Порядок обработки результатов экспериментальных исследований на соответствие отклонения напряжения требованиям ГОСТ 32144-2013 Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 62131 А. И. АНТОНОВ

Ю. М. ДЕНЧИК Д. А. ЗУБАНОВ А. А. РУППЕЛЬ

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

Сибирский государственный университет водного транспорта, г. Новосибирск

ПОРЯДОК ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА СООТВЕТСТВИЕ ОТКЛОНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ТРЕБОВАНИЯМ ГОСТ 32144-2013

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

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

Показатели качества электроэнергии (КЭ), нормируемые ГОСТом 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» определяются случайными электромагнитными процессами в системах электроснабжения (СЭС) общего назначения, зависящими от многих случайных факторов, связаны с полем событий, характеризуются таблицами вероятностей вида [1]:

X (t)

f (X,), f (X 2), p( X,), p( X 2),

, f (X,) . , p(X,) .

. f ( X ж )

, P(Xж )

(1)

Вероятность появления кондуктивной ЭМП SX рассчитывается по формуле [2]:

P(SX) = P(X(-) <Xt <X(+))+ P(X(+) £Xt <¥) +

+P(-¥<X, <X(_))-0,1,

(2)

где Х1 — параметр электромагнитной обстановки (ЭМО) при нестандартном значении г-го показателя КЭ.

Каждый параметр электромагнитной совместимости (ЭМС) технических средств характеризуется в течение расчётного времени измерения множеством действительных чисел Мг непрерывно распределённых в заданных интервалах случайных величин. Согласно положениям теории множеств, это множество является точечным и конечным, потому что может быть занумеровано не более чем п числами. Оно является ограниченным, потому что каждое значение Х1 ограничено снизу и сверху определёнными пределами изменения показателя КЭ, возможными в реальной электрической сети.

При измерении г-го показателя КЭ на счётных устройствах информационно-вычислительных комплексов (ИВК) устанавливают определённое количество интервалов, которые охватывают весь диапазон изменения измеряемой величины в течение суток.

где Х( +) — положительное отклонение величины показателя КЭ; Х( _) — отрицательное отклонение величины показателя КЭ.

Таким образом, статистические данные показателей КЭ, полученные на ИВК, можно использовать при определении параметров кондуктивных ЭМП, распространяющихся по сетям ЭЭС: математическое ожидание, среднее квадратическое отклонение и плотность вероятности распределения.

Для оценки соответствия показателей качества электроэнергии (ПКЭ) требованиям ГОСТ 32144-2013 необходимо провести испытания для определения значений ПКЭ и полученные результаты испытаний обработать. При этом рекомендуется использовать комплексный подход, который заключается в следующем [3]:

— осциллографируются данные, что позволяет после конвертации проводить их дальнейшую математическую обработку во внешних программных пакетах;

— определяются гармоники основной частоты и их гармонические составляющие;

— анализируются полученные результаты.

Испытания проводились на предприятии ЗАО

«Завод соединительных деталей» в течение суток на участке со станками с ЧПУ. В течение суток испытания проводятся, так как, согласно ГОСТ 32144-2013,

Рис. 1. Интерфейс программы по обработке результатов экспериментальных исследований показателей качества электрической энергии для фазы А на участке со станками с ЧПУ

для определения соответствия значении измеряемого отклонения напряжения устанавливается минимальный интервал времени измерений, равный 24 ч, с интервалом усреднения 60 с.

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 для медленных изменений напряжения SU. Для обработки результатов измерений по данному ПКЭ использовали программный продукт «Обработка экспериментальных данных показателей качества электроэнергии по установившемуся отклонению 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.

Программа позволяет вычислять такие параметры распределения значений установившегося отклонения напряжения, как математическое ожидание, дисперсия, среднее квадратическое отклонение. Математическое ожидание отклонения напряжения M(SU) характеризует средний уровень напряжения в рассматриваемом пункте сети за контролируемый период времени.

Математическое ожидание определяется по формуле:

M(SU)=¿SU,P, , (3)

i=1

где M (SU) — математическое ожидание отклонения напряжения; k — число разрядов гистограммы; SU i — значение середины i-го интервала; P — вероятность попадания отклонения напряжения в i-й интервал.

Рассеяние отклонения напряжения относительно математического ожидания характеризуется дисперсией. Она равна математическому ожиданию квадрата отклонений случайной величины от ее среднего значения. По гистограмме Lab VIEW дисперсию определяют по формуле:

k _ 2

D(SU)=s2(SU)=£[(SU, )2 Р, ]-[M(SU)] , (4)

i=1

где s(SU) — среднеквадратическое или стандартное отклонение напряжения.

