Електромагнітна сумісність в низьковольтних електричних мережах з нелінійними споживачами
Теорія електромагнітної сумісності в низьковольтних електричних мережах з нелінійними споживачами, визначення параметрів несинусоїдальності струмів і напруг. Розробка засобів забезпечення електромагнітної сумісності та рекомендацій щодо їх застосування.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 27.07.2014 |
| Размер файла | 76,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Показано, що розглянуті фільтри, завдяки своїм конструктивним особливостям, повинні мати опір на частотах гармонік, кратних трьом, дуже малий, а на частотах гармонік, не кратних трьом, дуже великий. Тому представлення такого фільтру в схемі заміщення у вигляді сполучення активних і реактивних елементів, а також його математичний опис - дуже непроста задача. Вирішено цю задачу методами імітаційного моделювання з залученням комп'ютерної програми схемотехнічного моделювання PSpice. Наприклад, у випадку успішної фільтрації струмів гармонік, кратних трьом, у навантажувальному вузлі ГРЩ миттєві значення фазних струмів розглянутого фільтру Ф1 де - миттєві значення фазних струмів навантаження Н1 і стояка відповідно; k- коефіцієнт, що враховує неідеальність елементів фільтру.
Для побудови моделі фільтра використано модель аналогового компоненту “джерело струму, кероване струмом”, за допомогою якої реалізовано вираз (1). В результаті розроблено імітаційну модель фільтрації струмів вищих гармонік для трифазних чотирипровідних мереж за допомогою фільтрів струмів гармонік, кратних трьом.
Проведено аналіз ефективності фільтрації вищих гармонік з використанням зазначених фільтрів у мережах НН різного виконання. Визначено, що ефективність фільтрації залежить від величини б1, потужності трансформатора, параметрів навантажувального режиму і несиметрії електричних навантажень, а також місця установки фільтра. Встановлено, що найбільш ефективною, з погляду зниження KU на затискачах електроприймачів групової мережі, є робота розглянутих фільтрів у мережі з трансформатором потужністю 100 кВА, при підключенні у вузлі РЩ, у випадку несиметрії нелінійних споживачів і при малих значеннях коефіцієнтів завантаження електроустаткування. При цьому використання фільтрів струмів гармонік, кратних трьом, в електричних мережах будинків дозволяє зменшити KU в характерних навантажувальних вузлах у 23 рази.
На рис.11 представлено залежності, які ілюструють ефективність фільтрації вищих гармонік при підключенні фільтра на РЩ у різних варіантах виконання мережі НН з трансформатором потужністю 100 кВА. При цьому криві 1 показують зміну від б1 для трьох варіантів виконання мережі без підключення фільтру: з трансформатором зі схемою з'єднання обмоток зірка-зірка з нулем і кабелем стояка перетином мм (верхня крива 1), з трансформатором зі схемою з'єднання обмоток трикутник-зірка з нулем і кабелем стояка того ж перетину (середня крива 1), а також з трансформатором зі схемою з'єднання обмоток трикутник-зірка з нулем і кабелем стояка перетином 4 50 мм (нижня крива 1). Криві 2 показують зміну від б1 для двох варіантів виконання мережі при підключенні фільтру: з трансформатором зі схемою з'єднання обмоток зірка-зірка з нулем і кабелем стояка перетином мм (верхня крива 2), а також з трансформатором зі схемою з'єднання обмоток трикутник-зірка з нулем і кабелем стояка перетином 4 50 мм (нижня крива 2). З рисунку видно, що тільки використання фільтра без проведення організаційно-технічних заходів щодо зниження еквівалентного опору нульової послідовності мережі забезпечує істотне зниження KU.
Розроблено рекомендації щодо використання фільтрів даного типу для забезпечення ЕМС споживачів низьковольтних електричних мереж. Відзначено, що зазначені рекомендації повинні базуватися на результатах попередніх досліджень, які включають аналіз складу, характеру і місць підключення нелінійних електроприймачів, визначення варіанту виконання основних елементів мережі, а також проведення розрахунків чи вимірів рівнів вищих гармонік у характерних навантажувальних вузлах. При цьому бажано також прогнозувати зростання нелінійних навантажень і враховувати перспективи розвитку електричної мережі будинку.
В шостому розділі представлено отримані в роботі результати практичного застосування способів і засобів забезпечення ЕМС у мережах НН. Проведено експериментальну перевірку роботи електромагнітних фільтруючих пристроїв різних модифікацій у низьковольтних електричних мережах загального і спеціального призначення. Визначено, що застосування фільтрів струмів гармонік, кратних трьом, у трифазних мережах з нульовим проводом дозволяє знизити коефіцієнт спотворення синусоїдальності кривих фазних напруг в окремих випадках приблизно в 3 рази. Експериментально підтверджено рекомендації щодо використання фільтрів даного типу для забезпечення ЕМС споживачів у мережах НН. Зокрема, показано залежність ефективності фільтрації вищих гармонік від відносної величини струмів гармонік, кратних трьом, і параметрів несиметрії електричних навантажень. Запропоновано з урахуванням багатофункціональності розглянутих фільтруючих КП використовувати їх (на підставі результатів попереднього аналізу несинусоїдальності струмів і напруг), як обов'язкові елементи низьковольтної електричної мережі будинку при її організації з погляду забезпечення ЕМС електроприймачів.
