Электромагнитная совместимость в электроэнергетике

Задание 1.

• а) Опишите, что может служить причиной возникновения помех, распространяющихся по питающей сети (т.е. какие электроприемники могут снижать качество электрической энергии).
• б) От шин 10 кВ понизительной подстанции получает питание несимметричная нагрузка. Коэффициент искажения синусоидальности напряжения на шинах 10 кВ

К _U =4%.

Рассчитайте величину отклонения напряжения, коэффициенты не симметрии напряжений по обратной и нулевой последовательности по данным измерений табл.1. Оцените результаты расчета Опишите, как влияет появление не симметрии на режим работы электроприемников.

Таблица 1.

Электрическая система из-за наличия в ней нелинейных и несимметричных элементов, а также из-за изменений режима работы может сама быть источником помех, которые проявляются в ухудшении показателей качества электроэнергии.

Допустимые по условиям работы электротехнического оборудования величины ПКЭ приведены в ГОСТ 13 109–94, нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения.

В настоящее время разработаны и применяются различные приборы для измерения показателей качества электроэнергии. Эти приборы позволяют измерять следующие показатели качества: отклонение частоты, отклонение напряжения, несимметрию напряжения обратной и нулевой последовательностей, коэффициент искажения синусоидальности напряжения, время выхода ПКЭ за нормально допустимые и предельные значения.

Помехи в области низких, средних и высоких частот создаются всеми электротехническими устройствами. В системах электроснабжения наблюдаются частые помехи при коммутации сильноточных цепей реле и контакторов, например, цепей катушек включения выключателей при работе охлаждения трансформаторов.

Эти помехи вызывают ложное срабатывание, сбои и зависание цифровой аппаратуры, а также кратковременное ухудшение качества каналов связи. Аналогичное влияние на цифровые устройства оказывает процесс зажигания люминесцентных ламп, работа устройств электрической сварки. Помехи, передающиеся посредством электромагнитного поля, называют индуктивными помехами.

Резкие колебания нагрузки, короткие замыкания в сети 0,4 кВ., наличие в питающей сети нелинейных потребителей также вызывает появление электромагнитных помех, но распространяющихся по цепям питания. Такие помехи называют кондуктивными. Те же явления одновременно создают и сильные индуктивные помехи.

б) Отклонение напряжения Измерение отклонения напряжения производится:

Для каждого наблюдения (интервал усреднения 60 с.) за период времени, равный 24 ч., измеряют действующее значение напряжения U _B кВ., которое в электрических сетях однофазного тока определяют как действующее значение напряжения основной частоты U _(1)I без учета высших гармонических составляющих напряжения, а в электрических сетях трехфазного тока, как действующее значения напряжения прямой последовательности основной частоты U _1(1)I:

Коэффициент искажения синусоидальности напряжения K_U =4%, т. е. не превышает 5%, то можно пользоваться упрощенной формулой:

(1).

где U _{AB (1)}, U _{BC (1)}, U _{CA (1)}, U _ABi, U _BCi, U _CAi,-действующие значения междуфазных напряжений основной частоты в i-том наблюдении (В, кВ).

Далее вычисляем отклонение напряжения дU, в процентах:

где.

U_НОМ-номинальное междуфазное напряжение, В, кВ.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на выводах электроприемниках в соответствии с ГОСТ 13 109–97 равны соответственно ±5 и ±10% от номинального напряжения сети.

2) Коэффициент не симметрии Напряжение обратной последовательности К_2U вычисляют для междуфазных напряжений следующим образом.

Для каждого i-го наблюдения за период времени 24 ч, измеряют одновременно действующее значение междуфазных напряжений по основной частоте U_{AВ (1),} U_{BC (1)},.

U_{CA (1),} (В, кВ). Определяют коэффициент не симметрии напряжений обратной последовательности К_2Ui,% как результат i-го наблюдения, по формуле.

где.

U_2(1)I -действующее значение напряжения обратной последовательности.

U_1(1)I -действующее значение напряжения прямой последовательности, В, кВ, вычисленное по формуле (1).

Действующее значение напряжения обратной последовательности будем вести по приближенной формуле т.к. К_U не превышает 5% (коэффициент искажения синусоидального напряжения).

(2).

где U_{НБ (1)i}, U_{НМ (1)i} -наибольшее и наименьшее значение из трех измеренных междуфазных напряжений.

(2).

Коэффициент не симметрии.

где.

3) Коэффициент не симметрии нулевой последовательности:

К_OUi -измеряют так:

Для каждого i-го наблюдения (интервал 3 с.) за период времени, равный 24 ч., измеряют одновременно действующее значение трех междуфазных и двухфазных напряжений основной частоты U _{AB (1)i}, U _{BC (1)i}, U _{CA (1)i}, U _{a (1)i}, U _{b (1)i}, U _{c (1)i}, В, кВ Вычисляют коэффициент не симметрии напряжений нулевой последовательности К_ОUi %, кА результат i-го наблюдения.

_,

где U_0(1)i— действующее значение напряжения нулевой последовательности,.

U_1(1)i— действующее значение междуфазного напряжения прямой последовательности основной частоты, В, кВ.,.

