Файл: Актуальность и основные понятия дисциплины.pdf

ГОСТ 32144-2013
3.1.34.
Фликер: ощущение неустойчивости зрительного восприятия, вызванное световым источником, яркость или спектральный состав которого изменяются во времени.

приводы прокатных станов, индукционные печи, установки дуговой и контактной сварки,

электрифицированный железнодорожный транспорт,

мощные асинхронные двигатели в пусковом режиме.
В сетях низкого напряжения (в быту) это лазерные принтеры, микроволновые печи, стиральные машины, системы кондиционирования и т.п.
При колебаниях потребления реактивной и активной мощности изменяются значения тока в отдельных элементах сети и создаются быстро изменяющиеся потери напряжения. Это явление подобно отклонению напряжения, но совершается значительно быстрее. Колебания напряжения в основном обусловлены набросами реактивной мощности. В таких случаях фронт изменения напряжения чаще всего близок к вертикальному.
Быстрые колебания напряжения создают мерцание освещенности, или так называемый фликер (рис. 24). В переводе с английского слово flicker означает мерцание. Это явление не только неприятно для глаз человека, но и способно вызвать головную боль, раздражительность и даже приступы эпилепсии.
Рис. 24. Определение фликера
Колебания интенсивности света, негативно воздействующие на зрение, имеют вполне определенную частоту. Они не слишком медленные, потому что тогда человеческий зрачок смог бы адаптироваться к изменениям освещенности; но и не слишком быстрые. Иначе в последнем случае инерция нити лампы накаливания почти полностью сглаживала бы эти изменения.
Обычно фликер создается колебаниями напряжения с частотой 0,5…25 Гц.
Специальные исследования показывают, что максимум неудобств для зрения

и нервной деятельности человека возникает на частоте варьирования напряжения около 9 изменений в секунду.
Наиболее чувствительными к колебаниям сетевого напряжения являются мощные ртутные лампы, которые применяются для освещения больших территорий. Из-за специфики использования фликер от ртутных ламп не создает существенных эргономических проблем.
Из источников освещения, используемых в быту и на производстве, больше всего реагируют на колебания сетевого напряжения традиционные лампы накаливания с вольфрамовой спиралью. Галогенные лампы, спирали которых имеют более высокую температуру, обладают намного большей инерцией, которая снижает восприимчивость человеком изменений яркости свечения. Лучшей «сопротивляемостью» к мерцанию характеризуются люминесцентные лампы, в схеме питания которых имеется дроссель. За счет дополнительной индуктивности они стабилизируют ток, протекающий через лампу при изменении напряжения, и тем самым уменьшают колебания мощности свечения.
В ГОСТ 32144-2013 указывается, что возникновение фликера
обусловливают колебания напряжения электропитания (как правило,
продолжительностью менее 1 мин), в том числе одиночные быстрые
изменения напряжения.
Известно, что фликер создает кумулятивное (накапливающее) воздействие на зрение. В связи с этим метод измерения колебаний напряжения должен адекватно учитывать механизм зрения и отражать влияние уровня мерцания на степень дискомфорта человека.
По ГОСТ 32144-2013 показателями качества электрической энергии, характеризующими колебания напряжения в сети, являются кратковременная
st
P
и длительная
lt
P
дозы фликера.
Кратковременная доза фликера
st
P
(short-term (короткий срок) flicker
indicator)в точке передачи электрической энергии измеряется в интервале времениT
short
= 10 минут.

Длительная доза фликера
lt
P
(long-term (длинный срок) flicker
indicator) в точке передачи электрической энергии определяется в интервале времениТ
long
= 2 часа.
Интервал наблюдения в 10 минут, применяемый при измерении кратковременной дозы фликера, удобен для оценки колебаний напряжения, создаваемых техническими средствами с коротким рабочим циклом.
В случаях, когда необходимо учитывать суммарный эффект нескольких нагрузок, создающих помехи случайным образом, например, сварочных аппаратов или электродвигателей, а также принимать во внимание источники фликера с длительным и меняющимся рабочим циклом, например, дуговые электрические печи, то необходимо оценивать длительную дозу фликера.
При этом длительную дозу фликера
lt
P
определяют на основе измерений кратковременных доз фликера
st
P
применительно к периоду наблюдения, связанному с длительным рабочим циклом нагрузки или периодом, в течение которого наблюдатель может воспринимать фликер, например, несколько часов, используя выражение (10):
3 1
3 1



N
i
sti
lt
P
N
P
,
(10) где
sti
P
(i = 1, 2, …. N) – последовательные значения кратковременных доз фликера.
При оценке соответствия электрической энергии нормам качества электроэнергии, относящимся к колебаниям напряжения, проводятся измерения, по методике, изложенной в
ГОСТ
30804.4.30-2013
«Электрическая энергия.
Совместимость технических средств электромагнитная.
Методы измерений показателей качества электроэнергии». Кратковременный фликер
st
P
определяется один раз за время T
short =
10 минут. Длительный фликер
lt
P
рассчитывается на основе следующих друг за другом N = 12 измерений кратковременных доз фликера
st
P
, проводимых в интервале времени, равном Т
long
= 2 часа.

