Анализ определения кондуктивной низкочастотной помехи по коэффициенту несинусоидальности кривой напряжения

Антонов Александр Игоревич; Вишнягов Михаил Геннадиевич; Денчик Юлия Михайловна; Зубанов Дмитрий Александрович; Клеутин Владислав Иванович; Руппель Александр Александрович; Сидоренко Александр Александрович

УДК 621.31

А. И. АНТОНОВ М. Г. ВИШНЯГОВ Ю. М. ДЕНЧИК Д. А. ЗУБАНОВ В. И. КЛЕУТИН А. А. РУППЕЛЬ . А. СИДОРЕНКО

Омский институт водного транспорта (филиал) Сибирского государственного университета водного транспорта,

г. Омск

Сибирский государственный университет водного транспорта, г. Новосибирск

АНАЛИЗ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНДУКТИВНОЙ НИЗКОЧАСТОТНОЙ ПОМЕХИ ПО КОЭФФИЦИЕНТУ НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТИ КРИВОЙ НАПРЯЖЕНИЯ_

Описано проведенное испытание на ЗАО «Завод соединительных деталей». Описан способ обработки результатов экспериментальных исследований показателей качества электрической энергии средствами программного продукта в среде разработки LabVIEW. Произведен анализ соответствия суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения на каждой фазе участка предприятия требованиям ГОСТ 32144-2013.

Ключевые слова: качество электроэнергии, коэффициент несинусоидальности напряжения, электромагнитная помеха, осциллограмма напряжений, статистическая обработка данных.

Несинусоидальность напряжения характеризуется искажением синусоидальной формы кривой напряжения. Её появление связано с наличием в сети нелинейных элементов. Промышленными источниками гармонических искажений в СЭС общего назначения являются нагрузки, обладающие нелинейными характеристиками: вентильные преобразователи; дуговые сталеплавильные печи; трансформаторы с нелинейными вольт-амперными характеристиками; индукционные печи; тяговые подстанции электрифицированного железнодорожного транспорта на постоянном токе.

Гармоники имеют синусоидальную форму кривой, изменяющуюся периодически с частотой в п раз превышающей основную частоту первой гармоники. Так как основная частота (/ = 50 Гц) может изменяться в определённых пределах, то и частота л-й гармоники также изменяется. Поэтому гармоники характеризуются не частотой, а порядком, указывающим их кратность по отношению к основной частоте.

При оценке качества электроэнергии допускается учитывать ряд гармоник от 2-й до 40-й включительно.

Межгосударственный стандарт ГОСТ 32144 — 2013 характеризует несинусоидальность напряжения как вид искажения гармоническими и интергармоническими составляющими напряжения [1].

Показателями КЭ, относящимися к гармоническим составляющим напряжения являются:

— значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения до 40-го порядка Квд в процентах напряжения основной гармонической составляющей и1 в точке передачи электрической энергии;

— значение суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения (отношения среднеквадратического значения суммы всех гармонических составляющих до 40-го порядка к среднеквадратическому значению основной составляющей) Ки, % в точке передачи электрической энергии.

Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения по своей природе аналогичен значению суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения. Поэтому, для того чтобы определить кондуктивную низкочастотную помеху по коэффициенту несинусоидальности

кривой напряжения, необходимо рассмотреть суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения.

Для оценки соответствия показателей качества электроэнергии (ПКЭ) требованиям ГОСТ 321442013 необходимо провести испытания для определения значений ПКЭ и полученные результаты испытаний обработать. Измерения напряжения гармонических составляющих ип должны быть проведены в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51317.4.7, класс I и в соответствии с ГОСТ 30804.4.30. Вычисляют значения этих коэффициентов по усреднённым на определенном интервале значениям. При этом указывается определенное число наблюдений N. Таким образом, коэффициент КЩп) определяется по формуле, % [2]

Ки(n) -

2 К

2

U (n)i

N

(1)

где К.

U,

U (n)i

(n)i

U

• 100 ; П1 — действующее значение напряжения основной частоты при г-м наблюдении, В; и{п)1 — действующее значение напряжения п-й гармоники, В.

Коэффициент Ки определяется по формуле, %:

I к

N

(2)

ZU (2

где

U

-•100 ; 40 — количество учитывае-

Достоверное значение кондуктивной ЭМП может быть определено только статистическими методами. Процесс возникновения кондуктивной низкочастотной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения представляется математической моделью:

K,

Р(КЦН <к. <Кип) > 0.05;

Р(Кип < Ки <«) * 0

с SK

(3)

где Жи — кондуктивная низкочастотная ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения, %.