Действующее значение напряжения нулевой последовательности U_0(1)I основной частоты в i-ом наблюдении вычисляем по приближенной формуле.

где.

U_{НБФ (1)I,} U_{НМФ (1)I} -наибольшее и наименьшее из действующих значений трех измеренных фазных напряжений.

_,

тогда коэффициент не симметрии напряжений нулевой последовательности будет:

При вычислениях по приближенным формулам (1).

Нормально допустимые значения коэффициента не симметрии U обратной и нулевой последовательности равен 2%. Предельно допустимое значение 4%. Поскольку расчетные значения превышают допустимые значения, необходимо принять меры по более симметричному распределению нагрузки между фазами.

Несимметрия неблагоприятно влияет на электродвигатели, сокращая срок их службы, уменьшая мощность, создавая противодействующий вращающий момент.

Конденсаторные батареи загружены неправильно, что сокращает срок их службы и создает еще большую не симметрию в сети.

Отклонение напряжения считается допустимым в пределах от 5 до 10%.

Задание № 2.

сеть помеха напряжение потенциал.

• а) Найдите напряженность электрического поля, созданного ВЛ напряжением U в точке Р, отстоящей от средней фазы на расстоянии х=d от земли, на высоте h=1,8 м.
• б) Оцените величину наведенного потенциала на корпусе машины, оказавшейся в зоне влияния ВЛ при х=d. Данные для выполнения расчета приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Фазное напряжение ВЛ, кВ.	Марка проводов.	Радиус одиночного провода rпр, мм.	Радиус расщепления rр, см.
4xАСО 400
Расстояние между фазами d, м.	Средняя высота провеса проводов Н, м.	Средняя высота машины hт, м.	Площадь машины в плане, Fм, м2
		0,8.

а) Напряженность электрического поля в точке Р с координатами x и n, создаваемого3-х фазной ВП. С горизонтальным расположением проводов, может быть определена из выражения:

кВ/м, где (1).

Е_х,Е_у— горизонтальная и вертикальная составляющая вектора напряженности поля в точке Р.

Причем.

(2).

(3).

Где.

Семкость фазы трехфазной линии.

r_ЭКВ— эквивалентный радиус расщепленной на n проводов фазы ВЛ Нсредняя высота подвеса провода над землей.

dрасстояние между фазами линии.

r_Р— радиус окружности, по которой размещены провода расщепленной фазы.

r_ПР— радиус провода Коэффициенты, входящие в формулы (2) и (3).

Решение.

r_p — радиус окружности, по которой размещены провода расщепленной фазы;

r_пр — радиус провода.

где.

Семкость фазы трехфазной линии.

r_ЭКВ— эквивалентный радиус расщепленной на n проводов фазы ВЛ Нсредняя высота подвеса провода над землей.

dрасстояние между фазами линии.

Напряженность электрического поля в точке Р с координатами х и n, создаваемого 3-х фазной ВЛ, определена.

кВ/м.

.

Определим ток через тело человека, находящегося в электрическом поле промышленной частоты и стоящего на земле в токопроводящей обуви.

мкА Е_Р -напряженность электрического поля кВ/м на уровне головы человека 1,8 м от земли.

мкА = 0,237 мА.

Вывод: расчитанная напряженность электрического поля соответствует предельно допустимому уровню для трудно доступной местности (не доступной для транспорта и сельскохозяйственных машин) и на участках, специально выгороженных для исключения доступа населения — 20 кВ/м.

При напряженности электрического поля выше 1 кВ/м должны быть приняты меры по исключению воздействия на человека ощутимых электрических разрядов и токов стекания.

Как показали исследования учёных нашей страны, при прикосновении человека к изолированным металлическим предметам установившийся ток через тело человека не должен превышать 0,3 мА. В этом случае человек не испытывает болевых ощущений. Если эти величины превышают указанные данные, то необходимо предусматривать защитные меры.

Так как ток через тело человека /_ч = 0,237 мА, пройти под BЛ 750 кВ без специальных защитных средств нежелательно.

б) Для решения находим напряженность электрического поля на том же удалении от середины линии, но на высоте корпуса автомашины (h=h_Т). Затем найдем наведенный потенциал на корпусе машины и величину тока через тело человека при его прикосновении к корпусу.

h_Т=0,8 м.

Для нахождения напряженности электрического поля используем формулу (1).

кВ/м.

.

Для приближенной оценки величины наведенного на корпусе машины потенциала и тока через тело человека при касании корпуса машины можем принять, что у поверхности земли (H>h_Т) на высоте транспортного средства h_т, величины вертикальной составляющей напряженности электрического поля Е_У?const.

Тогда можно считать, что изолированный от земли корпус машины приобретает потенциал.

Приняв емкость машины равной емкости плоского конденсатора с площадью пластин, равной площади машины в плане, найдем величину установившегося тока через тело человека при его тесном контакте с металлическим корпусом и землей.

мА где F_M— площадь машины в плане, м²

мА По результатам расчетов можно сделать вывод, что при заданных условиях нахождение человека в зоне влияния электрического поля и прикосновении к корпусу находящегося в этом поле автомобиля опасно т.к. расчетные значения напряженности электрического поля и тока через тело человека превышают допустимые величины.