Дозу фликера измеряют в условных единицах восприятия.
Стандартом установлены следующие нормы.
В течение 100 % времени интервала в одну неделю:
− кратковременная доза фликера
st
P
не должна превышать значения
1,38 у.е.;
− длительная доза фликера
lt
P
не должна превышать значения 1,0 у.е.
Для дозы фликера нормируются только предельно допустимые значения показателя. Установленные нормы научно обоснованы. Считается, что кратковременная доза, равная одной условной единице
st
P
= 1, является значением, которое лежит на границе восприятия фликера зрением человека.
Хотя чувствительность к мерцанию отличается у разных людей, все равно в стандарте установлен порог для кратковременной дозы фликера
st
P
= 1, исходя из тестов, проведенных на некоторой репрезентативной группе людей.
Понятие «доза фликера» с точки зрения отражения процессов в электрической сети, связанных с колебанием U, идентично понятию
«размах» изменения напряжения. Чем больше размах колебаний напряжения и частота их повторения, тем больше эффект воздействия фликера на зрение.
В ранее действующем ГОСТ 13109-97 для оценки колебания, кроме дозы фликера, использовался такой показатель качества электроэнергии, как размах изменения напряжения
t
U

. Допустимый размах нормировался специальной кривой в зависимости от амплитуды и частоты появления колебаний напряжения. Так как колебания напряжения хаотичны, то прямое использование кривой для определения размахов было затруднительно.
Применялась специальная процедура взвешивания колебаний и получения интегрального показателя, которая также весьма непроста.
По мере оснащения электрических сетей специальными приборами – фликерметрами оценка допустимости размаха изменения напряжения

перестала производиться. В действующем ГОСТе нормируется только доза фликера.
Фликерметры – это приборы для измерения дозы фликера. Они должны воспроизводить математическую модель канала воздействия фликера на зрение, образованного источником света, глазом и мозгом человека. Данная сфера деятельности является стандартизованной.
Функциональные и конструктивные требования, которые должны быть учтены разработчиками фликерметров, задаются специальным стандартом.
Существуют разные модификации этих приборов (рис. 25).
Рис. 25. Прибор для измерения фликера
Несмотря на имеющееся разнообразие моделей, в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51317.4.15-2012 «Совместимость технических средств электромагнитная. Фликерметр. Функциональные и конструктивные требования» в структуре данного измерительного прибора в обязательном порядке должны присутствовать две функциональные части (рис. 26). Одна из них предназначена для моделирования реакции цепи «лампа – глаз – мозг». Другая необходима для выполнения статистического анализа измеренного уровня фликера и отображения полученного результата.
Кроме того, в состав фликерметра должен входить рассчитанный на достаточно широкий диапазон сетевого напряжения входной адаптер (блок 1 на рис. 26), посредством которого обеспечивается согласование входного напряжения с внутренним опорным напряжением измерительного прибора.

Рис. 26. Функциональная схема фликерметра по ГОСТ Р 51317.4.15-2012
Моделирующая цепь включает в себя три следующих функциональных блока (рис. 26).
Блок 2 представляет собой квадратичный демодулятор. Он предназначен для воспроизведения колебаний напряжения сети.
Блок 3 состоит из двух взвешивающих фильтров: один низкочастотный, другой высокочастотный. Они имитируют частотный отклик зрительной системы человека на колебания напряжения синусоидальной формы, подаваемого на лампу накаливания. В ГОСТ Р
51317.4.15-2012 приводятся таблицы с нормализованными частотными характеристиками фильтров, пригодных для измерения фликера, создаваемого лампами с биспиральными нитями накаливания мощностью 60
Вт и напряжением 120 В или 230 В.
Блок 4 состоит из устройства квадратичной обработки сигнала и низкочастотного фильтра. Посредством этих устройств моделируется нелинейная реакция мозга на мерцание светового потока.
В настоящее время получают широкое распространение светодиодные светильники, имеющие характеристики, существенно отличающиеся от ламп накаливания. Поэтому прогресс в сфере создания фликерметров связан с совершенствованием структурных элементов, моделирующих новейшие источники света.
Сигнал на выходе моделирующей цепи P
inst представляет собой мгновенное значение фликера.

