Кондуктивні перешкоди електромагнітної сумісності від дугової електросталеплавильної печі
Зміст
- Вступ
- 1. Актуальність теми
- 2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати
- 3.1 Дуговая сталеплавильна піч
- 3.2 Несинусоїдальність форми кривої напруги і струму
- 3.3 Коливання напруги
- Висновки
- Перелік посилань
Вступ
Дугова сталеплавильна піч (ДСП) створює в електричній мережі різноманітні кондуктивні завади електромагнітної сумісності (ЕМС): відхилення, коливання, насімметрію і несинусоидальность напруги, які негативно впливають на інші електроприймачі.
Вихідними даними для оцінювання ЕМС є отримані дослідним шляхом графіки діючих значень струму I за кожен період 0,02с і осцилограми миттєвих значень струму i в трьох фазах, за якими розраховується параметри ЕМС. Виняток становлять коливання струму, які вимагають графіків діючих значень за напівперіод 0,01с [2].
Першим завданням є розробка математичної моделі вхідних процесів – струмів. Вони представляють випадкові процеси, для яких розраховуються середні значення, кореляційні функції (КФ), а також закони розподілу ординат Останні з них зазвичай апроксимується нормальними розподілами. КФ апроксимується експонентними і експоненціально-косинусоидальной виразами. Нерівномірність графіків навантаження з протягом часу плавки зменшується, тому характеристики струмів визначаються в межах ділянок стаціонарності тривалістю 1 хв.
1. Актуальність завдання
Сумісність суб'єктів різних видів діяльності, процесів, популяцій – це комфортне існування кожного з них при відсутності неприпустимого впливу на інші суб'єкти. У системах електропостачання електрообладнання, прилади, апарати та інші пристрої знаходяться в загальної для них електромагнітному середовищі, причому будь-який з пристроїв є джерелом (генератором) електромагнітних завад, в той же час на нього впливають електромагнітні перешкоди, створювані іншими джерелами. В загальному випадку електромагнітна перешкода характеризується як вплив, спотворює основний сигнал і небажано впливає (чи що може впливати) на нього [4].
Проблема електромагнітної сумісності, що стала актуальною в 1940-х роках для систем передачі інформації, висувається на перший план у всіх областях виробництва, передачі і поширення електроенергії. Ускладнення електричних систем, введення в експлуатацію потужних електроприводів, вентильних перетворювачів, високий ступінь автоматизації виробництва різко загострюють проблему електромагнітної сумісності. Її значимість порівнянна зі значимістю проблем енергозбереження, надійності та енергетичної безпеки.
В системах електропостачання промислового підприємства особливе увага приділяється кондуктивним перешкод, які в мережах трифазного змінного струму визначаються різного роду спотвореннями синусоидальной форми кривих напруг і струму і діючого значення напруги (Відхилення напруги). Ці електромагнітні перешкоди не вичерпують все види перешкод, зазначених у ГОСТ 32144-2013, проте вони є переважаючими, так як мають найбільший вплив на електроприймачі. Значення їх прийнято називати показниками електромагнітної сумісності або показниками якості електроенергії. Проблема якості електроенергії є однією з найважливіших складових частин загальної проблеми електромагнітної сумісності.
2. Мета і завдання дослідження, плановані результати
Отримані результати будуть використані для оцінки ЕМС при роботі ДСП конкретного підприємства. Статичні характеристики параметрів Режиму і ЕМС можуть бути використані в проектуванні нових підприємств з такими ж ДСП.
Основні завдання дослідження:
1. Розробка математичних моделей установок для дослідження впливу на живильну мережу і навантаження.
2. Визначення найбільш раціонального способу зменшення кондуктивних перешкод, що генеруються в мережу живлення дуговими сталеплавильними печами спільно з нелінійним навантаженням.
3. Дослідження ефективності прийнятих схемотехнічних рішень для забезпечення електромагнітної сумісності електротехнологічних установок з дуговими сталеплавильними печами при харчуванні або від енергосистеми, або від автономного джерела електроживлення.
4. Розробка методики розрахунку спеціальних трансформаторів для забезпечення електромагнітної сумісності дугової сталеплавильної піччю з мережею і навантаженням.
5. Дослідження впливу вищих гармонік струму, що генеруються дугової сталеплавильної піччю з нелінійним навантаженням, на збільшення втрат активної потужності в електричній мережі.
Малюнок 1 – Схема електропостачання ДСП
3. Огляд кондуктивних перешкод
3.1 Дуговая сталеплавильна піч
Нелінійність вольт-амперної характеристики дуги призводить до генерації печами струмів вищих гармонік. Форми кривих струму печей у великій мірі залежать від режиму горіння дуги в різні періоди плавки. У початковий період розплавлення ток печі коливається між струмами режиму холостого ходу і короткого замикання, форма кривих струмів значно відрізняється від синусоїдальної. З появою рідкого металу плавку ведуть при короткій дузі, коливання струму порівняно менше. Форма кривих струму поліпшується і наближається до синусоїдальної [3].
