CC BY
40
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070_
УДК 621.31:005.52.004.12:725.1:615.478(470.319)
В. Е. Большев
аспирант кафедры электроснабжения, Орловский государственный аграрный университет г. Орел, Российская Федерация
АНАЛИЗ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИИ В ЦЕНТРАЛЬНЫХ РАЙОННЫХ БОЛЬНИЦАХ ОРЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Аннотация
Целью настоящей статьи является оценка состояния качества электрической энергии в центральных районных больницах Орловской области. В ходе исследования выполнялось измерение всех показателей качества электрической энергии и выявление тех, которые вышли за пределы нормативного уровня, установленного ГОСТом 32144- 2013. В данной статье также определяются виновники искажения и технические мероприятия, необходимые для снижения уровня искажений.
Ключевые слова
Качество электроэнергии, показатели качества электрической энергии, медицинские учреждения, искажения качества электроэнергии, технические мероприятия по повышению качества электроэнергии
1. Введение
Под качеством электроэнергии (КЭ) понимают совокупность ее свойств, определяющих воздействие на электрооборудование, приборы и аппараты и оцениваемых показателями качества электроэнергии (ПКЭ) [7, с. 9]. Качество электроэнергии является неотъемлемым фактором, непосредственно влияющим на энергоэффективность и надежность электрооборудования. Так, при снижении КЭ происходит увеличение потерь электроэнергии, сокращение срока службы оборудования и изменение производительности механизмов, использующих электродвигатели [1, с. 46]. Все показатели и нормы качества электрической энергии в точках передачи электроэнергии пользователям электрических сетей устанавливаются стандартом ГОСТ 32144- 2013 [6, с. 1].
В последнее время проблема поддержание качества электрической энергии (КЭ) на нормативном уровне стала приобретать особую значимость в связи с развитием технологий, восприимчивых к понижению КЭ [2, с. 14; 4, с. 87]. В связи с этим одними из проблемных объектов являются медицинские учреждения, использующие полностью компьютеризированное оборудование. В зависимости от того, насколько серьезны искажения КЭ и на какое оборудование они воздействуют, последствия плохого КЭ может варьироваться от незначительных (ложных срабатываний, потерь важных данных, повреждений оборудования) и до потери человеческой жизни. Это может случиться вследствии того, что система электроснабжения медицинского учреждения используется для снабжения помещений, критически важных для выживания, таких как хирургические операционные, отделения интенсивной терапии (ОИТ) и т.п..
Медицинские учреждения подвержены всем искажениям КЭ, но одним из самых проблемных ПКЭ является несинусоидальность напряжения [8, с. 151]. Гармоники вызывают большое беспокойство, поскольку в настоящее время используется широкий спектр биомедицинского оборудования, который, потребляя большое количество электроэнергии, возвращает в систему электроснабжения несинусоидальный ток. Среди таких видов оборудования можно выделить магнитно-резонанснаю томографию (МРТ), ядерную магнитно-резонансную томография (ЯМРТ), ультразвуковое оборудование (УЗИ), компьютерную томографию (КТ), хирургическое оборудование, рентгеновские аппараты, гамма-камеры и т.д. Кроме искажений, вносимых биомедицинским оборудованием, большие гармоники вносятся системами сбора и обработки данных, источниками бесперебойного электропитания, осветительным оборудованием, системами кондиционирования и отопления, а так же приводами с регулируемой частотой вращения вертикального и горизонтального транспортирования [9, с 555].
В зависимости от типа искажения, его продолжительности и восприимчивости оборудования к этому
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070_
возмущению может произойти постепенное или быстрое повреждение электрических и электронных компонентов оборудования. Так, например, импульсное напряжение, поданное на вход переменного тока биомедицинского оборудования, может в недостаточной степени быть отсечённым защитными устройствами по току перегрузки и перенапряжения. Таким образом, искажение может распространиться через блок питания к другим чувствительным электронным подсистемам и компонентам.
Загрязнение электрической сети гармониками может заставить оборудование считывать уровни напряжения, что приведёт к неправильной обработке данных (они будут прочитаны как нули) или сохранению данных. Неправильная обработка или запись данных в биомедицинском оборудовании, которое используется для диагностики состояния пациента, приведет к недостоверному состоянию здоровья пациента. Например, цифровая индикация может показывать ненадлежащий статус системы КТ. Другими последствиями от несинусоидальности напряжения могут быть искажения изображения на дисплеях, зависание оборудования и систем управления/сигнализации, сбои в работе микропроцессоров [10, с 640].
2. Цели и задачи
Эта статья направлена на оценку качества электрической энергии в центральных районных больницах (ЦРБ) Орловской области. Также эта статья включает обсуждение виновников искажений и различных способов уменьшения искажения качества электроэнергии.