Таким образом, кондуктивная ЭМП 8Ки появляется в сети тогда, когда вероятность нахождения величины Ки в течение измеряемого времени в пределах (Кин; Кип) превышает 0,05, а в пределах (Кип;ю) не равна нулю. При этом вероятность появления кондуктивной низкочастотной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения определяется по формуле:

P(SKu) = Р(Кид < Ки < Кип ) + + Р(Ки,„ < Ки <«>) -0,05.

(4)

Программа позволяет вычислять такие параметры распределения значений суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения, как математическое ожидание, среднеквадратиче-ское отклонение. Математическое ожидание М(Ки) характеризует средний уровень коэффициента гармонических составляющих в рассматриваемом пункте сети за контролируемый период времени.

Математическое ожидание определяется по формуле [3]:

M ( Ки ) = £sUiPl:

(5)

мых гармоник.

Испытания проводились на предприятии ЗАО «Завод соединительных деталей» на литейном участке. Литейный участок состоит из 4-х литейных установок, работающих от напряжения 42 В и печи закалки мощностью 150 кВт.

Для измерений использовался информационно-вычислительный комплекс ИВК «Омск-М» заводской номер 42. Использовалось шесть измерительных каналов: три для измерения напряжения на шинах подстанции и три для измерения токов, подключены к вторичной обмотке измерительных трансформаторов ТА.

Проверка качества электроэнергии на соответствие требованиям ГОСТ 32144-2013 проводилась по суммарному коэффициенту гармонических составляющих Ки. Для обработки результатов измерений по данному ПКЭ использовали программный продукт «Обработка экспериментальных данных показателей качества электрической энергии по суммарному коэффициенту установившегося напряжения», разработанный в среде программного продукта Lab VIEW.

Предлагаемая программа позволяет создавать пользователю удобный интерфейс, получить все необходимые значения для оценки результатов измерений показателей качества электрической энергии. Кроме того, большинство современных приборов для измерения показателей качества электроэнергии, включая ИВК «Омск-М» позволяет экспортировать результаты измерений в формате MS EXCEL.

где k — число разрядов гистограммы; SSU i — значение середины i-го интервала; P. — вероятность попадания коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в i-й интервал.

Для проведения статистической обработки экспериментальных данных, полученных при помощи ИВК «Омск-М», в программе предлагается сначала экспортировать данные измерений в документ Microsoft Excel.

После этого следует сохранить полученные данные как текстовые файлы (с разделителями табуляции) [4].

Для анализа результатов полученных расчетов необходимо установить номинальное значение напряжения 0,38 кВ, выбрать фазу, для которой будет рассчитываться ПКЭ. Число квантилей гистограммы установили равным 10.

Параметры распределения значений суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения на фазе А следующие (рис. 1):

— математическое ожидание суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения М(Ки) = 1,43434 %;

— максимальное значение суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения К,, = 1,92 %;

— минимальное значение суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения К,, . = 0,99 %;

— среднеквадратическое отклонение а [К,] = = 0,167872 В.

0,5

i-1

i=1

KUt =

i=1

Рис. 1. Интерфейс программы по обработке экспериментальных данных показателей качества электрической энергии для фазы А на литейном участке

Ш Обработка эксперт дентальных данных показа теле и качества электрической эне ргии по суммарному коз зфициенту гармонических со тавляющих напряжения.

Н1е Е<№ Орега(е Тоок МюЛт Не1р

■»ар

Справг Вероятность выхода суммарных коэффициентов Парам етры распределения суммарных

Ввод данных нормируемые значения с, ставляющих напряжения Ки

ИДД ядиссертаци и\Эксперимент\ "»* В ттт-1«^

0,38 кВ -Н Вероятность кондукшвной ЭМП по суммарнмым

Пред ЛЬНОАОПУС™ напряжения Ки Вероятность концуктивной ЭМП Ки ф 0 х коэффициентов 1,39987

Фаза В Гн^ЗоХЗому^Гче'нию # 0

РАСЧЕТ Гистограмма распределения значений суммарных коэффициентов гармонических

составляющих напряжения

Осциллограмма и иенения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения и,™» ИИ)•

2,2-

'

ЧЯЛВЯК ••••;•

|

ш - йШ1 1 1,7 ~

, 1Н I 1,6-

£ 3 1,5-

*

■М ТИ^И^ИТ Т ПН !■■■ |П11И |'|ШГДЗ|д 1,3

0 11 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Количество замеров 10 20 3 Вероятность, %

Рис. 2. Интерфейс программы по обработке экспериментальных данных показателей качества электрической энергии для фазы В на литейном участке

Параметры распределения значений суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения на фазе В следующие (рис. 2):

— математическое ожидание суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения М(Ки) = 1,59987 %;

— максимальное значение суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения

Ки,ша1 = 2,21 %;

— минимальное значение суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения

Ки^т = 1,09 %;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

— среднеквадратическое отклонение о [Ки] =

= 0,246098 В.

