Учебное пособие 800600

•коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности;

•отклонение частоты;

•длительность провала напряжения;

•импульсное напряжение;

•коэффициент временного перенапряжения.

Наиболее важным показателем качества и энергетической эффективности энергосистемы является производство и передача максимального количества активной энергии, совершающей полезную работу. Это компенсирует колебания электрической нагрузки, а также непродуктивные нагрузки, потребляющие реактивную мощность и искажения формы тока и напряжения, вызываемые электрооборудованием с нелинейными харак-теристиками, таким как дроссели, регулируемые электроприводы, выпрямители, электронные пускатели и др.

Гармоники генерируются нелинейными нагрузками. Эти нагрузки, будучи подключенными к электрической сети с синусоидальным переменным напряжением, потребляют нелинейные токи. Амплитуда и частота возникающих гармоник зависят от степени искажения формы тока. Вносимые такими нелинейными нагрузка ми искажения, как правило, периодические.

Среди множества источников гармоник в качестве наиболее распространенных можно выделить следующие:

•электромагнитные и электронные балласты систем освещения;

•электросварочное оборудование;

•однофазное электрооборудование;

•электромагнитные дроссели для газоразрядных ламп;

•устройства плавного пуска;

•регулируемые электроприводы.

Воздействие гармоник на электрическую сеть приводит к: увеличению транспортируемой мощности, к снижению коэффи-циента мощности сети, несанкционированным срабатыванием автоматических выключателей, к перегрузкам проводников, вибрации и перегрузкам различных механизмов, к возникновению нестабильности в энергосистемах, ложному срабатыванию устройств релейной защиты к снижению реактивного сопро-тивления конденсаторов (Xc = 1/ωC), что может вызвать аварийную ситуацию в автоматически регулируемых конденсаторных батареях, установленных для повышения коэф-фициента мощности, к

122

ошибочным показаниям измерительной аппаратуры и помехам в устройствах управления.

При анализе литературных источников выяснилось что на сегодняшний день нет общепринятого метода для обнаружения виновников нарушения синусоидальности напряжения.

В литературных источниках можно выделить две группы подходов к определению источников искажений кривой напряжения в точке общего подключения [1]:

1.Группа, основанная на измерениях в точке общего подключения с известным или неизвестным сопротивлением сети и потребителя.

2.Группа, основанная на измерениях, взятых в различных точках системы электроснабжения, с использованием методик оценки состояния системы.

Вторая группа подходов по определению источника гармоник используется для системообразующих сетей и предполагает сложные алгоритмы оптимизации размещения датчиков по всей системе энергоснабжения для оценки источников искажений.

Рассмотрим методы определения источника искажения, относящиеся к первой группе:

1.Методы, основанные на определении знака и значения мощности гармоники, генерируемой источником высших гармоник

[2]:

Pi =(UicIic + UisIis)/2 Qi ==(UicIis - UisIic)/2 ,

где Pi, Qi – активная и реактивная мощности i-й гармоники; Uic, Uis – косинусная и синусная составляющая амплитуды напряжения i-й гармоники; Iic, Iis – косинусная и синусная составляющая амплитуды тока i-й гармоники.

2. Метод деформирующей и не деформирующей нагрузки, согласно которому измеренный ток i(t) является суммой не деформирующего in(t) и деформирующего id(t) токов:

in(t)=∑k I1/U1)1.41Uksin(kω1+θK+ k(φ1 – θ1)), id(t) = i(t) – in(t)

где U1, I1 – действующие значения напряжения и тока первой гармоники; φ1 – фазы тока и напряжения первой гармоники; θk – фаза k-й гармоники напряжения.

123

3. Метод искажающего и не искажающего тока. Нагрузка представляется в виде эквивалентного линейного сопротивления первой гармонике:

|Z1 | = U1/I1

где U1, I1 – действующие значения напряжения и тока первой гармоники, измеренные в точке общего подключения .

Тогда R = |Z1 |cos φ1, X1= |Z1 |sin φ1, L =X1/2πf1, где R – активная составляющая сопротивления нагрузки; X1 – реактивное сопротивление нагрузки первой гармонике; φ1 – разность фаз между векторами напряжения и тока первой гармоники; f1 –частота сети (50 Гц); L – расчетная индуктивность нагрузки.

В вышеописанных методах определение источника гармоник все измерения проводятся в точке общего подключения. Второй и третий из перечисленных методов определения виновника искажения кривой напряжения в точке общего подключения исходят из предположения линейности сопротивления нагрузки на всех частотах, что является не совсем корректным. По анализу литературных источников можно сделать вывод, что ни один из методов определения источников гармоник в СЭС не позволяет достоверно определить всех участников искажения кривой напряжения в точке общего подключения.

