к.т.н., Сапа Владимир Юрьевич

Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова, Казахстан

Электромагнитная совместимость преобразовательных устройств с потребителями электрической энергии

Внедрение преобразовательной техники на управляемых и неуправляемых вентилях во все отрасли производства наряду с бесспорными технико-экономическими преимуществами привело к появлению новой проблемы - электромагнитной совместимости (ЭМС) этой техники с питающими ее сетями, другими нагрузками, а также с устройствами, не имеющими гальванической связи с такого рода преобразователями.

В соответствии с [1] термин «электромагнитная совместимость» трактуется как способность сигналов и помехи сосуществовать без потери информации, содержащейся в передаваемом сигнале.

Так стандарт VDE 0870 (Общество немецких электротехников) определяет ЭМС как «способность электрического устройства удовлетворительно функционировать в его электромагнитном окружении, не влияя на это окружение, к которому принадлежат также и другие устройства, недопустимым образом». ГОСТ Р 50397-92 определяет электромагнитную совместимость как «способность технического средства функционировать с заданным качеством в заданной электромагнитной обстановке и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам».

Для определения совместимости силовой преобразовательной техники с электромагнитным окружением более емким представляется следующее определение этого ключевого термина: электромагнитная совместимость – способность устройства удовлетворительно работать в его электромагнитной среде без внесения недопустимых помех в эту среду и устройства, находящиеся в ней. В такой редакции включена не только проблема ЭМС радиотехнических, электронных устройств, устройств связи, средств телеуправления и т.д. с окружающей средой, но и проблема ЭМС всех элементов электроэнергетики.

Электрическое устройство считается совместимым, если оно в качестве передатчика является источником электромагнитных помех не выше допустимых, а в качестве приемника обладает допустимой чувствительностью к посторонним влияниям, т.е. достаточной помехоустойчивостью и иммунитетом.

Проблема качества электроэнергии [2, 3] является составным звеном более широкой проблемы ЭМС. Качество электрической энергии, трактуемое [3] как совокупность свойств, обусловливающих пригодность ее для нормальной работы электроприемников в соответствии с их назначением при расчетной работоспособности, по сути дела определяет условия электромагнитной совместимости электроснабжающих сетей и приемников электроэнергии.

В электрических сетях 6-10 кВ предприятий черной и цветной металлургии, химической, машиностроительной промышленности, в сетях 6, 10, 35, 110 кВ, связанных с тяговыми подстанциями электрифицированных на постоянном токе 3 кВ и переменном токе 27,5 кВ участков железных дорог, режимы работы потребителей связаны с изменениями режимов напряжений, сами трехфазные системы напряжений несимметричны, а форма кривых напряжений существенно несинусоидальна. В таких сетях несимметрия напряжений в среднем составляет 2,5—5%, несинусоидальность напряжений характеризуется коэффициентом искажения синусоидальности порядка 3-13%.

Изменения напряжений (отклонения и колебания) являются следствием динамических нагрузок преобразовательной техники, отдельных приемников электроэнергии. Несимметрия напряжений на основной частоте в таких сетях возникает из-за мощных однофазных нагрузок (со статическими преобразователями и без них) и продольной несимметрии электрических сетей. Несинусоидальность является результатом применения преобразовательной техники и наличия нелинейных нагрузок.

Оценку воздействия этих показателей качества электроэнергии на работу потребителей удобнее производить дифференцированно, по отдельным показателям применительно к различным приемникам электроэнергии.

Ввиду того, что несимметрия и неуравновешенность нагрузок, значительное потребление реактивной мощности преобразователями вызывают отклонения напряжения на шинах потребителей электроэнергии от допустимых ГОСТ значений, перед электроэнергетикой и всеми отраслями народного хозяйства страны, получающими электроэнергию от сетей энергосистем, возникает задача правильной оценки и учета режимов производства, передачи и потребления электрической энергии.

При синусоидальных питающем напряжении и токе потребителя проблема оценки и учета его мгновенной р, активной Р, реактивной Q и полной S мощностей является давно решенной. Для таких потребителей найдены и успешно используются средства повышения качества электроэнергии, улучшения энергетических показателей. Для потребителей с более сложными процессами преобразования и потребления электрической энергии проблема оценки их энергетического баланса практически остается открытой, хотя она имеет первостепенное государственное значение.

Наибольший теоретический и практический интерес представляют работы, связанные с анализом энергетического баланса в трехфазных, в общем случае несимметричных цепях при несинусоидальных нагрузках.

Литература:

1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1982.

2. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. М.: Энергоатомиздат, 1992.

3. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. М.: Изд. Дом Додэка-XXI, 2001.