). У разі меандру в циклі tl буде дві напівхвилі з амплітудою і дві - Інтегрування при ω100 = 200π дає безперервну функцію
де множники 100 і 200 мають розмірність 1 / с. Її графік показаний на рис. 1, а потовщеною лінією. Розмах коливань залишився без зміни, але коливання істотно відрізняються від ідеалізованого прямокутника (пунктир): сумарна довжина горизонтальних ділянок зменшилася на 2θ (з 0,04 до 0,02 с), а стрибки відсутні. Це призводить до зменшення доз флікера напруги.
Рисунок 5 - Імітація прямокутних і гармонійних коливань з частотами: а, б - 25 Гц; в, г - 100 / 3 Гц
Розглянутий приклад показує, що відтворити прямокутні коливання неможливо - тільки при малих частотах, менших 5 Гц, похибка не буде великою.
Перейдемо до випадку, коли цикл коливання не є кратним 0,02 с, що не дозволяє виконати імітацію точно за цикл tλ. Подолання цієї принципової труднощі можна здійснити двома способами: округлити тривалість циклу в меншу і більшу сторони до кратних 0,02 с значень tλ1 і tλ2 або збільшити тривалість циклу до величини Тλ, що перевищує tλ.
Для ідеалізованого гармонійного коливання вираз є єдиним, але громіздким. У нього входять частоти 100 Гц, 100 Гц, λ, 2λ, 2(50 – λ), 100 – λ і 100 + λ. Це свідчить про те, що точно відтворити гармонійні коливання неможливо. В окремих випадках деякі частоти зникають при інтегруванні. Так, при частоті 25 Гц відсутня частота 100 Гц. На рис. 1, б, г потовщеними лініями показано графіки цих функцій, які також відрізняються від заданих (пунктир), однак у меншому ступені [7].
3.3 Доза флікера. Флікерметр
Відповідно до ГОСТ флікер є суб'єктивним сприйняттям людини коливань світлового потоку штучних джерел освітлення, викликаних коливаннями напруги в електричній мережі, яка живить ці джерела. Дозою флікера називають міру сприйнятливості людини до впливу флікера за встановлений проміжок часу.
Коливання струму, що протікає через опір мережі, викликає падіння напруги, що змінюється в тій же мірі, що і струм. Зміни падіння напруги можуть бути досить великі, при цьому мерехтіння електричного освітлення в офісі або в будинку негативно впливає на людей. Наслідки цього можуть змінюватися від незначного роздратування до ризику для здоров'я, особливо для тих, хто схильний до епілепсії.
Можна зробити висновок, що ступінь мерехтіння, що дратує людей - це природний спосіб оцінки частини обладнання для ефективного поліпшення якості електропостачання. Величина зміни світла має зв'язок з роздратуванням, яке сприймається спостерігачем. Ступінь коливань також впливає на людей, але її сприйняття ледь помітним; наприклад, лампа, мерехтлива десять разів на хвилину, буде більше дратувати, ніж лампа, яка мерехтить один або два рази на хвилину або навіть мерехтіння, відбувається кілька сотень разів на хвилину.
Тестування електричного обладнання може здійснюється з використанням флікерметра та калібрувальних опорів. Тестування здійснюється за допомогою підсилювачів потужності з певним спотворенням продуктивності ( < 3%) і певними вихідними опорами. Робота флікерметра полягає у використанні комплекту фільтрів для моделювання реакції людського ока і мозку на мерехтіння світла. Незважаючи на складнощі, з точки зору випробувачів, процедура зводиться до досить простим електричним вимірюванням за допомогою каліброваного обладнання. Однофазна структурна схема вимірювань показана на рисунке2.
Рисунок 6 - Тестування електричного обладнання, за допомогою флікерметра і опорів
Таким чином, тенденції до поліпшення якості харчування призводять до визнання компаніями електропостачання проблеми флікера. У зв'язку з необхідністю проводити вимірювання поширених типів обладнання, які є причинами цих проблем, ведуться розробки вимірювальних приладів, одним з них є флікерметр [8].
Висновки
ДСП характеризуються резкопеременним і випадковим споживанням реактивної та активної потужностей, що призводить до відхилень і коливань напруги.
ИВихідними даними для виконання роботи, а точніше оцінюванні ЕМС за відхиленнями і коливань напруги, є оцифровані криві струму і напруги, отримані за допомогою реєстратора РЕКОН.
В даний час у використовуваному флікерметре не враховується повільна адаптація зору, що веде до значних похибок в обліку низькочастотної складової флікера, тому в роботі пропонується вдосконалення методики розрахунку дози флікера. Крім того передбачається дослідити вплив нестаціонарності навантаження ДСП на зміну відхилення напруги та дози флікера протягом плавки.
При написанні даного реферату магістерська робота не завершена. Остаточний варіант роботи можна отримати у автора або наукового керівника після грудня 2011 року
Список літератури
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.