В порівнянні з вентильними перетворювачами тієї ж потужності рівні гармонік, що генеруються дуговими печами, виявляються в 3 рази менше. Сказане відноситься до періоду розплавлення, тому для практичних цілей важливо знати рівні гармонік для періоду расплаленія.
Рівень 5, 7, 11 і 13-й гармонік струму, що генеруються електродуговими печами, відносно невеликий. Еквівалентну діюче значення їх не перевищує 10% струму 1-й гармоніки. У токах дугових електропечей містяться також Анормальні 2, 3, 4, 6-я гармоніки. Основними причинами появи анормальних гармонік є безперервна зміна умов горіння дуг печі і неповне вирівнювання опорів короткої мережі. еквівалентну діюче значення струмів вищих гармонік в струмі за рахунок анормальних гармонік зростає в 1,8 (2 рази).
Анімація (13 кадрів, 562 кбайт, повторення постійно) – Принцип дейсвтія електродугової сталеплавильної печі
Дугові вакуумні печі отримують живлення від вентильних перетворювачів, які комутуються по 6-фазній схемі з зрівняльним реактором. Крива струму мережі виявляється такою ж, як і мостових перетворювачів електроприводів. Рівень анормальних гармонік струму виявляється вельми значніше I2 (8%), I3 (6%).
однофазні печі електрошлакової переплавки є практично лінійної навантаженням, оскільки переплав електрода здійснюється за рахунок нагріву злитка в шарі розплавленого електропровідного шлаку.
Рудіотерміческіе печі працюють з шунтуватися дугою, завдяки цьому нелінійність дуги практично не проявляється. Зміст вищих гармонік в струмі печей незначно; рівні 2, 3 і 5-й гармонік струму не перевищують 1,5%, інші гармоніки виявляються набагато менше.
Установки електродугової і контактного зварювання. для установок зварки в якості джерела живлення використовуються напівпровідникові випрямлячі. Токи вищих гармонік, що генеруються зварювальними випрямлячами, різні для окремих режимів роботи зварювальних установок.
В залежності від навантаження випрямляч може працювати в одному з трьох режимів: режимі переривчастих струмів при малих навантаженнях, якому відповідає двохівельни комутація А; середніх навантаженнях В; режимі трехвентільной комутації при великих навантаженнях З [1].
Режим А практичного значення не має. У режимі У рівні 5-й і 7-й гармонік струму виявляються досить нестабільними. Рівень вищих гармонік струму в режимі С значно нижче, ніж в режимі В.
Установки контактного електрозварювання включаються в мережу за допомогою тиристорних ключів. Для плавного регулювання зварювального струму вентильні пристрою забезпечуються системами фазового регулювання застосування фазового регулювання призводить до спотворення форми струму, споживаного зварювальними машинами. Визначальними гармоніками при розкладанні струму є 1, 3 і 5-я. Крім непарних гармонік присутні також парні гармоніки. поява парних гармонік пояснюється розкидом кутів регулювання вентилів. вплив парних вищих гармонік на несинусоидальность струмів зварювальних машин невелика.
Малюнок 2 – Дугова електросталеплавильна піч
3.2 Несинусоїдальність форми кривої напруги і струму.
На сучасних промислових підприємствах значного поширення отримали навантаження, вольт-амперні характеристики яких нелінійні. K їх числа відносяться тиристорні перетворювачі, установки дугового і контактного зварювання, електродуги сталеплавильні і рудотермічні печі, газорозрядні лампи та ін. Ці навантаження споживають з мережі струм, крива якого виявляється несинусоїдної, в результаті виникають нелінійні спотворення кривої напруги мережі або, Несинусоїдальні режими.
Несинусоїдальні режими несприятливо позначаються на роботі силового електрообладнання, систем релейного захисту, автоматики, телемеханіки і зв'язку. Виникаючі при цьому економічні збитки обумовлені головним чином, погіршенням енергетичних показників, зниженням надійності функціонування електромереж і скорочення терміну служби електрообладнання [5].
Основне коло питань, що становлять зміст проблеми несинусоїдальності, зводиться до наступного:
- оцінка електромагнітної сумісності джерел вищих гармонік і інших навантажень;
- кількісна оцінка вищих гармонік струму, що генеруються різними нелінійними навантаженнями, і прогнозування значень вищих гармонік струму і напруги в електромережах.
- зниження рівнів вищих гармонік
Відомо, що будь-яку несинусоїдальну періодичну функцію f ((t) з періодом 2), що задовольняє умові Діріхле можна представити у вигляді суми постійної величини і нескінченної низки синусоїдальних величин з кратними частотами. Такі синусоїдальні складові називаються гармоніками.
Синусоїдальна складова, період якої дорівнює періоду несинусоїдної періодичної величини, називається основною гармонікою. Решта складових синусоїди з частотами з другої по n-ю називаються вищими гармоніками.
Токи вищих гармонік, проходячи по елементам мережі, викликають падіння напруги в опорах цих елементів, які, накладаючись на основну синусоїду напруги, призводять до спотворення форми кривої напруги.