Розроблено принципи побудови і проведено порівняльний аналіз сучасних систем електроживлення складних радіоелектронних комплексів (РЕК). Встановлено, що особливо важливим вирішення проблеми забезпечення ЕМС, а також змушеного завищення встановленої потужності і масогабаритних показників енергоустаткування в результаті його завантаження неактивними складовими повної потужності є для автономних, зокрема, суднових електроенергетичних систем. Показано, що протиріччя між загальною вимогою зменшення масогабаритних показників суднового енергоустаткування і необхідністю згаданого завищення його встановленої потужності може бути вирішено шляхом використання в якості вхідної ланки систем вторинного електроживлення (СВЕЖ) радіоелектронної апаратури перетворювачів з поліпшеною ЕМС. Для ілюстрації переваг систем електроживлення з поліпшеною ЕМС проведено порівняльний аналіз енергетичних показників СВЕЖ одного з суднових РЕК. Запропоновано методику визначення енергетичних показників СВЕЖ за результатами розрахунку енергоспоживання випрямляча з відомими параметрами (вхідного ланцюга розглянутої СВЕЖ). Визначено, що застосування СВЕЖ з поліпшеною ЕМС дозволяє майже в 2 рази зменшити її повну потужність, приблизно в 3 рази знизити амплітуди потужності і вхідного струму і практично виключити його вищі гармоніки.
Визначено, що організувати штучний нульовий провід для підключення СВЕЖ з однофазними випрямлячами на вході до трифазного трипровідної електричної мережі можна за допомогою фільтрів струмів нульової послідовності. Встановлено, що ефективна стабілізація нульової точки навіть при істотній несиметрії фазних навантажень забезпечується конструкцією фільтру, що дозволяє знизити до мінімуму опір нульової послідовності при максимально можливому опорі прямої послідовності. У результаті проведених розрахунків установлено, що при використанні розроблених пристроїв для організації штучного нульового проводу забезпечується значення напруги нульової послідовності (з урахуванням аварійного виходу з ладу одного чи двох вхідних однофазних модулів) не більш 3%.
Показано, що в зв'язку з поширенням на енергетичних об'єктах, що в умовах експлуатації піддаються інтенсивному впливу електромагнітних завад (ЕМЗ), електронного устаткування загострюється проблема його ЕМС із системою електроживлення. Для вивчення реальних електромагнітних умов на об'єкті проведено дослідження і виміри ЕМЗ у ланцюгах власних потреб (ВП) і оперативного струму (ОС) на двох характерних енергооб'єктах: Київській ТЕЦ-5 і підстанції “Північна-330 кВ”. Запропоновано принципи побудови систем гарантованого електроживлення для енергооб'єктів на основі існуючих елементів системи електроживлення і додаткових технічних засобів захисту від ЕМЗ. При цьому існуючими елементами є мережа ВП, забезпечена надійним резервуванням, і система постійного ОС зі штатними акумуляторною батареєю і засобами автоматичного регулювання напруги. В якості додаткових обов'язкових елементів СГЕ, що пройшли дослідну перевірку на діючих енергооб'єктах, запропоновано два види фільтруючих пристроїв - для фільтрації струмів вищих гармонік на низьких частотах і для придушення високочастотних та імпульсних завад. В результаті, при підключенні засобів релейного захисту та автоматики, обчислювальної техніки, зв'язку та телемеханіки до загальностанційної мережі ВП, яка повинна бути укомплектована запропонованими фільтрами для захисту від ЕМЗ, можна забезпечити гарантоване електроживлення згаданих засобів.
В додатку подано акти впровадження результатів дисертаційної роботи.
ВИСНОВКИ
В дисертаційній роботі розвинуто теорію ЕМС в низьковольтних електричних мережах з нелінійними споживачами, створено моделі і методики для дослідження параметрів несинусоїдальності струмів і напруг, розроблено на основі результатів досліджень способи і засоби забезпечення електромагнітної сумісності та рекомендації щодо їх застосування.
При цьому отримано наступні основні результати:
1. Встановлено, що в теперішній час в низьковольтних мережах житлових і громадських будинків отримали широке розповсюдження порівняно малопотужні нелінійні електроприймачі, в першу чергу, перетворювачі з безтрансформаторним входом, в якості вхідної ланки яких використовується мережний випрямляч з ємнісним фільтром. Незважаючи на малу потужність цих споживачів електроенергії, їх масове застосування поряд з великими значеннями опорів нульової послідовності елементів трифазних чотирипровідних мереж є основною причиною значних спотворень синусоїдальності кривих напруг у мережах НН. Показано, що негативний вплив несинусоїдальності напруг і струмів на різні види електроустаткування приводить у сучасних СЕП до серйозного техніко-економічного збитку. Визначено, що проблема ЕМС є проблемою спільного функціонування різних електроприймачів у конкретній СЕП. При цьому в умовах насиченості нелінійними електроспоживачами домінуючим фактором погіршення ЯЕ і порушення ЕМС в електричних мережах будинків і споруд стає несинусоїдальність струмів і напруг.