3. Краткое описание объектов
В качестве медицинских учреждений, в которых был произведен анализ качества электроэнергии, были выбраны 6 центральных районных больниц (ЦРБ) Орловской области: Змиевская, Залегощенская, Малоархангельская, Глазуновская, Хотынецкая, Троснянская. На всех объектах имеются аппараты ультразвокого исследования (УЗИ), физиооборудование (аппараты для низкочастотной, ультразвуковой, высокочастотной, магнитной терапии и других видов терапии), рентгенологическое и томографическое оборудование (флюрографы, дентальные аппараты и др), а также оборудование хозяйственной части ( лифтовое оборудование, оборудование пищеблоков).
4. Измерения
Исследования проводились с помощью измерителя показателей качества электрической энергии Ресурс UF-2, оснащенного токоизмерительными клещами «Т52-5-100-1000». Данный прибор позволяет провести измерения всех параметров напряжения, силы тока, мощности и энергии переменного трехфазного и однофазного тока. Также в приборе имеется USB интерфейс для подключения внешних накопителей информации типа flash-диск, что позволяет перенести архив измеренных данных на компьютер для дальнейшей обработки.
Измерения КЭ проводилось с 15 октября 2015 г по 1 ноября 2015г в утренние и дневные часы, когда наблюдается наплыв посетителей. Информация по датам и времени измерения КЭ на объектах предоставлена в таблице 1.
Таблица 1
Дата и время проведения исследований
№ Наименование ЦРБ Дата Время
1 Змиевская ЦРБ 15.10.2016 08:07 - 13:21
2 Залегощенская ЦРБ 28.10.2016 08:42 - 14:38
3 Малоархангельская ЦРБ 13.11.2016 10:23 - 12:46
4 Глазуновская ЦРБ 20.11.2016 09:13 - 11:09
5 Хотынецкая ЦРБ 24.11.2016 08:34 - 13:51
6 Троснянская ЦРБ 01.12.2016 09:10 - 13:02
5. Полученные результаты.
Полученные данные показали, что практически во всех исследуемых объектах наблюдались различные проблемы с качеством электрической энергии. Хотынецкая ЦРБ оказалась единственным медицинским учреждением, где все ПКЭ не вышли за пределы нормативного уровня, установленного ГОСТом 32144- 2013.
Выход установившегося отклонения напряжения за пределы нормативного значения был зафиксирован только в Змиевской ЦРБ по всем трём фазам (+ 14, 4 %) , причем он наблюдался в течении всего периода измерения (5 ч 13 мин). В Троснянской ЦРБ в течении 2-х часов наблюдалось отклонение
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070_
напряжения по фазе В на 6, 6 %, но согласно новому ГОСТу [6], это отклонение является допустимым.
Провал напряжения был зафиксирован только в Глазуновской ЦРБ и составил - 37, 3 % по фазе B.
В Троснянской ЦРБ была обнаружена несимметрия напряжений. Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности и коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности составили 3,93 % и 2,75 % соответственно при допустимом значении не более 2 %. Выход искажений за нормально допустимые значения составил 79,64 % времени измерения для нессиметрии по обратной последовательности и 51,35 % для нессиметрии по нулевой последовательности.
Колебания напряжения были зафиксированы только в Глазуновской и Троснянсокй ЦРБ. В Глазуновской ЦРБ кратковременная доза фликера достигала 9,363 % по фазе А, 5,103 % по фазе В и 5,105 % по фазе С (разрешенная 1,38%), длительная доза фликера достигала 4,11% , 2,27 % и 2,28 % соответственно (разрешенная 1,0%). Превышение искажения за предельно допустимый уровень было зафиксировано только в первые 10 минут измерения. В Троснянской ЦРБ наблюдалось искажение только по фазе А в течении 50 минут, максимальное значение достигало 1,572 для кратковременной дозы фликера и 1,19 для длительной дозы фликера.
В 4 ЦРБ (Змиевская, Залегощенская, Малоархангельская, Троснянская) была зафиксирована несинусоидальность напряжения. Гармоники, для которых коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения вышел за пределы нормы, оказались 6, 8, 9, 10, 12, 14, 15, 16, 18, 21, 27.
6. Обработка результатов
Виновником отклонения напряжения, зафиксированного в Змиевской ЦРБ, является поставщик электроэнергии. Он произвел неправильную регулировку напряжения на трансформаторной подстанции, к которой подключена ЦРБ. Исключение таких искажений может быть достигнуто либо использованием более точного регулирования, либо, если оборудование электрических сетей, к которым подключена больница, не позволяет обеспечить необходимый уровень напряжения, необходимо произвести модернизацию данной линии с установкой промежуточных подстанций или установкой вольтодобавочного трансформатора [3, с. 54; 5, с. 335].
