Научная статья на тему 'Влияние не линейной нагрузки на качество электрической сети'

Влияние не линейной нагрузки на качество электрической сети Текст научной статьи по специальности «Энергетика»

CC BY
17
2
Поделиться
Ключевые слова
ЭЛЕКТРОПРИЕМНИК / ЕLECTRIC RECEIVER / НЕ ЛИНЕЙНАЯ НАГРУЗКА / NONLINEAR LOAD / ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ / SWITCHING POWER SUPPLY / ГАРМОНИКА / HARMONIC / ТРАНСФОРМАТОР / TRANSFORMER / ЭМИССИЯ / EMISSION / ТОК / CURRENT / НАПРЯЖЕНИИ / VOLTAGE

Аннотация научной статьи по энергетике, автор научной работы — Моргунов Денис Николаевич

Двадцать первый век время новых технологий, повсеместно в компьютерной, оргтехнике и в светотехническом оборудовании используются малогабаритные импульсные источники питания. Применение импульсных источников оказывает серьезное влияние на работу электрооборудования, подключенного к одной с ними электрической сети. В статье раскрывается понятие не линейной нагрузки. Рассматривается влияние высших гармоник на трансформатор и сеть электроснабжения. Приведены решения исключения эмиссии гармонических составляющих.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Влияние не линейной нагрузки на качество электрической сети»

18. PMI Thought Leadership Series The Practitioner's Perspective: Winning through Project Portfolio Management, Project Management Institute, 2015.

19. Project Portfolio Management Predictions for 2016. [Электронный ресурс]: Innotas. Режим доступа: http://blog.innotas.com/project-portfolio-management-predictions-2016/ (дата обращения: 20.06.2016).

20. Rautiainen K., von Schantz J., Vahaniitty J., 2011. Supporting Scaling Agile with Portfolio Management: Case paf.com. IEEE Computer Society, Washington. DC. USA 1-10. Reyck. B. Grushka-Cock.

21. The Project and Portfolio Management Landscape. Innotas, 2016.

22. The Standard for Portfolio Management. Project Management Institute, 2006. 78 p.

23. The State of Project Portfolio Management (PPM), PM Solutions Research, 2013.

24. Thummadi B.V., Shiv O., Lyytinen K., 2011. Enacted Routines in Agile and Waterfall Processes. AGILE, IEEE Computer Society 67-76.

ВЛИЯНИЕ НЕ ЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКИ НА КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ Моргунов Д.Н. Email: Morgunov1799@scientifictext.ru

Моргунов Денис Николаевич - аспирант, кафедра электроснабжения железнодорожного транспорта, факультет систем обеспечения движения поездов, Самарский государственный университет путей сообщения, г. Самара

Аннотация: двадцать первый век - время новых технологий, повсеместно в компьютерной, оргтехнике и в светотехническом оборудовании используются малогабаритные импульсные источники питания. Применение импульсных источников оказывает серьезное влияние на работу электрооборудования, подключенного к одной с ними электрической сети. В статье раскрывается понятие не линейной нагрузки. Рассматривается влияние высших гармоник на трансформатор и сеть электроснабжения. Приведены решения исключения эмиссии гармонических составляющих.

Ключевые слова: электроприемник, не линейная нагрузка, импульсный источник питания, гармоника, трансформатор, эмиссия, ток, напряжении.

EFFECT OF NON-LINEAR LOAD ON THE QUALITY OF THE ELECTRICAL NETWORK Morgunov D.N.

Morgunov Denis Nikolayevich - Graduate Student, DEPARTMENT ELECTRICITY SUPPLY OF RAILWAY TRANSPORT, FACULTY OF TRAINS PROVISION SYSTEM, SAMARA STATE TRANSPORT UNIVERSITY, SAMARA

Abstract: twenty-first century - the time of new technologies, everywhere in computer, office equipment and lighting equipment small-sized switching power supplies are used. The use of pulsed sources has a serious impact on the operation of electrical equipment connected to the same electrical network. The notion of non-linear loading is disclosed in the article. The effect of higher harmonics on the transformer and the power supply network is considered. Solutions for the elimination of emission of harmonic components are given. Keywords: еlectric receiver, non-linear load, switching power supply, harmonic, transformer, emission, current, voltage.

УДК 621.311.6

В недавнем прошлом значительная часть электрической энергии использовалась потребителями с линейной вольтамперной характеристикой.....

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Влияние не линейной нагрузки на качество электрической сети.

В 2016 году доля потребления Российскими железными дорогами электроэнергии в Российской федерации составила 4,5%, из них 86% отводится на тягу поездов, 11% эксплуатационные нужды и 4% прочее потребление (сторонние потребители не связанные с деятельностью компании)

В эксплуатационные расходы входит, в основной своей части, станочный парк, отопление, освещение и офисная техника.

Энергетическая стратегия ОАО «РЖД» на период до 2010 года и на перспективу до 2030 года, утвержденная распоряжением ОАО «РЖД» 11 февраля 2008 г. № 269р включает в себя 2 основных направления.