2. Проведено порівняльний аналіз існуючих математичних моделей, які дозволяють проводити дослідження електромагнітних процесів в мережах НН з нелінійними навантаженнями з метою визначення їх впливу на мережу з урахуванням конкретних параметрів мережі і навантаження. Розглянуті математичні моделі низьковольтних мереж з нелінійним навантаженням дозволяють проводити розрахунок струмів і напруг мереж НН з зосередженим в одному вузлі навантаженням. Це можуть бути або нерозгалужені автономні мережі з навантаженням, що має у своєму складі радіоелектронну апаратуру з джерелами вторинного електроживлення з безтрансформаторним входом, або розподільчі (міські чи сільські) мережі НН, що живлять навантаження великих об'єктів (будинків, підприємств), яке має у своєму складі нелінійні електроприймачі. Встановлено, що існуючі моделі не дозволяють визначити величину вищих гармонік струмів і напруг внутрішньої мережі електропостачання будинку, а також параметри несинусоїдальності напруг на затискачах підключених до неї електроприймачів.
3. Розроблено модель електричної мережі будинку з урахуванням параметрів її основних елементів, що дозволяє визначати значення спотворень синусоїдальності кривих струмів і напруг на затискачах електроприймачів, підключених у будь-якій точці мережі НН, що моделюється. Удосконалена схема заміщення мережі НН ускладнюється за рахунок додаткового урахування основних елементів внутрішньої електричної мережі будинку і відповідних груп електроприймачів, які підключаються до її характерних навантажувальних вузлів. З метою одержання оптимальної кількості навантажувальних вузлів, до яких підключаються окремі групи електроприймачів з їх конкретними параметрами, запропоновано метод еквівалентування навантажень і побудови еквівалентної схеми заміщення мережі. Встановлено, що оптимальною для проведення моделювання і аналізу режимів електричної мережі будинку з несиметричними нелінійними електроприймачами є схема заміщення, яка враховує чотири характерних навантажувальних вузли (ГРЩ, РЩ і два вузли (розетки) групової мережі).
4. Запропоновано методологію визначення параметрів схеми заміщення конкретної мережі НН і підключених до неї електроприймачів на підставі загальноприйнятих норм і підходів до проектування подібних електричних мереж. При цьому в якості характерних нелінійних електроприймачів розглянуто персональні комп'ютери і принтери. З урахуванням отриманих параметрів схеми заміщення проведено моделювання сталих режимів і розрахунок струмів і напруг конкретної електричної мережі громадського будинку.
5. Запропоновано метод аналізу мереж НН із нелінійними навантаженнями з використанням традиційних моделей, який дозволяє, не конкретизуючи нелінійне навантаження, розглядати конкретну низьковольтну мережу з певними параметрами. В результаті аналізу розгорнутих схем заміщення з джерелами струмів вищих гармонік сформульовано основні положення, описано механізм і складові формування несинусоїдальності напруг у будь-якому навантажувальному вузлі мережі НН. При цьому визначено, що спотворення синусоїдальності кривої напруги на затискачах будь-якого електроприймача складається з власного і придбаного спотворення. Отримано вирази для визначення величини падінь напруги від струмів вищих гармонік через величину втрат напруги в різних елементах мережі НН. З використанням отриманих виразів розроблено метод оцінки впливу величини втрат напруги в лініях на величину несинусоїдальності напруги у вузлах.
6. Встановлено, що величина частки нелінійного навантаження найбільш істотно впливає на форму кривих струмів і напруг у мережах НН. Запропоновано підхід, який дозволяє визначити обґрунтовані межі зміни б1 для обраного складу нелінійних електроприймачів, характеристики будинку і прийнятого варіанту виконання його електричної мережі. В результаті проведених розрахунків визначено, що при б1>0,22 струм у нейтралі трансформатору та у нульовому проводі зовнішньої живильної лінії складає 25 30% фазного струму зовнішньої живильної мережі, а струм у нульовій жилі кабелю стояка - 70 90% відповідного фазного. В такий спосіб у розглянутих навантажувальних режимах порушується відома технічна вимога про те, що для трансформаторів зі схемою з'єднання обмоток зірка-зірка з нулем допускається струм у нейтралі трансформатору не більш 25% номінального, а діюче значення струму в нульовій жилі кабелю стояка досягає величини припустимого тривалого навантаження для кабелю прийнятого перетину нульової жили.