Литература

1.Distortion Sources Identification in Electric Power Systems / R.S. Herrera, A. PJrez, P. Salmer\n, J.R. V<zquez, S.P. Litr<n.

2.Зыкин Ф.А. Определение степени участия нагрузок в снижении качества электрической энергии [Текст] / Ф.А. Зыкин //

Электричество. – 1992. – № 11. – С. 13–19.

3.ГОСТ Р 54149–2010. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качес-тва электрической энергии в системах электроснабжения общего

назначения [Текст]. Введ. 01.01.2013. – М: Стандартинформ, 2012.

20 с.

Воронежский государственный технический университет

124

УДК 620.91

Н.С. Коталевский, С.В. Гладкий, А.В. Тикунов

ОСОБЕННОСТИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

Рассматривается структура современных фотоэлектрических систем и особенности их использования

Ключевые слова: фотоэлектрический модуль, система управления, химический аккумулятор, система электроснабжения

На сегодняшний день системы электроснабжения на основе фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) становятся все более и более популярными. Это стало возможным благодаря появлению новых типов ФЭП, для создания которых используются современные материалы (арсенид галлиевые, кадмиевые ФЭП и т.д.), а также использующие другую структуру преобразовательного элемента (поликристаллические, тонкопленочные ФЭП и т.п.). Благодаря этому стоимость ФЭП в последние годы существенно снизилась, что сделало их более доступными для широкого круга потребителей, а самое главное, появилась возможность использования этих источников энергии для электроснабжения жилых домов, мастерских и т.п., что раньше было практически не возможно из-за их стоимости.

На данный момент существует два основных способа реализации электростанций на базе ФЭП. Это полностью автономные солнечные электростанции и гибридные системы на основе солнечных панелей.

Автономные системы (рис. 1) нашли широкое использование для электроснабжения небольших объектов, например для уличного освещения, питание мобильных объектов, например речные и морские суда. Для электроснабжения жилых домов такие системы не совсем подходят, так как в темное время суток энергию приходится брать из химических аккумуляторов, заряд которых осуществляется от тех же ФЭП в светлое время суток, что уменьшает объем энергии используемый для электроснабжения самого объекта.

В связи с этим, для электроснабжения жилых объектов наибольшее распространение получили гибридные системы. Под гибридными электростанциями подразумевают систему, которая имеет возможность совместной работы солнечной электростанции и централизованной электросети. Сердцем такой системы является

125

система управления, которая производит оценку выработки энергии ФЭП и сравнивает ее с величиной нагрузки, в случае «недостачи» энергии от солнечной электростанции электрическая энергия берется из внешней сети.

Рис. 1. Структурная схема автономной электростанции на базе ФЭП

В состав солнечной электростанции обязательно входит инвертор, в задачу которого входит преобразование постоянного тока ФЭП и аккумуляторной батареи в переменный ток, так как большая часть «бытовых» потребителей это потребители переменного тока.. По типу выходного сигнала инверторы можно разделить на две основные группы. Первая - это инверторы с чисто синусоидальным выходным сигналом и имеет на экране осциллографа плавно изгибающуюся кривую описываемую синусоидой (рис. 2). Вторая группа - это генерирующие прямоугольный (квазисинусоидальный, модифицированный синусоидальный, меандр) выходной сигнал. Такой сигнал имеет на экране осциллографа резкий передний и задний фронты, а также плоскую вершину(рис.3).

Первая группа инверторов дает сигнал, который почти полностью повторяет форму напряжения в сети, а вторая группа имеет сигнал практически прямоугольной формы и он подходит не всем потребителям.

126

УДК 628.9

О.В. Луговцова, Л.Н. Титова

ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПУЛЬСАЦИИ СВЕТОВОГО ПОТОКА ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ И СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ

Рассматривается коэффициент пульсации светового потока люминесцентных светильников с ЭмПРА и ЭПРА и светодиодных светильников

Ключевые слова: коэффициент пульсации, люминесцентный светильник, светодиодный светильники

Среди факторов внешней среды, влияющих на организм человека в процессе труда, свет занимает одно из первых мест. При осуществлении любой трудовой деятельности утомляемость глаз в основном зависит от напряженности процессов, которые сопровождают зрительное восприятие.

Коэффициент пульсации освещенности (Кп, %)характеризует колебания во времени светового потока, падающего на единицу поверхности. Коэффициент пульсаций освещённости определяется отношением амплитуды колебаний освещённости к их среднему значению, и вычисляются по формуле:

Требования к коэффициенту пульсации указаны в СП 52.13330.2011 – не более 10%, для более грубых условий работы – не более 15%. В ГОСТ 17677-82 «Светильники. Общие технические условия» приведены требования к рабочей частоте пускорегулирующей аппаратуры (ПРА) светильников с люминесцентными лампами. Она должна быть не ниже 400 Гц. C 1 января 2013 года введен в действие новый ГОСТ Р 54945-2012 «Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности». В этом документе указано, что коэффициент пульсации освещенности учитывает пульсацию светового потока до 300 Гц. Частота пульсации свыше 300 Гц не оказывает влияния на общую и зрительную работоспособность. Сформулированы требования к условиям проведения измерения, и методика расчета коэффициента пульсации освещенности, приведен перечень рекомендованных люксметров-пульсметров для проведения

128

измерений пульсаций освещенности, среди которых - люксметры- пульсметры-яркомеры "Эколайт-01" и "Эколайт-02".