Параметры распределения значений суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения на фазе С следующие (рис. 3)

— математическое ожидание суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения М(Ки) = 1,49591 %;

— максимальное значение суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения Ки = 2,01 %;

и,тах ' / '

— минимальное значение суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения Ки . = 1,04 %;

— среднеквадратическое отклонение о [Ки] = = 0,209332 В.

При этом на всех фазах вероятность кондуктив-ной ЭМП Ки по нормально и предельно допустимым значениям равно 0.

Также вероятность выхода за нормально допустимое и предельно допустимое значение на всех фазах равно 0.

Следовательно, на данном участке наблюдается соответствие качества электрической энергии по суммарному коэффициенту гармонических составляющих напряжения ГОСТу 32144-2013.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

Рис. 3. Интерфейс программы по обработке экспериментальных данных показателей качества электрической энергии для фазы С на литейном участке

1) программный продукт позволил создать удобный интерфейс по обработке результатов экспериментальных исследований кондуктивной низкочастотной помехи по коэффициенту несинусоидальности кривой напряжения для каждой фазы на литейном участке;

2) при обработке данных с помощью программного продукта выявлено соответствие суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения ГОСТу 32144-2013 на литейном участке на ЗАО «Завод соединительных деталей».

Библиографический список

1. ГОСТ 32144 — 2013. Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. — Взамен ГОСТ 13109-97 ; введ. 2014-07-01. - М. : Стандартинформ, 2014. - 20 с.

2. Антонов, А. И. Порядок обработки результатов экспериментальных исследований на соответствие отклонения напряжения требованиям ГОСТ 32144-2013 / А. И. Антонов, Ю. М. Денчик, Д. А. Зубанов, А. А. Руппель // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2015. -№ 2 (140). - С. 163-166.

3. Антонов, А. И. Анализ проведения испытаний на соответствие установившегося отклонения напряжения требованиям ГОСТ 54149-2010 [Текст] / А. И. Антонов, Ю. М. Денчик, Д. А. Зубанов, В. И. Клеутин, А. А. Руппель, А. С. Никишкин // Научные проблемы Сибири и Дальнего Востока. - 2014. -№ 4. - С. 210-213.

4. Зубанов, Д. А. Обработка результатов экспериментальных исследований показателей качества электрической энергии средствами программы 1аЬУ1еШ [Текст] / Д. А. Зубанов,

В. И. Клеутин, А. А. Сидоренко [и др.] // Сборник научных трудов ОИВТ. - 2012. - № 10. - С. 118-122.

АНТОНОВ Александр Игоревич, ассистент кафедры электротехники и электрооборудования Омского института водного транспорта (ОИВТ) (филиал) Сибирского государственного университета водного транспорта (СГУВТ), г. Омск.

ВИШНЯГОВ Михаил Геннадиевич, кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники и электрооборудования Омского института водного транспорта (ОИВТ) (филиал) СГУВТ, г. Омск. ДЕНЧИК Юлия Михайловна, кандидат технических наук, докторант кафедры электроэнергетических систем и электротехники СГУВТ, г. Новосибирск. ЗУБАНОВ Дмитрий Александрович, ассистент кафедры электротехники и электрооборудования ОИВТ (филиал) СГУВТ, г. Омск. КЛЕУТИН Владислав Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники и электрооборудования ОИВТ (филиал) СГУВТ, г. Омск. РУППЕЛЬ Александр Александрович, кандидат технических наук, профессор кафедры электротехники и электрооборудования ОИВТ (филиал) СГУВТ, г. Омск.

СИДОРЕНКО Александр Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники и электрооборудования ОИВТ (филиал) СГУВТ, г. Омск.

Адрес для переписки: e1ektrotex@mai1.ru

Д. А. Зубанов, В. И. Клеутин, А. А. Руппель, А. А. Сидоренко

The analysis of definition of conductive low-frequency interference with non-sinusoidal voltage curve factor

Текст научной работы на тему «Анализ определения кондуктивной низкочастотной помехи по коэффициенту несинусоидальности кривой напряжения»