ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ
24 сентября 2010В системах электроснабжения, в различных электроустановках при нормальных и аварийных режимах генерируется энергия искажения (некачественная электрическая энергия (ЭЭ)), которая определяется высшими гармониками и различного вида асимметриями, очень часто её объёмы сопоставимы с объемом качественной электрической энергии (КЭЭ) прямой последовательности по первой гармонике [1]. Потоки некачественной ЭЭ приводят к выходу из строя электрооборудования, сказываются на нормальных режимах работы электроустановок, вызывают существенные потери ЭЭ и рост электропотребления, а также ухудшают показатели КЭЭ, что в ряде случаев затрудняет сертификацию ЭЭ.
На данный момент существует ряд предложений по повышению КЭЭ, основанных на использовании различного вида фильтров, в том числе предлагается использовать активные фильтры [2]. Эти подходы не позволяют оптимально решать проблему повышения КЭЭ в точках общего присоединения (ТОП). Это связано с одной стороны с тем, что фильтрация, в том числе и активная способна повышать КЭЭ только для стационарных режимов. С другой стороны, использование фильтров приводит к значительному росту потерь ЭЭ [3]. При динамических режимах, которые протекают в электрических сетях, в частности системах тягового электроснабжения (СТЭ), с постоянно меняющимися параметрами нагрузки нужно использовать другие методы и средства повышения КЭЭ.
Перечисленное выше обусловило разработку нового подхода решения проблемы повышения КЭЭ для любых режимах электрической сети исключающего рост потерь ЭЭ. Этот подход основан на выделении тем или иным способом некачественной ЭЭ, определяемой мощностью искажения, и дальнейшем использовании её (утилизации). Реализацией этого подхода является способ повышения КЭЭ основанный на выделении из трехфазной сети мощности искажения, связанной в основном с системами нулевой последовательности первой и высшими гармониками напряжения.
Для точного и достоверного анализа основных электромагнитных процессов протекающих в устройствах реализующим «Способ повышения КЭЭ в электрической сети» [4] была разработана, собрана и испытана лабораторная установка. Как показали, результаты испытаний применение данного способа позволяет решать проблему повышения КЭЭ, а также обеспечивает утилизацию (использование) некачественной ЭЭ.
Для регистрации, измерения, обработки и сохранения измерительной информации использовался измеритель электропотребления и анализатор показателей КЭЭ ИВК «ОМСК-М» с программным обеспечением «ОМСК – ПКЭ». Данный информационный измерительный комплекс способен измерять значения тока и напряжения по сороковую гармонику, а также показатели КЭЭ согласно номенклатуре ГОСТ 13109-97 [5].
Измерения проводились при различных значениях сопротивления, от короткого замыкания до холостого хода, а в ряде случаев параллельно сопротивления подключалась ёмкость С. Несинусоидальность тока и напряжения задавалась нелинейными индук-тивностями и диодом. Несимметрия в цепи задавалась и корректировалась путем изменений двух сопротивлений.
В таблице 1 приведены действующие значения тока и напряжения, а также активная, реактивная, полная мощности и значения cos и tg угла φ по первой гармонике.
Таблица – 1. Параметры электропотребления по первой гармонике до включения установки
|
Величины |
Значения по фазе А |
Значения по фазе С |
Значения по фазе С |
Сумма |
|
Ij[А] |
0,007 |
0,212 |
0,355 |
|
|
Ui[В] |
120,2 |
109,72 |
237,91 |
|
|
Pi [Вт] |
0,287 |
16,639 |
83,099 |
100,025 |
|
Q1[вар] |
-0,746 |
16,311 |
-14,591 |
0,974 |
|
Si [ВА] |
0,799 |
23,301 |
84,37 |
100,03 |
|
COS |
0,359 |
0,714 |
0,985 |
|
|
Tg |
-2,599 |
0,98 |
-0,176 |
66
В таблице 2 приведены значения параметров КЭЭ.
|
Величины |
Значения |
|
К0(коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательность), % |
58,64 |
|
KUa (коэффициент искажения сину-соидаль ности кривой напряжения) по фазе А, % |
42,09 |
|
KUb (коэффициент искажения сину-соидаль ности кривой напряжения) по фазе В, % |
8,98 |
|
KUc(коэффициент искажения сину-соидаль-ности кривой напряжения) по фазе С, % |
2,44 |
|
U1 напряжение прямой последова-тельнос-ти по первой гармонике, В |
61,01 |
|
U0 напряжение нулевой последователь-ности по первой гармонике, В |
37,72 |
Таблица – 2. Параметры КЭЭ по напряжению
На рисунке 1 приведены коэффициенты n-ой гармонической составляющей напряжения KU(n) (спектр гармоник напряжений) и спектр гармоник тока.
Рис. 1 – Спектр гармоник тока и напряжения
Нарушение допустимых и предельно допустимых параметров КЭЭ: коэффициента несимметрии по нулевой последовательности K0, коэффициента синусоидальности кривой напряжения KU, коэффициентов n-ой гармонической составляющей KU(n). После включения устройства по повышению КЭЭ, наблюдалось значительное повышения показателей КЭЭ.
В таблице 3 приведены действующие значения тока и напряжения, а также активная, реактивная, полная мощности и значения cos и tg угла φ по первой гармонике после включения установки по повышению КЭЭ.
|
Величины |
Значения по фазе А |
Значения по фазе В |
Значения по фазе С |
Сумма |
|
I1А] |
0,048 |
0,282 |
0,172 |
|
|
U1В] |
233,49 |
281,5 |
412,03 |
|
|
P1Вт] |
4,211 |
73,052 |
66,442 |
144,7 05 |
|
Q1вар] |
10,311 |
31,028 |
-24,945 |
16,39 4 |
|
SiВА] |
11,138 |
79,368 |
70,971 |
145,6 3 |
|
COS |
0,378 |
0,92 |
0,936 |
|
|
Tg |
2,449 |
0,425 |
-0,375 |
Таблица – 3. Параметры электропотребления по первой гармонике после включения установки