Особое внимание коэффициенту пульсации уделяется на рабочих местах, на которых в поле зрения работника имеются быстро движущиеся или вращающиеся предметы, то есть возможен стробоскопический эффект либо эксплуатируются ЭВМ.

Соблюдение норм коэффициента пульсации освещенности позволяет предотвратить отрицательное влияние стробоскопического эффекта и снизить зрительное и общее утомление человека.

Не смотря на то, что бытует мнение, что мозг человека не способен воспринимать и обрабатывать частоту мерцания более нескольких десятков Гц, современные медицинские исследования показывают абсолютно обратное. Органы зрения и мозг способны воспринимать и реагировать на изменения воспринимаемой зрительной информации вплоть до частоты 300 Гц. При такой частоте мерцания свет не оказывает визуального воздействия, он способен влиять на гормональный фон, который в свою очередь воздействует эмоции человека, его работоспособность, циркадные (суточные) ритмы, а также многие другие сферы жизнедеятельности.

Многие уже сталкивались с не визуальным воздействием пульсации искусственного освещения, которое проявлялось в виде ощущения дискомфорта, усталости и даже недомогания, которые возникают при условиях, на первый взгляд хороших, ярко освещенных помещений либо при работе за компьютером.

Не визуальное воздействие света вполне способно повлечь за собой расстройство биологического ритма человека, а также циркадный стресс. Это в свою очередь влечет за собой депрессию, бессонницу, патологии сердечно-сосудистой системы и даже заболевания раком.

В случае если частота пульсации превышает 300 Гц, то такой свет не имеет ни какого заметного влияния на организм человека. Это объясняется тем, что такие частые мерцания света просто не воспринимаются сетчаткой глаза.

Исследование коэффициента пульсации светового потока проводилось с использованием фотоголовки ФГ-01, входящей в состав люксметра-пульсметра-яркометра «ЭкоЛайт-01». Для анализа пульсаций светового потока используется программный комплекс «ЭкоЛайт-АП». Программное обеспечение доступно для операционной системы Windows.

Результаты измерений представляются в виде осциллограмм.

129

О качестве светового потока можно судить исходя из осциллограммы и спектрального состава. Отсюда видно, что искусственные источники светового излучения являются источниками электромагнитных волн с частотой от 0 до 300 Гц в диапазоне длин волн 380-760 нм. Газоразрядные источники обладают линейчатым спектром излучения, в котором отсутствует или очень мало излучении с длинной волны 550 нм (максимальная чувствительность глаза). Преобладает излучение в коротковолновой и длинноволновой части спектра.

Анализ спектра пульсаций освещенности (светового потока) светильников с ЭмПРА, показывает, что максимальная составляющая пульсаций находится в диапазоне от 0 до 100 Гц с соответствующими длинами волн (в зависимости от источника света) и создает «электромагнитное загрязнение» окружающей среды низкочастотным излучением.

При длительной и интенсивной работе (продолжительность рабочего дня 8 часов), человек, находится под воздействием источников такого уровня ЭМИ с частотой, которая оказывает негативное влияние на внутренние органы, вызывает расстройства зрительного характера, нервно-психологического и т.д.

При рассмотрении светильников с ЭПРА, видно, что в диапазоне до 100 Гц ЭМИ даже в линейчатом спектре имеют малую интенсивность. Это приводит к выводу, что ЭПРА сглаживает пульсации светового потока, таким образом, снижает интенсивность ЭМИ и, как следствие, снижается возможное негативное влияние на организм человека.

Светодиодные светильники – одно из перспективных направлений технологий искусственного освещения, основанное на использовании светодиодов в качестве источника света.

Светодиоды обладают сплошным спектром излучения светового потока во всем диапазоне видимого излучения.

Светодиодный энергосберегающий светильник СВО-02/1-32/50 по сравнению с обычными встраиваемыми светильниками имеет пониженное энергопотребление (примерно на 30%) – 43 Вт. Имеет низкий коэффициент пульсации, на осциллограмме видно, что график не периодичен, и изменения происходят в малых пределах частоты до 30 Гц, что не оказывает отрицательного влияния на органы зрения человека.

Светодиодный энергосберегающий светильник СВО-02/1-64/100 по сравнению с предыдущим имеет большее потребление энергии в

130