7. Для визначення ступеня впливу нелінійних електроприймачів на мережу при зміні величини частки нелінійного навантаження знайдено значення KU в характерних вузлах низьковольтної мережі. Встановлено, що основний внесок (80 90%) у величину несинусоїдальності напруги на затискачах електроприймачів, підключених через розетки до електричної мережі будинку, вносить складова несинусоїдальності напруги на вводі в будинок (на ГРЩ). В результаті розрахунку отримано, що при б1= 0,333 величина коефіцієнту спотворення синусоїдальності кривої напруги на ГРЩ перевищує 14%, а в розетках віддаленої кімнати будинку - 17%. Встановлено, що при б1>0,22 у різних точках електричної мережі будинку перевищує гранично припустиме відповідно ГОСТ 13109-97 значення 12%. При цьому коефіцієнт третьої гармоніки напруги на затискачах розглянутих електроприймачів істотно перевищує гранично припустиме відповідно ГОСТ 13109-97 значення 7,5%.
8. За допомогою методу оцінки впливу втрат напруги в лініях на величину несинусоїдальності напруги у вузлах отримано кількісні характеристики зазначеного впливу при різних значеннях б1. Встановлено, що при б1>0,22 збільшення втрат напруги ДU в мережі на 3% викликає збільшення на затискачах електроприймачів розглянутої лінії групової мережі на 3 4%. При цьому частка зазначеного збільшення , що визначається збільшенням на 1% ДU у стояку, складає 70 75%. Визначено співвідношення між величиною втрат напруги в лініях та їх довжиною, що дозволяє оцінити вплив зміни довжини розглянутих лінійних елементів мережі на величину несинусоїдальності напруги.
9. Встановлено, що при зміні потужності трансформатора на величину вищих гармонік у першу чергу впливають його конструктивні особливості, які визначають величину опору нульової послідовності трансформатора. Зокрема, за рахунок відносного зменшення опору нульової послідовності при використанні трансформатора потужністю 250 кВА значення зменшуються на 30 40% від відповідних значень при використанні трансформатора потужністю 100 кВА. Показано, що використання трансформатора зі схемою з'єднання обмоток трикутник-зірка з нулем приводить, з одного боку, до небажаного збільшення струмів нульового проводу, а з іншого - до відчутного зниження KU в мережах НН. Наприклад, при б1= 0,333 струм у нейтралі трансформатора складає близько 55% його фазного струму, а струм у нульовій жилі кабелю стояка - близько 115% фазного струму кабелю стояка. Визначено, що зменшився на 30 40% від його величини при використанні трансформатора зі схемою з'єднання обмоток зірка-зірка з нулем і практично не перевищує гранично припустиме відповідно ГОСТ 13109-97 значення 12%. Встановлено, що підвищення потужності живильного трансформатора не приводить до істотного зниження несинусоїдальності напруг на затискачах електроприймачів. Навіть при 10-ти кратному завищенні потужності живильного трансформатора KU на затискачах електроприймачів групової мережі знижується менше, ніж у 2 рази.
10. Показано, що в низьковольтній електричній мережі конкретного об'єкту величина KU протягом робочого дня змінюється в широких межах (у два рази) в залежності від величини частки нелінійного навантаження всієї мережі будинку б1, що визначається навантажувальним режимом мережі відповідно до сезонного добового графіку навантажень. Обґрунтовано можливість виникнення схованого збільшення частки нелінійного навантаження за рахунок нерівномірного підключення протягом доби окремих груп електроприймачів при незмінній сумарній установленій потужності нелінійних електроприймачів будинку. Визначено, що влітку KU на 520% більше відповідних (за часом доби) KU для зимового робочого дня (великі значення збільшення відповідають меншим значенням б1), в основному, за рахунок літнього схованого збільшення частки нелінійного навантаження всієї мережі будинку.
11. Визначено, що в електричних мережах будинків дуже часто має місце несиметрія вищих гармонік, що виникає при несиметричному підключенні нелінійних електроприймачів в результаті спільної дії та взаємного впливу зміни форми кривих фазних струмів і напруг у порівнянні з симетричним режимом. Встановлено можливі випадки виникнення несиметрії вищих гармонік, коли за рахунок схованого збільшення б1 в окремих фазах може виникнути істотне збільшення KU (на 20ч25% у порівнянні з симетричним режимом) у різних вузлах електричної мережі будинку.
12. Запропоновано принципи побудови математичних моделей навантажувальних вузлів з нелінійними електроприймачами для низьковольтних мереж. В результаті аналізу розроблених математичних моделей навантажувальних вузлів отримано аналітичні вирази для визначення величини несинусоїдальності фазної напруги через величину несинусоїдальності струму будь-якого лінійного електроприймача, включеного на фазну напругу в розглянутому вузлі. З використанням зазначених виразів і отриманих у роботі залежностей величини струмів вищих гармонік від конкретних параметрів елементів мережі і навантаження розроблено оригінальну методику визначення несинусоїдальності фазних напруг через відому величину проектних навантажувальних параметрів cos ц і б.
