CC BY
138
УДК 621.311:64
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ИСКАЖЕНИЯ СИНУСОИДАЛЬНОСТИ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ В СЕЛЬСКОМ ЖИЛОМ ДОМЕ
© 2009 г. младший научный сотрудник биотопливной лаборатории
М.М. Таранов
Азово-Черноморская государственная Azov-Blacksea State Agroengineering
агроинженерная академия, г. Зерноград Academy, Zernograd
В статье представлены результаты исследований эмиссии тока совместно подключенных электроприборов в характерные периоды электропотребления жилого дома. Выявлены основные закономерности эмиссии высокочастотных токов. Установлены причины искажения синусоидальности кривых напряжения и тока в сельскохозяйственных сетях электроснабжения напряжением 0,38 кВ.
These are given investigation results of current’s emission together with switched on electric devices during definite periods of current consumption in a dwelling house. These are revealed basic appropriatenesses of high frequency current emission. These are supposed the reasons of sinusoidness distortion of current and voltage curves in agricultural power supply
circuit at 0,38 kV Voltage.
Электрическая энергия является товаром, подлежащим обязательной сертификации в соответствии со статьей 7 Закона РФ «О защите прав потребителей», Постановления правительства от 13 августа 1997 г. № 1013 «Перечень товаров,
подлежащих обязательной сертификации». Качество электрической энергии определяется ГОСТ 13109-97[1]. Значительный рост нелинейных нагрузок на современном этапе эксплуатации электрических сетей
сельскохозяйственного назначения
приводит к ухудшению качества электроэнергии по коэффициенту
искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициенту
n-ой гармонической составляющей
напряжения. Это влечет за собой целый ряд отрицательных последствий, таких, как увеличение потерь электроэнергии,
нарушение технологических процессов, приводящее к снижению
производительности оборудования,
преждевременному старению и выходу из строя дорогостоящей техники, ложному срабатыванию защит и т. д.
Преобразование электроэнергии у большинства современных нелинейных электроприборов сопровождается
генерацией в электрическую сеть 0,38 кВ высших гармонических составляющих токов (эмиссия высокочастотных токов). Эти высокочастотные токи создают падения напряжения на продольных элементах сети, что ухудшает форму кривой сетевого напряжения и увеличивает потери электроэнергии.
Контроль качества электроэнергии, проведенный в муниципальных
электрических сетях напряжением 0,38 кВ, показал, что КЭ по коэффициенту n-ой гармонической составляющей напряжения не соответствует требованиям ГОСТ на каждой третьей трансформаторной подстанции [2].
Для реализации эффективных мероприятий по улучшению качества напряжения и повышению эффективности распределения электроэнергии в сетях 0,38 кВ необходимо знать степень искажения синусоидальности кривых напряжения и тока.
Одним из эффективных путей получения такого рода информации являются экспериментальные исследования.
В узле нагрузки, в периоды максимального и минимального электропотребления в течение суток,
сертифицированным измерителем
показателей качества электроэнергии типа Hioki 3196 были
зарегистрированы амплитудно-частотные характеристики тока и напряжения до 40-й гармоники включительно в соответствии с [3].
100 90 80 70
а? 60
в 50 №
40 30 20 10 0
0:00 6:00 12:00 18:00 0:00
г)
1 J [
1
Рис. 1. Средний суточный график нагрузки жилого дома с газовой плитой [4]
Как известно, график нагрузки бытовых электропотребителей (рис. 1) характеризуется двумя максимумами и минимумами нагрузки в утренний и вечерний период.
На вводе жилого дома, подключенного к сети электроснабжения с коммунально-бытовой нагрузкой, при
отключенных внутренних электроприемниках (электроприборах) было зарегистрировано изменение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в периоды максимальной и минимальной нагрузки.
Таблица 1
Значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения
Период электропотребления Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, %
Ночной минимум 2,83
Дневной минимум 3,32
Утренний максимум 4,76
Вечерний максимум 7,19
Как видно из таблицы 1, с коммунально-бытовыми узлами нагрузки,
увеличением электропотребления в периоды максимумов нагрузки,
коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения увеличивается, в периоды минимумов нагрузки, наоборот, уменьшается. Такая закономерность свидетельствует о влиянии бытовых электроприемников на электромагнитную обстановку всей электрической сети, совпадающую со средним графиком нагрузки коммунально-бытовых потребителей электроэнергии. С ростом числа и потребляемой мощности бытовых узлов нагрузки, уровень эмиссии высокочастотного тока увеличивается, что приводит к заметному искажению синусоидальности кривой напряжения.
Несинусоидальная форма напряжения во время дневного и ночного минимума нагрузки может быть объяснена тем, что при падении нагрузки трансформаторной подстанции недогруженный трансформатор из-за своих ферромагнитных свойств приобретает свойства нелинейного элемента в сети электроснабжения и сам является причиной ухудшения синусоидальности кривой напряжения [3].