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).

Для анализа результатов полученных расчетов необходимо установить нормируемое значение напряжения UH = 400 В, выбрать фазу, для которой будет рассчитываться отклонение напряжения. Число квантилей гистограммы установили равным 10. Интерфейс программы по обработке результатов экспериментальных исследований показателей качества электрической энергии представлен на рис. 1.

Данный интерфейс получен для каждой фазы на участке со станками с ЧПУ. Осцилограммы напряжений на участке со станками с ЧПУ показаны на рис. 2, а гистограммы плотности распределения мед-

* 390-

с

та

х 385380375-

500 600 700 Количество измерений

Рис. 2. Осциллограммы напряжений на участке со станками ЧПУ за сутки: а — на фазе А; б — на фазе Б; в — на фазе С

ленных отклонений напряжения для каждой фазы на участке со станками с ЧПУ показаны на рис. 3.

При выполнении статистической обработки результатов измерений случайная величина отклонения напряжения Б и представляется в виде гистограммы, в которой число квантилей выбирается таким образом, чтобы граница квантиля совпадала с границей нормируемого значения, а их количество было минимальным для заданной точности расчета.

Параметры распределения значений отклонения напряжения на фазе А следующие:

— математическое ожидание М[и] = 396,256В;

— дисперсия В = 79,94;

— среднее квадратическое отклонение а[и ] = = 8,94 В.

Параметры распределения значений отклонения напряжения на фазе В следующие:

— математическое ожидание М[и] = 396,444В;

— дисперсия В = 61,40;

— среднее квадратическое отклонение а[и ] = = 7,84В.

Параметры распределения значений отклонения напряжения на фазе C следующие:

— математическое ожидание М [и ]=398,481В;

— дисперсия В = 55,82;

— среднее квадратическое отклонение а[и ]= = 7,47В.

На фазе А и В наблюдается вероятность выхода отклонения напряжения ниже номинального значения соответственно на 4,798 % и 1,852 % соответственно, что, в соответствии с ГОСТ 32144-2013, меньше допустимого значения (10 %); на фазе С вероятность выхода отклонения напряжения ниже номинального не наблюдается. Вероятность выхода отклонения напряжения выше номинального значения на всех фазах равно 0. Соответственно, и вероятность кондуктивной электромагнитной помехи на фазе А, В и С равны 0. Следовательно, на данном участке наблюдается соответствие отклонения напряжения по ГОСТ 32144-2013.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1) программный продукт позволил создать удобный интерфейс по обработке результатов экспериментальных исследований медленных отклонений напряжений для каждой фазы на участке со станками с ЧПУ;

а

б

в

Рис. 3. Гистограммы плотности распределения медленных отклонений напряжения на участке со станками ЧПУ: а — на фазе А' б — на фазе Б; в — на фазе С

2) при обработке данных с помощью программного продукта выявлено соответствие медленных отклонений напряжения ГОСТу 32144-2013 на участке со станками с ЧПУ на ЗАО «Завод соединительных деталей».

Библиографический список

1. Руппель, А. А. Кондуктивные электромагнитные помехи в электрических сетях 6—10 кВ / А. А. Руппель, Е. В. Иванова ; под ред. В. П. Горелова. — Омск : Омский филиал НГАВТ, 2004. - 284 с.

2. 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.

3. Зубанов, Д. А. Обработка результатов экспериментальных исследований показателей качества электрической энергии средствами программы lab VieW [Текст] / Д. А. Зубанов,

В. И. Клеутин, А. А. Сидоренко [и др.] // Сб. науч. тр. ОИВТ. — 2012. — № 10. — С. 118—122.

АНТОНОВ Александр Игоревич, ассистент кафедры «Электротехника и электрооборудование» Омского института водного транспорта (ОИВТ), (филиал) Сибирского государственного университета водного транспорта (СГУВТ).

ДЕНЧИК Юлия Михайловна, кандидат технических наук, докторант кафедры «Электроэнергетические системы и электротехника» СГУВТ. ЗУБАНОВ Дмитрий Александрович, ассистент кафедры «Электротехника и электрооборудование» ОИВТ СГУВТ.

РУППЕЛЬ Александр Александрович, кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Электротехника и электрооборудование» ОИВТ СГУВТ.

Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 04.03.2015 г. © А. И. Антонов, Ю. М. Денчик, Д. А. Зубанов, А. А. Руппель