Дата публикации на сайте: 27-11-2003 |
|
Статья опубликована с разрешения
Линейные нагрузки |
 |
- лампы накаливания
- нагревательные элементы (ТЭН)
- асинхронные электродвигатели
- и т.п.
|
Нелинейные нагрузки |
 |
- Персональные компьютеры
- Файл-серверы
- Мониторы
- Лазерные принтеры
- Копировальная техника
- Факсы
- Блоки бесперебойного питания (UPS)
- Газоразрядные лампы
- Электродвигатели переменной частоты вращения
- Кондиционеры
- Телевизоры
- Видеомагнитофоны
- Микроволновые печи
- и т.п.
|
Тенденция роста нелинейных нагрузок в США
Импульсный источник питания
Питающее напряжение и потребляемый ток
Спектральный состав тока
Характеристики несинусоидальности |
 |

 |
Примеры нелинейных нагрузок |
|
Спектральный состав тока |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Последствия гармоник для электроустановок зданий
- Перегрев и разрушение нулевых рабочих проводников кабельных линий
- Дополнительные потери в силовых трансформаторах
- Ложное срабатывание предохранителей и автоматических выключателей
- Повышенный износ, вспучивание и преждевременное разрушение конденсаторов установок компенсации реактивной мощности
- Ускоренное старение изоляции проводов и кабелей
- Несинусоидальность питающего напряжения
- Сбои в работе и физический выход из строя компьютерного оборудования
- Преждевременных выход из строя электродвигателей
- Снижение коэффициента мощности электроустановок зданий
- Некорректный учет потребляемой электроэнергии
Последствия гармоник для электроустановок зданий
1. Перегрев и разрушение нулевых рабочих проводников кабельных линий
ВНИМАНИЕ!!!
Последствия гармоник для электроустановок зданий
Перегрев и разрушение нулевых рабочих проводников кабельных линий
В соответствии с требованиями 6-го издания ПУЭ п. 3.1.17 нулевой рабочий проводник не защищен от перегрева автоматическими выключателями либо предохранителями. Системы электроснабжения проектировались 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, и защита, установленная на фазных проводниках, одновременно защищала и нулевой рабочий проводник от перегрева.
В процессе эксплуатации неравномерность распределения токов по фазам должна быть не более 10% (п.6.6. табл.6. Приложение 1, ПЭЭП), поэтому при определении длительно допустимых токов по условиям нагрева проводов и кабелей, нулевой рабочий проводник четырехпроводной системы трехфазного тока, а также заземляющие и нулевые защитные проводники в расчет не принимаются (п.3.1.10. ПУЭ), поскольку ток в этих проводниках при наличии линейных электропотребителей существенно меньше токов в фазных проводниках. В случае нелинейных электропотребителей токи в нулевых рабочих проводниках превышают фазные (в пределе в 1.73 раза), поэтому значения длительно допустимых токов, приведенных в табл. 1.3.4-1.3.7 в случае нелинейных электропотребителей должны быть снижены.
Последствия гармоник для электроустановок зданий
2. Дополнительные потери в силовых трансформаторах
Протекание по обмоткам трансформатора несинусоидальных токов, вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости, приводит к увеличению активного сопротивления обмоток трансформатора и, как следствие, к дополнительному нагреву и уменьшению срока его службы.
Кроме того, высокочастотные гармоники тока являются причиной появления вихревых токов в обмотках трансформатора, что также вызывает дополнительные потери мощности и перегрев трансформатора.
Последствия гармоник для электроустановок зданий
3. Ложное срабатывание предохранителей и автоматических выключателей
 |
Происходит из-за внутреннего дополнительного нагрева, за счет явлений поверхностного эффекта и эффекта близости. |
Последствия гармоник для электроустановок зданий
4. Повышенный износ, вспучивание и преждевременное разрушение конденсаторов установок компенсации реактивной мощности
 |
Происходит из-за увеличения тока через конденсаторные батареи на повышенных частотах и резонанса токов на частоте одной или нескольких гармоник. |
Последствия гармоник для электроустановок зданий
5. Ускоренное старение изоляции проводов и кабелей
 |
Старение изоляции проводников и кабелей обусловлено протеканием несинусоидального тока приводящего к повышенному нагреву вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости. |
Последствия гармоник для электроустановок зданий
6. Несинусоидальность питающего напряжения
 |
 |
Напряжение в конце кабеля |
Напряжение в начале кабеля |
 |
 |
Спектральный состав |
Спектральный состав |
Последствия гармоник для электроустановок зданий
7. Сбои в работе и физический выход из строя компьютерного оборудования
В результате наличия несинусоидальных токов, потребляемых электронным оборудованием, возникает искажение формы питающего напряжения.
Это в свою очередь приводит к снижению уровня выпрямленного напряжения, увеличению тепловыделения в элементах импульсного источника питания, снижению устойчивости к кратковременным провалам напряжения.
Так, снижение амплитуды входного напряжения на 10% вызовет увеличение тока на 11%, а тепловых потерь - на 23%.
Последствия гармоник для электроустановок зданий
8. Преждевременный выход из строя электродвигателей
При снижении напряжения потребляемый электродвигателем ток возрастает, что вызывает перегрев изоляции и уменьшение срока службы двигателя. Несинусоидальность питающего напряжения также приводит к ускоренному старению изоляции и дополнительным потерям мощности.
|