• значительное снижение удельного расхода топливно-энергетических ресурсов (далее - ТЭР) во всех сферах деятельности ОАО «РЖД»;

• оптимизация энергетических затрат в стационарной энергетике;

Оптимизация энергетических затрат необходима и если взять освещение хотя бы

одной станции - (жигулевское море) наглядно видно, что экономия реально возможна путем модернизации.

Пример - средний годовой расход электроэнергии на освещение ст. Жигулевское море составляет порядка 530000 кВт*ч, что в переводе в рубли 1,637 миллиона рублей, если рассматривать в масштабах сети дорог из расчета, что всего в компании около 4000 станций то видно колоссальные затраты исчисляемые миллиардами. Применение энергосберегающих технологий (в данном случае светодиодных светильников) дает возможность снизить затраты в 3, а то и 7 раз, но необдуманное, массовое применение светодиодных светильников может дать и отрицательный результат, вплоть до массового выхода из строя электроустановок.

Различаются несколько видов электроприемников - именуемых как нагрузка, линейные и нелинейные сопротивления. Первым относятся наиболее знакомые лампы накаливания, нагревательные элементы, и другие резистивные нагрузки сопротивление которых не зависит от тока или приложенного к ним напряжения, ко вторым более сложные устройства, сопротивление которых зависит от протекающего по ним тока или приложенного напряжения.

В недалеком прошлом большая часть электрической энергии потреблялась линейными нагрузками, с конца 90-х годов резко увеличилась доля нелинейных электропотребителей. В первую очередь это персональные компьютеры и файл-серверы, принтеры, блоки бесперебойного питания, газоразрядные лампы другое офисное оборудование, также не составили исключения набирающие популярность светодиодные светильники, и светодиодные лампочки.

Россия столкнулась с новой серьезнейшей проблемой. Ее суть в том, что сети электроснабжения 0,4 кВ в зданиях, оснащенных компьютерной техникой, «заражены» высшими по отношению к промышленной частоте (50 Гц) гармониками.

В случаях, когда мощность нелинейных электропотребителей не превышает 10-15%, каких-либо особенностей в эксплуатации системы электроснабжения не возникает. При превышении указанного предела появляются различные проблемы в эксплуатации [2].

Дело в том, что для электропитания перечисленного электронного оборудования используются встроенные импульсные источники питания, представляющие собой нелинейные нагрузки, сопротивление которых изменяется с течением времени. Они отличаются от прежних тем, что традиционный понижающий трансформатор и диод заменены на схему управления выпрямлением поступающего из сети тока.

Преимуществом такой схемы - для производителя оборудования - является значительное снижение размеров, стоимости и массы. Источник питания может

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

изготавливаться практически любого форм-фактора. Недостатком - является то, что кроме преобразования переменного тока сети в выпрямленный ток, источник питания создает импульсы тока, содержащие большое количество гармоник третьего и более высокого порядков и значительные высокочастотные составляющие. Эти токи по сути являются несинусоидальным периодическим сигналом, который можно представить в виде суммы постоянной величины и бесконечного ряда синусоидальных сигналов с кратными частотами. На рис. 1 кривая тока, потребляемого импульсным источником, разложена в гармонический ряд. Очень хорошо видно, что третья гармоника исследуемого тока по величине составляет больше 80% от величины основной гармоники частотой 50 Гц.

100,

£ 80

X _

С -О

1 3 5 7 9 13 13 15 17

Номер гармоники

Рис. 1. Спектр гармоник типового ИП (гистограмма)

Гармоники порождаются нелинейными нагрузками, т.е. нагрузками, потребляющими ток с формой волны, отличающейся от формы волны питающего напряжения.

Примеры нелинейных нагрузок:

■ промышленное оборудование (сварочные машины, электродуговые печи, индукционные печи и выпрямители);

■ преобразователи частоты для асинхронных двигателей или двигателей постоянного тока;

■ источники бесперебойного питания;

■ офисное оборудование (компьютеры, фотокопировальные машины, серверные и др.);

■ бытовые электроприборы (телевизоры, микроволновые печи, люминесцентные лампы);

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

■ светодиодные светильники и лампы.

Нелинейные нагрузки потребляют токи гармоник, которые поступают в распределительную сеть. Гармоники напряжения вызываются протеканием токов гармоник по сопротивлениям питающих цепей (по трансформатору и распределительной сети) [3].

Влияние высших гармоник на сети очень велики, весьма вероятны перегрев и разрушение нулевых рабочих проводников кабельных линий вследствие их перегрузки токами третьей гармоники, когда токи в нулевых рабочих проводниках значительно превосходят токи фазных проводников, а защита от токовых перегрузок в цепях нулевых проводников не предусмотрена [1]. Необходимо также отметить ускоренное старение изоляции при повышении рабочей температуры токонесущих проводников. Нулевой рабочий проводник не защищен от перегрева автоматическими выключателями либо предохранителями [1].

