Введение 3
1 Контроль качества электроэнергии 6
1.1 Виды контроля качества электрической энергии 7
1.2 Выбор пунктов контроля качества электрической энергии 8
1.3 Длительность контроля качества электрической энергии 10
1.4 Требования к архитектуре информационно-измерительной системе
контроля качества электроэнергии 11
1.5 Обзор регистраторов показателей качества электрической энергии .... 11
1.6 Обзор специализированных форматов данных 20
2 Информационно-измерительная система мониторинга качества
электрической энергии 29
2.1 Архитектура распределенной информационно-измерительной системы
для мониторинга качества электроэнергии 29
3. Анализ качества электроэнергии в трехфазных четырехпроводных сетях офисных потребителей 37
3.1 Учебно-лабораторный корпус университета 37
3.2 Офисный центр 44
Заключение 56
Список сокращений 59
Список используемых источников 60
Значительное ухудшение качества электроэнергии в трехфазных четырехпроводных сетях низкого напряжения, которое наблюдается в последние годы, вызвано изменением характера электрических нагрузок офисных, коммерческих и бытовых потребителей. Основную долю нагрузок таких потребителей составляют энергосберегающие системы освещения, офисная и компьютерная техника, частотно-регулируемые электроприводы [1-3]. Особенность таких нагрузок заключается в том, что они, как правило, однофазные и имеют небольшую мощность.
Массовое применение нелинейных однофазных нагрузок в сетях крупных коммерческих и офисных потребителей приводит к значительному ухудшению качества электроэнергии. Наблюдаются значительные искажения формы токов. В ряде случаев коэффициент искажения синусоидальной формы кривой тока может превышать 40% [34].
Особенность однофазных нелинейных нагрузок заключается в том, что в спектре тока преобладает составляющая с частотой третьей гармоники. Гармоники, кратные 3, в трехфазных четырехпроводных сетях образуют систему нулевой последовательности и суммируются в нейтральных проводниках. Это приводит к увеличению потерь, ускоренному старению изоляции и вызванному этим сокращению срока службы электрооборудования, а в ряде случаев - к авариям, вызванным повреждением нейтрального провода [12]. Увеличение падения напряжения между нейтральной точкой и землей приводит к сбоям в работе чувствительного электронного оборудования. Высокий уровень гармоник в спектре токов оказывает отрицательное влияние на оборудование системы электроснабжения. Большие уровни токов третьей гармонической составляющей вызывают дополнительный нагрев обмоток трансформаторов.
Серьезная проблема трехфазных сетей низкого напряжения заключается в том, что неравномерное включение однофазных нагрузок может вызвать значительную несимметрию токов и напряжений сети. Это приводит к дополнительному увеличению тока нейтрального проводника.
Таким образом, изменение характера электрических нагрузок в трехфазных четырехпроводных сетях коммунальных и офисных потребителей является причиной значительного ухудшения качества электроэнергии. Увеличиваются капитальные вложения и эксплуатационные расходы, связанные с преждевременной заменой оборудования и необходимостью проводить организационные и технические мероприятия по улучшению качества электроэнергии и надежности электроснабжения.
Технические мероприятия по повышению качества электроэнергии включают схемные решения (выделение нелинейных нагрузок на отдельную систему шин, использование многофазных систем выпрямления и т. п.), а также установку компенсирующих устройств, обеспечивающих регулирование одного или нескольких показателей качества электроэнергии.
Для снижения отрицательного влияния ухудшения качества электроэнергии в распределительных сетях используются специальные компенсирующие устройства - пассивные и активные силовые фильтры гармоник.
Целью работы является разработка информационно-измерительной системы для мониторинга качества электроэнергии в сетях 0,4 кВ.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи
- сравнительный анализ архитектур распределенных информационно-измерительных систем (ИИС);
- анализ специализированных форматов данных;
- разработка архитектуры и формирование распределенной ИИС контроля качества электрической энергии;
- анализ качества электрической энергии в учебных зданиях СФУ;
- разработка лабораторного практикума с удаленным доступом.
Практическая ценность работы. Проведенные исследования позволяют проектировать и реализовывать распределенные ИИС, обеспечивающие контроль качества электрической энергии в сетях коммерческих и офисных потребителей 0,4 кВ и выше.
Реализация результатов работы. В результате работы разработана информационно-измерительная система контроля качества электроэнергии. Проведены замеры и проанализировано качество электроэнергии в электросетях учебного корпуса СФУ и офисного центра. Разработана первая очередь лабораторного практикума, представленного на кафедре СААУП.