Выходной блок 5 осуществляет анализ мгновенной величины фликера и вычисление нормируемых параметров (P
st
и P
lt
) в масштабе реального времени. Интерфейс с цифровыми или аналоговыми сигналами обеспечивает отображение и регистрацию измерений.
Статистический анализ, проводимый блоком 5, основывается на разбиении амплитуды сигнала, характеризующего мгновенное значение фликера, на определенное число классов. Каждый раз, когда мгновенный уровень фликера достигает определенного значения, счетчик соответствующего класса добавляет единицу к имеющемуся числу. Таким образом, определяется функция частотного распределения значений P
inst
. При выборе достаточно высокой частоты опроса получают в конце интервала измерения окончательный результат анализа, который представляет собой распределение длительностей доз фликера в каждом классе.
Показания счетчиков всех классов складываются. Данные счетчика каждого класса выражаются по отношению к общей сумме. В итоге формируется функция плотности вероятности дозы фликера. На основе этой зависимости рассчитывается интегральная функция вероятности, применяемая при статистическом анализе «время – доза фликера».
По интегральной функции распределения вероятности дозы фликера определяются необходимые для оценки нормированного показателя такие статистические величины, как среднее значение, стандартное отклонение, доза фликера, превышаемая в заданной части интервала наблюдения (в процентах), и относительное время, в течение которого доза фликера превышает заданное значение.
При проведении статистического анализа в реальном времени сразу после получения результатов на кратковременном интервале T
short
(значение кратковременной дозы фликера P
st
) начинается анализ следующего временного интервала наблюдения, и результаты предыдущего интервала поступают на выход фликерметра.

При обработке измерений на длительном интервале Т
long конечный результат (значение длительной дозы фликера P
lt
) получают, как было отмечено выше, по результатам измерений на N кратковременных интервалах.
2.3.2. Одиночные быстрые изменения напряжения
На возникновение фликера влияют также одиночные быстрые изменения напряжения в системе электроснабжения. Данный вид электромагнитной помехи, имеющий место в сети электроснабжения, не нормируется. В ГОСТ 32144-2014 констатируется, что такие искажения сетевого напряжения (длительностью менее 1 минуты) могут иметь место.
В стандарте указывается, что одиночные быстрые изменения напряжения в основном вызываются:

резкими изменениями нагрузки в электроустановках потребителей;

переключениями в системе электроснабжения;

неисправностями электрооборудования.
Одиночные быстрые изменения напряжения характеризуются
быстрым переходом среднеквадратического значения напряжения от
одного установившегося значения к другому.
Обычно одиночные быстрые изменения напряжения не превышают 5
% в электрических сетях низкого напряжения и 4 % – в электрических сетях среднего и высокого напряжения. Иногда изменения напряжения с малой продолжительностью до 10 %
nom
U
и до 6 %
c
U
соответственно могут происходить несколько раз в день.
Отличие одиночных быстрых изменений напряжения от колебаний заключается в том, что в первом случае действующее напряжение за время не более 1 минуты принимает другое значение, отличающееся от предыдущего на 4…5 %, и остается на этом уровне в течение некоторого времени. За сутки могут наблюдаться несколько одиночных быстрых изменений напряжения. Колебания представляют собой многократные периодические изменения действующего значения напряжения. Период таких колебаний

измеряется секундами. Амплитуда изменения действующего значения напряжения составляет 1–2 % от номинальной или согласованной величины.
Если напряжение во время изменения пересекает пороговое значение начала провала напряжения или перенапряжения, то одиночное быстрое изменение напряжения классифицируются как провал напряжения или перенапряжение.
Выводы
1. Колебания напряжения в системе электроснабжения представляют собой изменения действующего напряжения длительностью менее 1 минуты.
Они вызываются работой мощных электроприемников с резкопеременной нагрузкой.
2. Колебания напряжения обуславливают возникновение фликера.
3. Показателями качества электроэнергии, относящимися к колебаниям напряжения, является кратковременная
st
P
и длительная
lt
P
дозы фликера.
4. Нормируются только предельно допустимые значения доз фликера.
Значения доз фликера в течение 100 % времени интервала в одну неделю должны находиться в пределах
st
P

1,38 и
lt
P

1 соответственно.

2.4. Несинусоидальность напряжения
Цель лекции
Получить представление о показателях и нормах несинусоидальности напряжения в сети.
Задачи лекции
 Изучить причины, способы нормирования и влияние на сеть высших гармоник напряжения.
 Изучить причины и влияние на сеть интергармоник напряжения.
2.4.1. Гармонические составляющие напряжения
При подключении нелинейной нагрузки к сети искажается форма тока и напряжения (рис. 27).
Рис. 27. Искажение формы напряжения
Источниками гармонических помех являются электроприемники, обладающие нелинейными внешними характеристиками. К ним относятся статические преобразователи напряжения, такие как выпрямители или инверторы, а также некоторые виды электротехнологических установок, например, дуговые сталеплавильные печи или сварочные агрегаты.
Из курса математики известно, что любую периодическую функцию можно разложить на сумму гармонических сигналов, частота которых в n раз выше частоты основного сигнала. В качестве примера на рисунке 28а
U
t, c
0
0,01
0,02