13. В результаті проведеного аналізу причин і закономірностей росту рівня вищих гармонік встановлено, що величину несинусоїдальності струмів і напруг у мережах НН, в основному, визначають конструктивні особливості побудови трифазних чотирипровідних мереж, співвідношення опорів окремих їх елементів і величина частки нелінійного навантаження. Отримані результати дозволяють сформулювати вимоги до елементів мережі НН при її організації з погляду забезпечення ЕМС електроприймачів. При незмінній величині частки нелінійного навантаження одним з основних шляхів вирішення проблеми на етапі проектування мережі може стати зниження еквівалентного опору нульової послідовності низьковольтної мережі. Для цього, зокрема, пропонується використовувати трансформатори зі схемою з'єднання обмоток трикутник-зірка з нулем (і зірка-зиґзаґ з нулем), а також підвищувати їх потужність і збільшувати перетин нульового проводу мережі. Показано, що найбільш перспективним напрямком рішення проблеми забезпечення ЕМС у низьковольтних електричних мережах з нелінійними споживачами є виключення “спотворюючих” енергоспоживачів шляхом широкого використання перетворювачів з поліпшеної ЕМС. Встановлено, що в теперішній час у мережах НН доцільним є проведення заходів щодо зниження еквівалентного опору нульової послідовності мережі, а також застосування спеціальних фільтруючих КП. При цьому рекомендації щодо використання різних способів і засобів забезпечення ЕМС повинні базуватися на аналізі процесів в електричній мережі конкретного об'єкту.
14. Розроблено імітаційну модель фільтрації струмів вищих гармонік для трифазних чотирипровідних мереж за допомогою фільтрів струмів гармонік, кратних трьом. В результаті проведених розрахунків визначено, що використання зазначених фільтрів в електричних мережах будинків дозволяє зменшити KU в характерних навантажувальних вузлах у 23 рази. Встановлено, що найбільш ефективна, з погляду зниження KU на затискачах електроприймачів групової мережі, робота розглянутих фільтрів у мережі з трансформатором потужністю 100 кВА, при підключенні у вузлі РЩ, у випадку несиметрії нелінійних споживачів і при малих значеннях коефіцієнтів завантаження електроустаткування. Розроблено рекомендації щодо використання фільтрів даного типу для забезпечення ЕМС електроприймачів низьковольтних електричних мереж.
15. Проведено експериментальну перевірку роботи фільтрів струмів гармонік, кратних трьом, у низьковольтних електричних мережах різного призначення. Запропоновано використовувати фільтруючі КП (з урахуванням результатів попереднього аналізу несинусоїдальності струмів і напруг) як обов'язкові елементи низьковольтної електричної мережі будинку при її організації з погляду забезпечення ЕМС електроприймачів. Розроблено принципи побудови систем гарантованого електроживлення для енергооб'єктів на основі існуючих елементів системи електроживлення і додаткових технічних засобів захисту від ЭМЗ. В якості додаткових обов'язкових елементів СГЕ, що пройшли дослідну перевірку на діючих енергооб'єктах, запропоновано два види фільтруючих пристроїв - для фільтрації струмів вищих гармонік на низьких частотах і для придушення високочастотних і імпульсних завад. Розроблено принципи побудови і проведено порівняльний аналіз енергоспоживання з використанням запропонованої методики визначення енергетичних показників СВЕЖ за результатами розрахунку енергоспоживання випрямляча з відомими параметрами (вхідного ланцюгу розглянутої СВЕЖ) сучасних систем електроживлення складних радіоелектронних комплексів.
16. Результати досліджень знайшли практичне застосування в Національному диспетчерському центрі України (м. Київ) при розробці фільтрів для СГЕ оперативних ланцюгів захисту та автоматики, засобів обчислювальної техніки, зв'язку та телемеханіки на електростанціях і підстанціях, в Інституті відновлюваної енергетики (ІВЕ) НАН України (м. Київ) при проектуванні електричної мережі лабораторного корпусу ІВЕ НАН України, а також в Учбовому центрі АК “Київенерго” при викладанні навчального курсу “Показники ЯЕ в низьковольтних електричних мережах”.
ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Жаркин А.Ф., Каплычный Н.Н. Влияние схемы соединения обмоток трансформатора 10/0,4 кВ на величину высших гармоник в низковольтной сети// Техн. электродинамика.- 1994.- №1.- С. 76-79.
2. Липковский К.А., Кирик В.В., Жаркин А.Ф., Самков А.В. Особенности электропитания "энергоэффективных потребителей" // Техн. електродинаміка. Тем. вип. “Моделювання електронних, енергетичних та технологічних систем”.- 1999.- Ч.1.- С. 94-96.
3. Мостовяк И.В., Жаркин А.Ф., Самков А.В. Синтез параметрических цепей уравновешивания системы трехфазных напряжений // Техн. електродинаміка.- 1999.- №3.- С. 39-42.
4. Жаркин А.Ф. Искажение синусоидальности кривых токов и напряжений в низковольтных сетях при различных значениях загрузки питающего трансформатора // Техн.електродинаміка.- 2001.- №6.- С.43-45.
