Transcript доклад

НИУ МЭИ
Электромагнитная безопасность
электрических цепей при использовании
нового поколения светотехнических
приборов
Гужов С.В.
Светодиодный светильник как источник
электромагнитных помех сети ~220/380В
1 – накопитель электромагнитной энергии, фильтр;
2 – выпрямитель;
3 - корректор формы потребляемого от электрической
сети тока;
4 - блок управления;
5 - усилитель мощности;
6 - выходной каскад ;
7 – реле времени;
8 – датчик звука;
9 – датчик присутствия;
10 – датчик освещённости;
11 – элемент принятия сигналов извне по различным
каналам (сухой контакт)
2
Анализ пускорегулирующей аппаратуры
разрядных и светодиодных ИС
Функция ВАХ – i(u)
и огибающая ВАХ (f_BAX) для
ДНаТ-100
ПРА разрядных ламп не способно поддерживать
значение потребляемого тока постоянным на всём
отрезке напряжений. В таком случае, значения токов
первой гармоники с увеличением порядкового номера
источнике света в групповой сети будет убывать.
Значения токов высших гармонических составляющих
тока убывают пропорционально току первой
гармоники.
Функция ВАХ – i(u)
и огибающая ВАХ (f_BAX) для
светодиодного светильника LZ-70
Вид огибающей ВАХ достигается наличием
активного корректора мощности, способного при
значительных колебаниях сетевого напряжения
изменять внутреннее сопротивление, поддерживая
постоянное значение тока во вторичных цепях.
Значения гармонических составляющих тока,
отдаваемого в питающую сеть, также остаются
неизменными на всём протяжении линии.
Основные ПКЭ, подверженные
воздействию светодиодных светильников
«Совместимость технических средств электромагнитная» ГОСТ 13109-97.
Наименование ПКЭ
Отклонение напряжения
δUy
δUt
Pt
K2U
K0U
установившееся отклонение напряжения
Наиболее вероятная причина
график нагрузки потребителя
Колебания напряжения
размах изменения напряжения
потребитель с
доза фликера
резкопеременной нагрузкой
Несимметрия напряжений в трёхфазной системе
коэффициент несимметрии напряжений по обратной
последовательности
потребитель с
несимметричной нагрузкой
коэффициент несимметрии напряжений по нулевой
последовательности
Несинусоидальность формы кривой напряжения
KU
коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения
KU(n)
коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения
Δf
ΔtП
Uимп
Прочие
отклонение частоты
длительность провала напряжения
импульсное напряжение
KперU
коэффициент временного перенапряжения
потребитель с нелинейной
нагрузкой
особенности работы сети,
климатические условия или
природные явления
Снижение эффективности процессов
генерации, передачи электроэнергии

Доп. потери мощности в ЛЭП
Р

3
*
I

ЛЭП
rK
r

2


2
где Кru - коэффициент, учитывающий влияние поверхностного эффекта
(Кru = 0,47*u0,5).
∆РЛЭП= 2÷6%
В трансформаторах гармоники напряжения вызывают увеличение потерь
электроэнергии на гистерезис, потерь на вихревые токи и в стали, и
потерь в обмотках:



2


P
1

0
.
5
2
K

P


P
U

0
.
607
U




U



2
K

2
ТР
Х

2
где ∆РХ, ∆РКЗ, UК - расчётные данные трансформатора.
∆РТР= 3÷5%
Важная составляющая воздействия гармоник на мощные
трансформаторы состоит в циркуляции утроенного тока нулевой
последовательности в обмотках, соединённых в треугольник, что часто
приводит к их перегрузке и последующему межвитковому КЗ.
Ускоренное старение изоляции
электрооборудования
В кабельных линиях гармоники напряжения (δUt) увеличивают
воздействие
на
диэлектрик
пропорционально
увеличению
максимальной амплитуды напряжения, что ускоряет его старение и
формируют потери на нагрев (∆Рнагрев).
В линиях сверхвысокого напряжении гармоники напряжения по той
же причине (увеличение амплитуды) могут ещё вызвать увеличение
потерь электроэнергии на корону.
∆Рнагрев= 1÷3%
Входное
сопротивление
питающей
пренебрежении активными сопротивлениями:
энергосистемы
при

X
н

X

Z
*
tg
(
l

arctg
[
k
])
ВХ
C
1
(
2
)
Z
C
где ZC – волновое сопротивление линии; ХНu - сопротивление нагрузки
линии току гармоник; β – коэффициент фазы; коэффициент k1(2) для
сетей некоторых конфигураций определяется по справочным данным.
Снижение ёмкости батарей
конденсаторных установок
Наличие в сетях конденсаторов,
используемых для
компенсации реактивной мощности, может привести к местным
резонансам, которые, в свою очередь, могут вызвать чрезмерное
увеличение тока в конденсаторах и их выход из строя.
Дополнительные
активные
потери,
приводящие
к
дополнительному нагреву БК:




P

U
n
*
C
*
tg

(

)*

ДИЭЛ



2
2
где w - номинальная угловая частота; U(u) – напряжение u-й гармоники;
С – ёмкость батареи; tgdu - коэффициент диэлектрических потерь на u-й
гармонике.
∆Рдиэл= 5÷15% при допустимом переносимом отклонении тока
от нормы до 30%
Замедление частоты вращающихся
электрических машин
Потери, обусловленные наличием высших гармоник тока в
статорной обмотке во вращающихся машинах, определяются по
формуле:

1
2

P


Р
(
1

[
K
K
])

(

)
СТАТ
НОМ
I
(

)*
r
(

)
К


2
r
1
где ∆РНОМ – потери в меди обмотки при синусоидальном токе; КI(u) –
коэффициент u-й гармоники тока; Кr(1) и Кr(u) –коэффициенты
увеличения потерь (коэффициенты вытеснения) для 1-й и u-й гармоник
тока, определяемые в зависимости от конструкции машины.
∆Рстат= 1÷4%
В
фазах
обмоток
статора
гармониками
создаётся
пульсирующая магнитодвижущая сила, приводящая к появлению в
зазоре несинхронных магнитных полей, создающих дополнительные
потери. Наличие гармоник также могут привести к значительной
вибрации вала.
Дополнительные увеличивающие
погрешности в приборах учёта

n
m
Мгновенные значения
u

2
*
U
sin(
n
t

a
)

2
*
U
sin
m
t

a
)
n
n
m
m
напряжения:

1
∆Ручёт= 2÷3,5%
1
Процентное содержание тока
гармоники относительно тока
первой гармоники
Фон гармонических составляющих в
сети ~220/380В
Номер гармонической составляющей
Уровень
дополнительных
потерь
в
питающих
сетях
промышленных предприятий составляет 4-8% номинальных потерь.
В сетях электрифицированного транспорта доп. потери от
несинусоидальности достигают 10-15%.
В целом по стране из-за повышенного гармонического состава
при передаче и распределении электроэнергии дополнительно теряется
2.5-3% всей генерируемой мощности.
Результирующие формы кривых тока
уличных СДС (паспортные данные)
Газоразрядный
ИС типа
ДРЛ-150 с
компенсацией
Газоразрядный
ИС типа
ДНаТ-100 с
компенсацией
Светодиодный
аналог
Данные по замерам гармоник тока
для светодиодного аналога ДНаТ-70
Форма кривой тока
для номинального режима.
Номер
гармоники
Значение тока
1
100,0
3
18,0
5
5,0
7
5,0
9
0,5
11
0,1
13
0,7
15
0,1
17
0
19
6,0
21
0
23
3,0
25
9,0
27
5,0
29
10,0
31
0
33
0
35
0
37
0
39
0
Форма кривой ВАХ
для номинального режима.
Описание моделируемой групповой
линии осветительной сети
Сеть ограниченной мощности, f=50 Гц,
UФ НОМ =220B. Максимальный номер
гармоники в исследуемом спектре: N=40.
В качестве исходных данных принят ИС
типа «ДНаТ-100 с компенсацией».
Расстояние между первым светильником и
уличной РП, как и последующие расстояния
между светильниками составляют 30 м.
Прибор учёта – счётчик полной мощности типа
Матрица Smart IMS, серия NP5, класс
точности - 1.
Используемый проводник СИП-5х25
производства ООО «Сарансккабель».
Сеть с равномерно распределённым
электропотреблением по всем трём фазам.
Программа расчёта электромагнитной
обстановки в осветительных сетях
Результаты расчёта
Результаты моделирования сети
городской уличной осветительной сети
Амплитудное значение тока:
- без учёта нелинейности нагрузки – 12,7 А;
- с учётом нелинейности нагрузки тока – 25,0 А.
Действующее значение тока:
- без учёта нелинейности нагрузки– 9,0 А;
- с учётом нелинейности нагрузки тока – 10,6 А.
Значение потребляемой мощности:
- без учёта нелинейности нагрузки – 2,8 кВт;
- с учётом нелинейности нагрузки тока – 3,228 кВт.
Дополнительные затраты на несинусоидальность тока – 0,428 кВт
или 13,3 %.
Расчётные результирующие токи в ЩНО (ось абсцисс –
время, с; левая ось ординат – значение тока, А; правая ось
ординат – значения мощности, Вт)
Функция ВАХ – i(u) - и огибающая ВАХ (f_BAX) для LZ-70
Спектр гармонических составляющих тока на каждом
ИС типа LZ-70 для каждой исследуемой гармоники