Старые системы электроснабжения проектировались только под линейную нагрузку, т. е. потребляемый электроприемниками ток в своем гармоническом составе содержал лишь основную гармонику (50 Гц). Следовательно, ток в нулевом рабочем проводнике не мог превосходить ток в наиболее нагруженной фазе (защита, установленная на фазных проводниках, одновременно предохраняла от перегрева и нулевой рабочий проводник).

Нечетные гармоники в трехфазных цепях сдвинуты на 360 градусов друг к другу, совпадают по фазе и образуют нулевую последовательность. Нечетные гармоники, кратные третьей, суммируются в проводнике нейтрали (рис. 2).

А Ку^у^у '' -

в 2/0\ * —

с \А/С ■ ' —

Рис. 2. Процесс формирования тока нейтрали при нелинейной нагрузке [4]

Полная загрузка трансформатора наступает при использовании лишь 50% его номинальной мощности. Большинство производителей светодиодного оборудования уверяют, что проблема эмиссии гармонических составляющих (влияния на сети электроснабжения) в современном оборудовании решена путем установки в ИИП корректора коэффициента мощности (широтно-импульсная модуляция). Целью было сделать так, чтобы нагрузка источника питания выглядела как резистивная нагрузка, следовательно, входной ток имел синусоидальную форму и совпадал по фазе с приложенным напряжением. Это достигается за счет импульсного извлечения входного тока (как высокочастотного сигнала треугольной формы), из которого с помощью входного фильтра выделяется синусоида. Действительно коэффициент мощности увеличивается с 0,5 до 0,97, более того прибор освещения действительно соответствует нормам эмиссии, но в тоже время приборы оборудованные ККМ (согласно требованиям госта), подключенные к трехфазной сети и имеющие высокий коэффициент, в группе оказывают не меньшее влияние на сеть. Данные явления с сочетанием светодиодного освещения мало изучены в виду того, что массовый характер светодиодного освещения наблюдается в последние 3 года с нарастающим. Светодиодный светильник как штучное изделие не представляет никакой опасности для электрической сети. Большинство производителей светотехнических изделий не занимаются проектными и электромонтажными работами, и как следствие не несут ответственности за качество электрической энергии применительно к комплексу работ. Особенно необходимы данные исследования для проектных институтов применительно к новым объектам и реконструкции существующих.

На сегодняшний день найдены возможные пути решения проблемы, это изменение схемы электроснабжения Y/Д, применение разделительных трансформаторов, применение источников малой мощности без коррекции мощности.

Список литературы /References

1. Москва: Научно-технический центр по безопасности в промышленности «Правила устройства электроустановок», 2007. 584 с.

2. [Электронный ресурс]: Электротехника. Режим доступа: http://www.klmgroup.ru/ru/ enegineers/articles/vliyanie-garmonik-napryazheniya-i-toka/ (дата обращения: 13.03.2017).

3. [Электронный ресурс]: ВИКиЭлектро. Режим доступа: http://ru.electricalinstallation.org/ruwiki/ (дата обращения: 16.03.2017).

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

4. [Электронный ресурс]: Тенси плюс. Режим доступа: http://www.tensy.ru/article01.html/ (дата обращения: 25.03.2017).

ТУРБУЛЕНТНОЕ СМЕШЕНИЕ СТОЧНЫХ ВОД И ОЗОНО-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ Хангильдина А.Р. Email: Khangildina1799@scientifictext.ru

Хангильдина Адиля Рустэмовна - магистрант, кафедра газохимии и моделирования химико-технологических процессов, Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа

Аннотация: рассмотрен метод очистки сточных вод от трудноокисляемых загрязняющих веществ в мембранном реакторе, в котором совмещены процессы мембранного разделения и каталитического окисления. В целях полного смешения фаз предложен метод интенсификации растворения газов-окислителей в сточных водах путем использования трубчатого турбулентного аппарата диффузор-конфузорной конструкции. В среде программирования Delphi 7 произведен расчет трубчатого турбулентного аппарата, показана возможность эффективного использования турбулентного аппарата диффузор-конфузорной конструкции при смешении газов-окислителей и сточных вод. Определены геометрические параметры аппарата. Ключевые слова: очистка сточных вод, смешение газо-жидкостной смеси, трубчатый турбулентный аппарат, диффузор-конфузорная конструкция, перепад давления.

TURBULENT MIXING OF WASTEWATER AND OZONE-AIR

BLEND Khangildina A.R.

Khangildina Adilya Rustemovna - Undergraduate, DEPARTMENT OF GAS CHEMISTRY AND MODELING OF CHEMICAL PROCESSES, UFA STATE PETROLEUM TECHNOLOGICAL UNIVERSITY, UFA

Abstract: the method of wastewater treatment from hardly oxidizable contaminants in a membrane reactor in which processes of membrane separation and catalytic oxidation are combined was considered. For complete mixing of the phases there was proposed a method for intensifying the dissolution of oxidant gases in wastewater by using a tubular turbulent apparatus with diffuser-confusor construction. The tubular turbulent apparatus was calculated by the Delphi 7 programming environment and the possibility of effectively using of the