5. Жаркин А.Ф., Каплычный Н.Н. Анализ высших гармоник в низковольтных сетях с помощью традиционных моделей// Пр. Ін-ту електродинаміки НАН України. Електродинаміка: Зб. наук. пр.- Київ: ІЕД НАН України, 2001.- С.91-95.
6. Жаркин А.Ф. Моделирование и расчет токов и напряжений сети низкого напряжения с нелинейной нагрузкой// Пр. Ін-ту електродинаміки НАН України. Енергоефективність: Зб. наук. пр.- Київ: ІЕД НАН України, 2001.- С. 116-121.
7. Мостовяк І.В., Жаркін А.Ф., Зощенко А.В. Вхідний струм реактивного чотириполюсника з випрямним навантаженням // Техн. електродинаміка.- 2001.- №3.- С. 48-50.
8. Мостовяк І.В., Жаркін А.Ф., Зощенко А.В. Моделювання вихідної напруги випрямляча при активно-ємнісному навантаженні // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Електроенергетичні та електромеханічні системи.- 2001.- №421.- С. 127-129.
9. Жаркин А.Ф. Анализ электропотребления импульсного источника электропитания электронной техники // Техн. електродинаміка.- 2002.- №1.- С. 19-21.
10. Жаркин А.Ф., Возный В.А., Бойко П.С. Математическая модель низковольтной сети с нелинейными нагрузками // Техн. електродинаміка. Тем. вип.: “Силова електроніка та енергоефективність”.- 2002.- Ч. 1.- С. 117-119.
11. Жаркин А.Ф. Методика определения параметров схемы замещения низковольтной сети с нелинейными нагрузками // Техн. електродинаміка.- 2002.- № 6.- С. 62-65.
12. Мостовяк И.В., Жаркин А.Ф., Самков А.В. Математическая модель трехфазного мостового выпрямителя с параллельным конденсатором// Пр. Ін-ту електродинаміки НАН України: Зб. наук. пр.- Київ: ІЕД НАН України, 2002.- №3(3).- С.68-69.
13. Жаркин А.Ф. Анализ величины искажений синусоидальности кривых токов и напряжений в электрических сетях жилых или общественных зданий // Техн. електродинаміка.- 2003.- № 2.- С. 62-66.
14. Жаркин А.Ф. Анализ несинусоидальности токов и напряжений в низковольтных сетях с помощью схем замещения с источниками токов высших гармоник // Техн. електродинаміка.- 2003.- № 3.- С. 47-150.
15. Жаркин А.Ф., Каплычный Н.Н. Моделирование фильтрации высших гармоник в низковольтных электрических сетях // Техн. електродинаміка. Тем. вип.: “Силова електроніка та енергоефективність”.- 2003.- Ч. 2.- С. 117-119.
16. Жаркін А.Ф., Лозинський В.А. Технічні засоби захисту від електромагнітних завад в мережах власних потреб і оперативного струму електростанцій та підстанцій //Новини енергетики.- Спец. випуск, серпень.- 2003.- С.61-63.
17. Жаркин А.Ф. Методика определения коэффициента искажения синусоидальности кривых фазных напряжений в низковольтных электрических сетях // Техн. електродинаміка.- 2003.- № 4.- С. 68-72.
18. Жаркин А.Ф. Моделирование и анализ нагрузочных режимов сетей низкого напряжения с нелинейными электроприемниками // Техн. електродинаміка.- 2003.- № 6.- С. 50-53.
19. Жаркин А.Ф. Определение несинусоидальности токов и напряжений в электрических сетях жилых или общественных зданий // Техн. електродинаміка.- 2003.- № 1.- С. 52-56.
20. Жаркин А.Ф. Сравнительный анализ современных систем электропитания сложных радиоэлектронных комплексов // Пр. Ін-ту електродинаміки НАН України: Зб. наук. праць.- К.: Ін-т електродинаміки НАН України, 2003.- №3(6).- С.97-101.
21. Мостовяк И.В., Жаркин А.Ф. Синтез идеальных четырехполюсников для преобразования синусоидального напряжения в постоянное// Пр. Ін-ту електродинаміки НАН України: Зб. наук. праць.- К.: Ін-т електродинаміки НАН України, 2003.- №2(5).- С.7-10.
22. Мостовяк И.В., Жаркин А.Ф. Упрощенная математическая модель низковольтной сети с выпрямительными нагрузками// Пр. Ін-ту електродинаміки НАН України: Зб. наук. пр.- Київ: ІЕД НАН України, 2003.- №1(4).- С. 25-27.
АНОТАЦІЇ
Жаркін А.Ф. Електромагнітна сумісність в низьковольтних електричних мережах з нелінійними споживачами.- Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.14.02 - електричні станції, мережі і системи.- Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2004.
Дисертація присвячена розвитку теорії електромагнітної сумісності в низьковольтних електричних мережах з нелінійними споживачами, створенню моделей і методик для дослідження параметрів несинусоїдальності струмів і напруг і розробці на їх основі рекомендацій щодо застосування способів і засобів забезпечення електромагнітної сумісності.