Исследования эмиссии токов высших гармонических составляющих отдельного жилого дома также проводились для характерных периодов
электропотребления.
Максимумы нагрузки бытового узла
нагрузки формируют различные
электроприемники длительного и краткосрочного использования.
Несмотря на то, что состав
электроприемников, их установленная мощность и режимы работы в каждом отдельном доме могут быть различны, можно предположить, что в формировании максимумов нагрузки участвуют
осветительные электроприборы,
хозяйственные электроприборы,
электроприборы для обработки и хранения продуктов, нагревательные
электроприборы для приготовления пищи и культурно-бытовые электроприборы.
Наиболее характерные формы кривых тока и напряжения в период утреннего максимума нагрузки представлены на рисунке 2.
Рис. 2. Форма кривых напряжения и тока
Данные измерений в период вечернего максимума нагрузки представлены на ри -сунке 3.
Рис. 3. Форма кривых напряжения и тока
Участки минимальной нагрузки
формируют, в основном, приборы
длительного использования, такие, как холодильники, зарядные устройства, питание телевизоров и т.д.
Результаты наблюдений искажения синусоидальности кривых напряжения и тока в период ночного минимума нагрузки представлены на рисунке 4.
Рис. 4. Форма кривых напряжения и тока
Для удобства анализа результаты измерений сведены в таблицу 2. Как видно из таблицы 2, эмиссия высокочастотного тока 3-й гармоники возрастает с увеличением электропотребления. Хотя в процентном отношении эмиссия тока 3-й гармоники, приходящаяся на минимумы нагрузки, зачастую превышает эмиссию в периоды максимумов, в именованных единицах картина меняется на противоположную.
Так, в периоды минимальной нагрузки электропотребление составляет 0,8-
1,2 А, а в периоды максимальной нагрузки достигает 10-15 А. Соответственно ток 3-й гармоники в период минимума нагрузки составляет: Ki(3)=0,14-0,22 А, в то время как в периоды максимумов нагрузки Ki(3)=0,28-1,97 А.
Таблица 2
№ Режим электропотребления Ki(3), % Ki(5), % Ki(7), % Ki(9), % Ki(3) YKi(n), % Ki(5) YKi(n)i, % шп YKi(n), % Сумма Ki (3 )/Ki+Ki(5 )/Ki+Ki(7) JKi(n), % Ki, % Ku, %
1 Утренний максимум нагрузки 9,0 0,7 1,6 0,8 51,9 3,9 9,0 64,8 9,4 5,5
2 Вечерний максимум нагрузки 10,2 3,5 2,8 1,2 41,5 14,2 11,2 66,8 11,3 6,1
3 Ночной минимум нагрузки 11,6 33,7 29,6 12,9 8,2 23,7 20,8 52,7 50,0 2,9
4 Дневной минимум нагрузки 27,4 34,2 18,2 11,7 22,6 28,2 15,0 65,8 49,5 4,5
где Ki(n) - коэффициент n-ой гармонической составляющей тока;
Ki(n)/Ki - доля n-ой гармонической составляющей от общей эмиссии высокочастотных токов; Ki, Ku - коэффициент искажения синусоидальности кривой тока и напряжения.
Результаты измерений дневного минимума нагрузки:
Рис. 5. Форма кривых напряжения и тока
Для гармоник более высокого порядка уровень эмиссии токов в периоды минимальной нагрузки сопоставим, а в некоторых случаях даже превышает эмиссию в период максимумов. Так, при минимальной нагрузке Ki(5)=0,28-0,42 А, Ki(7)=0,15-0,38 А, Ki(9)=0,16-0,1 А, а в период максимальной нагрузки Ki(5)=0,1-0,4 А, Ki(7)=0,13-0,24 А, Ki(9)=0,08-0,16 А.
Выводы
1. Экспериментальное исследование показало, что современные коммунальнобытовые потребители за счет эмиссии токов высших гармонических
составляющих приводят к существенному
искажению синусоидальности кривой напряжения и несоответствию показателей качества электроэнергии требованиям ГОСТ 13109-97.
2. Эмиссия высокочастотных токов бытовым узлом нагрузки совпадает с характерным графиком нагрузки коммунально-бытовых потребителей.
3. Основная доля эмиссии высокочастотных токов во всех характерных периодах потребления электроэнергии приходится на 3, 5 и 7-ю гармоники. Доля эмиссии токов этих гармоник изменяется в пределах 52,766,8% от общей доли эмиссии высокочастотных токов.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
2. Качество электроэнергии в муниципальных сетях Московской области / Карташов И.И., Пономаренко И.С. и др.// Промышленная энергетика. - 2003. № 5. С. 4345.
3. РД 153-34.0-15.501-00. Ч. 1. Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
4. Тарнижевский М.В., Афанасьева Е.И. Электрооборудование жилищнокоммунального хозяйства: справочник. - М.: Стройиздат, 1987. - 368 с.: ил.