Структура и объем работы. Диссертация включает в себя введение, три главы основного текста, заключение, список сокращений, список используемых источников из 46 наименований. Общий объем диссертации содержит 63 страниц текстового документа, 40 рисунков, 6 таблиц.
В первой главе рассмотрены задачи и методики контроля качества электрической энергии.Показаны рекомендуемые нормативной документацией основы построения архитектуры систем контроля качества электроэнергии и основные принципы выбора пунктов контроля качества.
Вторая глава посвящена разработке архитектуры информационно¬измерительной системы контроля качества электроэнергии. Представлен сравнительный обзор форматов данных, приборов контроля качества электроэнергии.
Третья глава содержит результаты замеров качества электроэнергии в сетях потребителей 0,4 кВ учебного корпуса СФУ и офисного центра. Произведена оценка показателей качества электроэнергии на предмет соответствия установленным нормам.
На основе проведенных исследований решена актуальная проблема разработки информационно-измерительной системы для мониторинга качества электроэнергии в сетях 0,4 кВ.
В процессе исследования получены следующие результаты:
- проведен сравнительный анализ архитектур распределенных информационно-измерительных систем (ИИС);
- проведен анализ специализированных форматов данных;
- разработана архитектура и сформирована распределенная ИИС контроля качества электрической энергии;
- проведен анализ качества электрической энергии в учебных зданиях СФУ, а также в офисном центре;
- разработана 1 очередь лабораторного практикума с удаленным доступом.
Результаты проведенных исследований показывают, что проблема обеспечения качества электроэнергии весьма актуальна для распределительных сетей крупных городов. Это подтверждают и исследования других авторов [3, 11, 12]. В сетях крупных коммерческих и офисных потребителей наблюдаются значительные искажения формы кривых токов. В ряде случаев коэффициент гармонических составляющих тока превышает 30%. Измерения проводились на кабельных вводах и в некоторых случаях, на отдельных присоединениях. Коэффициент искажения синусоидальной формы кривой токов может превышать 100% [7, 8]. В этом случае потери электроэнергии во внутренних сетях зданий увеличиваются в 2 - 2.5 раза по сравнению с синусоидальным режимом.
Серьезную проблему представляют токи третьей гармоники, суммирующиеся в нейтральных проводниках. Это приводит к увеличению потерь и в ряде случаев - к авариям, вызванным перегоранием нейтрального провода. Кроме того, большие уровни токов третьей гармоники вызывают дополнительный нагрев обмоток трансформаторов и могут вызвать повреждение их изоляции.
Российский стандарт [19] устанавливает допустимые значения коэффициента гармонических составляющих напряжения.Однако допустимые значения суммарного коэффициента гармонических составляющих тока не нормирует [19].
Для того чтобы оценить, насколько велик уровень искажения токов, обратимся к международным стандартам. В электротехнической практике часто используются стандарты [34, 35]. Эти стандарты определяют максимальные значения токов нечетных гармоник в процентах от тока нагрузки. В соответствии со стандартом [33], максимальное значение коэффициента искажения синусоидальности кривой тока зависит от отношения тока короткого замыкания сети в точке общего присоединения к току нагрузки. В случае мощной сети (100 < Isc / IL< 1000) максимальное значение коэффициента искажения синусоидальности кривой тока не должно превышать 15%. Токи гармоник с порядковыми номерами n <11 должны быть меньше 12% от тока нагрузки IL. Результаты проведенных измерений показывают, что в большинстве случаев суммарного коэффициента, гармонических составляющих тока [21] превышает допустимые значения, определяемые международными стандартами.
Электрические сети офисных зданий, построенных в 60 - 90 годы, рассчитаны на относительно небольшие нагрузки. Широкое использование современного офисного оборудования может привести к их перегрузке. Замена кабелей в таких зданиях может потребовать значительных капитальных затрат. Следует учитывать и режим использования офисного оборудования. Как правило, персональные компьютеры включены в течение всего рабочего дня, а часть устройств (например, серверы) работает круглосуточно.
Очевидно, что широкое использование энергосберегающих устройств, имеющих нелинейные характеристики, может приводить к увеличению гармонических искажений токов и напряжений. Поэтому мероприятия по энергосбережению и повышению энергоэффективности должны предусматривать меры, направленные на поддержание качества электроэнергии и надежности электроснабжения.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