В роботі одержали подальший розвиток методи аналізу мереж низької напруги з використанням традиційних моделей, вперше розроблено моделі електричної мережі будинку з урахуванням параметрів її основних елементів, характерних електроспоживачів і фільтрів, а також запропоновано методики визначення несинусоїдальності фазних напруг. На основі отриманих результатів сформульовано вимоги до елементів мережі і розроблено рекомендації щодо використання фільтруючих пристроїв для забезпечення електромагнітної сумісності електроспоживачів низьковольтних мереж.
Ключові слова: електромагнітна сумісність, мережі низької напруги, нелінійні споживачі, несинусоїдальність.
Жаркин А.Ф. Электромагнитная совместимость в низковольтных электрических сетях с нелинейными потребителями.- Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.14.02 - электрические станции, сети и системы.- Институт электродинамики НАН Украины, Киев, 2004.
Диссертация посвящена развитию теории электромагнитной совместимости (ЭМС) в низковольтных электрических сетях с нелинейными потребителями, созданию моделей и методик для исследования параметров несинусоидальности токов и напряжений и разработке на их основе рекомендаций по применению способов и средств обеспечения ЭМС.
Показано, что в условиях насыщенности нелинейными электропотребителями несинусоидальность токов и напряжений становится доминирующим фактором ухудшения качества электроэнергии и нарушения ЭМС в электрических сетях зданий и сооружений. Проведен сравнительный анализ существующих математических моделей, которые позволяют проводить исследования электромагнитных процессов в сетях низкого напряжения (НН) с нелинейными нагрузками с целью определения их влияния на сеть с учетом конкретных параметров сети и нагрузки.
Разработана модель электрической сети здания с учетом параметров ее основных элементов, которая позволяет определять значения искажений синусоидальности кривых токов и напряжений на зажимах электроприемников, подключенных в любой точке моделируемой сети НН. Предложены правила эквивалентирования нагрузок и построения эквивалентных схем замещения сети с оптимальным количеством нагрузочных узлов. Разработана методология определения параметров схемы замещения конкретной сети НН и подключенных к ней электроприемников на основании общепринятых норм и подходов к проектированию подобных электрических сетей.
Предложен метод анализа сетей НН с нелинейными нагрузками с использованием традиционных моделей, который позволяет, не конкретизируя нелинейную нагрузку, рассматривать конкретную низковольтную сеть с определенными параметрами. В результате анализа развернутых схем замещения с источниками токов высших гармоник сформулированы основные положения, описаны механизм и составляющие формирования несинусоидальности напряжений в любом нагрузочном узле сети НН. Разработан метод оценки влияния потерь напряжения в линиях на величину несинусоидальности напряжения в узлах.
Установлено, что величина доли нелинейной нагрузки оказывает наиболее существенное влияние на форму кривых токов и напряжений в сетях НН. Определено, что при величине доли нелинейной нагрузки всей сети здания >0,22 коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения в различных точках электрической сети здания превышает предельно допустимое согласно ГОСТ 13109-97 значение 12%. Показано, что повышение мощности питающего трансформатора не приводит к существенному снижению несинусоидальности напряжений на зажимах электроприемников. Даже при 10-ти кратном завышении мощности питающего трансформатора на зажимах электроприемников групповой сети снижается меньше, чем в 2 раза. Обоснована возможность возникновения скрытого увеличения доли нелинейной нагрузки за счет неравномерного подключения в течение суток отдельных групп электроприемников при неизменной суммарной установленной мощности нелинейных электроприемников здания. Определено, что летом на 520% больше соответствующих (по времени суток) для зимнего рабочего дня.
Предложены принципы построения математических моделей нагрузочных узлов с нелинейными электроприемниками для низковольтных сетей. С использованием полученных выражений и зависимостей величины токов высших гармоник от конкретных параметров элементов сети и нагрузки разработана оригинальная методика определения несинусоидальности фазных напряжений по известной величине проектных нагрузочных параметров и . Сформулированы требования к элементам сети НН при ее организации с точки зрения обеспечения ЭМС электроприемников. Установлено, что в настоящее время в сетях НН целесообразно проведение мероприятий по снижению эквивалентного сопротивления нулевой последовательности сети, а также применение специальных фильтрующих корректирующих устройств.
Разработана имитационная модель фильтрации токов высших гармоник для трехфазных четырехпроводных сетей с помощью фильтров токов гармоник, кратных трем, и проведен анализ их эффективности. Разработаны рекомендации по использованию фильтров данного типа для обеспечения ЭМС электроприемников низковольтных электрических сетей. Проведена экспериментальная проверка работы фильтров токов гармоник, кратных трем, в низковольтных электрических сетях различного назначения. Предложены принципы построения систем гарантированного электропитания (СГЭ) для энергообъектов на основе существующих элементов системы электропитания и разработанных технических средств защиты от электромагнитных помех.