Провал напряжения на Глазуновской ЦРБ является следствием подключения мощной нагрузки или повреждения оборудования в электрической сети. Провал напряжения, согласно ГОСТу 32144-2013, относится к случайным явлениям, вызванным непредсказуемыми событиями. Защитой от провалов напряжения является использование источников бесперебойного питания (ИБП), которые поддерживают работу оборудования до того момента, пока не сработают система автоматического повторного включения (АПВ) и система автоматического ввода резервного питания (АВР).
Несимметрия напряжений (Троснянская ЦРБ), очевидно, обусловлена неравенством нагрузкам по фазам, а значит, решением данной проблемы является равное распределение нагрузок по фазам.
Источниками колебаний напряжения (Глазуновская, Троснянская ЦРБ) являются мощные электроприемники, характеризующиеся резкопеременным характером потребления активной и реактивной мощности. Одним из решений данной проблемы является подключение конденсаторных батарей параллельно к шинам нагрузки.
Несинусоидальность напряжения возникает в результате использования в системе электроснабжения нелинейных электроприемников, приводящих к искажению синусоидальной формы тока. Из способов компенсации гармонический составляющих тока можно выделить следующие: использование активных и пассивных фильтров, рассредоточение нелинейных нагрузок на отдельные системы шин, а так же использование оборудования с пониженным уровнем генерации высших гармоник тока.
7. Выводы
Проведенные исследования еще раз доказывают, что существуют проблемы с качеством электрической энергии, поставляемой объектам, находящимся в отдаленности от областных центров, и медицинские учреждения не являются исключением. Так, были зафиксированы искажения в таких показателях КЭ, как отклонение напряжения и провал напряжения, виновниками которых являются энергоснабжающие организации.
Полученные результаты также выявили, что и сами исследуемые центральные районные больницы
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070
вносят искажения в КЭ (несимметрия напряжений, колебание напряжения и несинусоидальность напряжения), поэтому требуется проведение технических мероприятий по повышению качества электроэнергии как со стороны энергоснабжающей организации, так и со стороны потребителей, в данном случае больниц.
Список использованных источников:
1 Большев В.Е. Стенд для исследования влияния электроприемников на качество электроэнергии А.В. Виноградов, В.Е. Большев// Агротехника и энергообеспечение. - 2014. - № 4 (4) - С.46
2 Бородин М.В. Статистическая обработка результатов измерения качества электроэнергии / Бородин М.В., Виноградов А.В. //Вести высших учебных заведений Черноземья №4. - Липецкий государственный технический университет (Липецк) - 2013 - с 14-20
3 Виноградов А.В Основные способы регулирования напряжения в энер-госистемах/ Виноградов А.В., Голиков И.О., Бородин М.В., Бородина Е.В. // Промышленная энергетика №11- 2014 - с 51-56
4 Голиков И.О. Проблемы в энергетике препятствующие повышению качества электроэнергии / Голиков И.О.// Современные материалы, техника и технология. Материалы 2-й Международной научно-практической конференции 25 декабря 2012 г. - ЗАО "Университетская книга" (Курск) - с 87-89
5 Голиков И.О. Основные способы регулирования напряжения в энер-госистемах/ Голиков И.О. // Особенности технического и технологического оснащения современного сельскохозяйственного производства. Материалы Международной научно-практической конференции 4-5 апреля 2013.- Орел: Изд-во Орел ГАУ - 2013 - с 333-336
6 ГОСТ 32144- 2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электриче-ской энергии в системах электроснабжения общего назначения / Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации (мгс): Москва: Стандартин-форм, 2014. - 20с.
7 Карташев, И.И. Управление качеством электроэнергии / И.И. Карташев, В.Н. Тульский, Р.Г. Шамонов, Ю.В. Шаров, А.Ю. Воробьев; под ред. И.В. Шарова. - М.: Издательский дом МЭИ. - 2006. - 320 с.
8 Шклярский А. Я. Исследование высших гармоник в электрической сети медицинского учреждения/ Шклярский А. Я. Филатова М. О. Слотин А. С. // - Материалы Международной научно-практической XXIII конференции «Молодежный научный форум: Технические и математические науки» апрель 2015 г. - М: Изд. «МЦНО»- с 148-153
9 Rusdy Hartungi. Investigation of Power Quality In Health Care Facility
/Rusdy Hartungi, Liben Jiang // - International Conference on Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ'10) 23rd to 25th March - Granada (Spain) - 2010 - p 555-559
10Ramos, MC Giacco and Tahan, CM Vieira, An Assessment of the Electric Power Quality and Electrical Installation Impacts on Medical Electrical Equipment Operations at Health Care Facilities - American Journal of Applied Sciences 6 (4) - 2009 - p 638-645
© Большев В. Е., 2016
УДК 004.42
И.В. Винокуров
К.т.н., доцент КФ МГТУ им Н.Э. Баумана г. Калуга, Российская Федерация
НЕЙРОИМИТАТОР ЖШ01ТЕКАТ0К
Аннотация
Описываются назначение и основные функциональные характеристики нейроимитатора NeuroIterator