3.3 Коливання напруги
При роботі електроприймачів з резкопеременной ударної навантаженням в електромережі виникають різкі поштовхи споживаної потужності. Це викликає зміни напруги мережі, розмахи яких можуть досягти великих значень. Ці явища мають місце при роботі прокатних електродвигунів, дугових електропечей, зварювальних машин і т.д. зазначені обставини вкрай несприятливо позначаються на роботі всіх Електропривників, підключених до цієї мережі, в тому числі і електроприймачів викликають ці зміни.
Так, наприклад, час зварювання у контактних машин в межах від 0,02 до 0,4 с, то коливання напруги навіть малої тривалості позначаються на Як зварювання [6].
При коливаннях напруги, в результаті яких напруга знижується більш ніж на 15% нижче номінального, можливе відключення магнітних пускачів, які працюють електродвигунів.
На підприємствах з істотною синхронної навантаженням коливання напруги можуть призводити до випадання приводу із синхронізму і розладу технологічного процесу.
Коливання напруги негативно позначається на роботі освітлювальних приймачів. Вони призводять до миготіння ламп, які при перевищенні порога дратівливості можуть відображатися на тривалому сприйнятті людей.
Коливання напруги, що мають місце при роботі великих синхронних двигунів з резкопеременной навантаженням, визначаються з урахуванням перехідних процесів, тому що при цьому потужність, споживана електродвигуном, значно відрізняється від потужності встановленого режиму.
Активний опір всіх елементів мережі, крім кабелів, значно менше індуктивного. Але в заводських мережах великих підприємств при широкому впровадженні токопроводов 6-10 кВ і глибоких вводів 110-220 кВ. Вони стають малопротяженнимі і їх частка різко знижується. Тому вони не мають великого впливу на результуюче значення відносини r/x в цілому по підприємству. Це дозволить спрощено розрахувати коливання напруги при різкозмінних ударних навантаженнях [7].
На основі викладеного можна зробити висновок про те, що при заданих набросах Р і Q значення коливань визначається потужністю к.з. живильної мережі і чим остання вище, тим менше коливання.
Другим істотним джерелом коливань напруги є дугові сталеплавильні печі (ДСП). При роботі ДСП мають місце часті відключення, число яких досягають 10 і більше протягом одного плавки. найбільш важкі умови виходять в період розплавлення металу і на початку окислення. при цьому виникають експлуатаційні поштовхи струму. Значення струму при поштовху залежить від місткості печі, параметрів пічного трансформатора, повного опору короткої мережі.
Малюнок 3 – Криві ДСП: 1 – напруги, 2 – першої гармоніки, 3 – перешкоди
Висновки
Несиметрія найбільше позначається на двигунах. Тому динамічна модель включається в себе блок, що моделює струм двигуна, і ланка квадратического інерційного згладжування, що моделює додатковий нагрів двигуна нісімментріі напруги. Перший блок відповідає схемі заміщення двигуна по струму зворотної послідовності.
Несинусоїдальність сильно впливає на конденсаторні установки, і ізоляцію мережі, і всього електрообладнання. Тут динамічна модель має таку ж структуру, але в першому блоці впливів моделюється ток відповідно до схеми заміщення конденсаторів і ізоляції.
Оскільки постійні часу нагріву конденсаторів і двигунів великі, у другому блоці досить обчислювати ефективні значення струмів, за якими обчислюються температури максимального перегріву, додаткові втрати активної потужності, а також оцінюється скорочення терміну служби.
Отримані результати будуть використані для оцінки ЕМС при роботі ДСП конкретного підприємства. Статичні характеристики параметрів Режиму і ЕМС можуть бути використані в проектуванні нових підприємств з такими ж ДСП.
Список джерел
- В. Г. Кузнецов, Э. Г. Куренный, А. П. Лютый Электромагнитная совместимость. Несимметрия и несинусоидальность напряжения. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: свободный. https://www.twirpx.com/...
- Основные показатели, определяющие качество электроэнергии. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: свободный. https://bobych.ru/...
- И. В. Жежеленко, А. К. Шидловский, Г. Г. Пивняк, Ю. Л. Саенко, Н. А. Нойбергер Электромагнитная совместимость потребителей. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: свободный. http://ir.nmu.org.ua/...
- И. В. Жежеленко, А. К. Шидловский, Г. Г. Пивняк. Электромагнитная совместимость потребителей. 2012 г. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: свободный. http://eom.com.ua/...
- Э. Хабигер Электромагнитная совместимость – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: свободный. https://docs.wixstatic.com/...
- А. К. Шидловский, Э. Г. Куренный Введение в статистическую динамику систем электроснабжения [Электронный ресурс]. – Режим доступа: свободный. https://www.twirpx.com/...
- Оценка и нормирование несимметрии напряжений в системах электроснабжения общего назначения Э. Г. Куренный, Е. Н. Дмитриева, А. П. Лютый, О. А Сидоренко [Электронный ресурс]. – Режим доступа: свободный. http://masters.donntu.ru/...