Результаты исследований нашли практическое применение в Национальном диспетчерском центре Украины (г. Киев) при разработке фильтров для СГЭ оперативных цепей защиты и автоматики, средств вычислительной техники, связи и телемеханики на электростанциях и подстанциях, в Институте возобновляемой энергетики (ИВЭ) НАН Украины (г. Киев) при проектировании электрической сети лабораторного корпуса ИВЭ НАН Украины, а также в Учебном центре АК “Киевэнерго” при преподавании учебного курса “Показатели КЭ в низковольтных электрических сетях”.
Ключевые слова: электромагнитная совместимость, сети низкого напряжения, нелинейные потребители, несинусоидальность.
Zharkin A.F. Electromagnetic compatibility in low-voltage networks with nonlinear consumers.- Manuscript.
The dissertation for Doctor of technical sciences degree by speciality 05.14.02 - power plants, networks and systems.- Institute of Еlectrodynamics of National Academy of Sciences of Ukraine, Kуіv, 2004.
The dissertation is devoted to the development of the theory of electromagnetic compatibility in the low-voltage networks with a nonlinear consumers, models and procedures was created for the research of nonsinusoidal parameters of currents and voltages. The recommendation for development on their basis of ways and means for providing with electromagnetic compatibility as well perfomed.
This dissertation describes the further development of methods of the analysis of low-voltage networks with usage of conventional models. First time was designed models of an electrical network of building consider to the parameters of its basic elements, typical consumers and filters, also the nonsinusoidality definition procedures of phase voltages was proposed. On the basis of obtained results was formulated the requirements to the network elements and was designed recommendation for usage of the filtering devices providing with electromagnetic compatibility of consumers of low-voltage networks.
Key words: electromagnetic compatibility, low-voltage networks, nonlinear consumers, nonsinusoidality.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Системи рівнянь для розрахунку струмів і напруг в простому і складному електричних колах. Умови використання методу обігу матриці і формул Крамера. Оцінка вірогідності значення струмів згідно закону Кіргхофа. Знаходження комплексного коефіцієнта передачі.
курсовая работа [255,3 K], добавлен 28.11.2010Розроблення конфігурацій електричних мереж. Розрахунок струмів та напруг на ділянках без урахування втрат та вибір проводів для схем. Особливість вибору трансформаторів. Визначення потужності та падіння напруги на ділянках мережі для схем А і Б.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 17.12.2021Єдина теорія полів і взаємодій у цей час. Об'єднання слабкої й електромагнітної взаємодій елементарних часток. Мрія Ейнштейна у пошуках єдиної теорії будови Всесвіту. Основної ідеї та теоретичні досягнення у теорії суперструн на сьогоднішній день.
курсовая работа [474,6 K], добавлен 25.01.2011Вибір трансформаторів підстанції. Розрахунок струмів КЗ. Обмеження струмів КЗ. Вибір перерізів кабельних ліній. Вибір електричних апаратів і провідників розподільчих пристроїв. Вибір трансформаторів струму. Вибір шин і ізоляторів. Власні потреби підстанці
курсовая работа [560,2 K], добавлен 19.04.2007Розрахунок напруги i струмів електричних кіл в режимi синусоїдального струму на частотах. Векторні діаграми струмів в гілках ЕК. Розрахунок вхідного опору кола. Обчислення падіння напруги на елементі. Комплексна та активна потужність електричного кола.
контрольная работа [341,3 K], добавлен 06.11.2016Ознайомлення з пакетом схемотехнічного моделювання Simulink. Особливості складання схем, використання основних вимірювальних приладів. Складання однофазного простого електричного кола. Вимірювання миттєвого, діючого значеня струмів та напруг на елементах.
лабораторная работа [1,8 M], добавлен 29.03.2015Суть проблеми електромагнітної сумісності у лініях передачі. Джерела електромагнітних впливів. Основні положення теорії взаємних впливів. Взаємні впливи в симетричних та коаксіальних колах. Основні параметри взаємних впливів між колами ліній передачі.
реферат [348,1 K], добавлен 21.03.2011Принцип дії основних електричних вимірювальних приладів. Будова приладів магнітоелектричної, електромагнітної, електродинамічної, теплової, вібраційної, термоелектричної, детекторної та індукційної систем. Історія створення електровимірювальних приладів.
реферат [789,2 K], добавлен 12.12.2013Зміст перетворень в електричних колах та їх розрахунку за допомогою рівнянь Кірхгофа. Метод контурних струмів і вузлових потенціалів. Баланс потужностей та топографічна векторна діаграма. Визначення діючих та миттєвих значень струмів у всіх вітках.
контрольная работа [157,4 K], добавлен 19.08.2011Характеристика цеху, опис технологічного процесу. розподіл електричних навантажень. Розробка принципової схеми живлення, вибір компенсуючих пристроїв. Вибір номінальних струмів. Комутаційна та захисна апаратура. Розрахунок струмів та заземлення.
курсовая работа [504,4 K], добавлен 26.11.2014