Анализ и моделирование режимов работы электроустановок зданий при эксплуатации нелинейных электропотребителей
- Проведение аппаратурно-компьютерной диагностики
- Компьютерное моделирование условий работы
Аппаратурно-компьютерная диагностика системы электроснабжения здания
Разработанный комплекс по мониторингу показателей качества электрической энергии позволяет анализировать следующие величины:
- Напряжение фаз А, В, С, (действующее значение), В
- Напряжение фаз A, В, С, (максимальное значение), В
- Коэффициент искажения синусоидальности (Кu) напряжения фаз А, В, С
- Значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения (Ku(n)) фаз А, В, С
- Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности (K0U)
- Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности (K2U)
- Ток фаз А, В, С и нулевого рабочего проводника (действующее значение), А
- Коэффициент искажения синусоидальности (Кi) тока фаз А, В, С и нулевого рабочего проводника
- Значение коэффициента n-ой гармонической составляющей тока (Ki(n)) фаз А, В, С и нулевого рабочего проводника
- Полная, активная и эквивалентная реактивная мощности фаз A, В, С
- Полная, активная и эквивалентная реактивная мощности по фидеру
На основании результатов измерений формируется выходной отчет, содержащий:
- Осциллограммы кривых напряжений и токов
- Сводную таблицу статистических характеристик напряжений
- Таблицы со статистическими характеристиками n-ой гармонической составляющей напряжения (по каждой фазе)
- Сводную таблицу статистических характеристик фазных токов и тока в нулевом рабочем проводнике
- По всем показателям строятся гистограммы плотности распределения анализируемого показателя
Компьютерное моделирование условий работы системы электроснабжения здания
Программное обеспечение является мощным инструментом для моделирования, анализа и прогнозирования условий работы системы электроснабжения 0,4 кВ и позволяет:
- Составлять сложные, разветвленные схемы распределительных электрических сетей низкого напряжения
- Строить графики кривых токов и напряжений
- Производить гармонический анализ сигналов
- На основе расчетной схемы прослеживать необходимые параметры сети и получать полную информацию о состоянии системы электроснабжения с выводом статистических характеристик в исследуемых точках
1.Обширные возможности программы позволяют рассчитывать токи и напряжения в сети и проводить их гармонический анализ
2.Моделирование схемы осуществляется с помощью встроенных средств программирования исходных параметров
Специальный графический редактор, обрабатывает импортированные из программы данные и имеет возможность строить множество графиков, описывающих исследуемые параметры (напряжение, ток и т.п.).
Кроме того, имеется возможность отображать в табличном виде различные характеристики построенных кривых.
Например:
- мин., макс. и среднее значения;
- коэффициент несинусоидальности;
- коэффициент n-ой гармонической кривой тока и напряжения;
- значение каждой гармоники в отдельности (абсолютное или относительное значения).
- и т.д.
Мощная схемотехническая программа позволяет моделировать работу сложных схем, а также имеет обширные возможности по импорту и экспорту исходных и расчетных данных в другие программы.
Большой набор встроенных функций позволяет производить анализ переходных процессов, анализ частотных характеристик, а также расчет передаточных функций по постоянному току.
Графические возможности программы позволяют в наглядном виде отображать результаты расчетов. Кроме того, имеется возможность экспортировать полученную информацию в текстовые или графические файлы.
Таким образом, программа является гибким и в тоже время довольно мощным средством расчета и анализа режимов работы электрических систем любого уровня.
ВНИМАНИЕ!!!
Работники одного из обследуемых офисных зданий жаловались на «дрожание» изображения мониторов компьютеров и вследствие этого на быструю утомляемость и плохое самочувствие. Плотность потока индукции магнитного поля на рабочих местах пользователей ПК составляла более 5 мкТл (при норме СанПиН 2.2.2.542-96 - 0,25мкТл).
Источником магнитных полей промышленной частоты является кабельная линия с током утечки более 109 А (амплитудное значение).
При устранении тока утечки по этой кабельной линии ток по нулевому рабочему проводнику возрастет до 168 А (амплитудное значение), что, с учетом сечения жил данного кабеля может привести к его перегреву и возгоранию.
Ток в нулевом рабочем проводнике до устранения тока утечки по кабельной линии.
Амплитудное значение тока 109,7 А.

Ожидаемый ток в нулевом рабочем проводнике после устранения тока утечки по кабельной линии.
Амплитудное значение тока 168 А.

При устранении тока утечки по кабельной линии возможно резкое увеличение тока в нулевом рабочем проводнике. Следовательно, согласно утверждениям сделанным ранее ,с большой долей вероятности можно сказать, что не рассчитанный на подобные токовые нагрузки кабель будет перегреваться, вплоть до возгорания.
РЕШЕНИЯ:
- Во-первых, необходимо провести полномасштабное обследование системы электроснабжения здания, выяснить характер электрических нагрузок, пригодность существующих сетей к эксплуатации и перспективу роста числа подобных электропотребителей.
- Во-вторых, определить целесообразность применения тех или иных специализированных технических средств для ограничения уровня гармоник.
Статья опубликована с разрешения 
Статьи по этой теме:
|