Введение к работе
Актуальность темы.
В осенне-зимний период, при недостаточном по интенсивности и продолжительности освещении, в теплицах и оранжереях естественное освещение дополняют искусственным. Наиболее подходящим для искусственного облучения являются широко используемые в настоящее время разрядные зеркальные натриевые лампы ДНаЗ REFLUX (далее ДНаЗ). Эти лампы успешно эксплуатируются общим парком около 300 тысяч штук более чем в 100 тепличных хозяйствах России и стран ближнего и дальнего зарубежья. За счет особенности конструктивного решения, заключающегося в создании на колбе отражающего профиля продольной ориентации, светильник с лампой ДНаЗ-400 позволяет экономить электроэнергию до 60%, а затраты на обслуживание до 30%.
Вольтамперная характеристика ламп ДНаЗ имеет нелинейный характер, что приводит к появлению в сети высших гармоник тока, причем только нечетных из-за симметричности характеристики относительно начала координат. Наличие гармоник приводит к: перегреву и разрушению нулевых проводников кабельных линий; искажению синусоидальности питающего напряжения; ухудшению условий работы батарей конденсаторов; сокращению срока службы электрооборудования; необоснованному срабатывание предохранителей и автоматических выключателей; помехам в сетях телекоммуникаций; дополнительным потерям энергии в электрических машинах и трансформаторах и др. В симметричной трехфазной системе при симметричной нагрузке фазные токи основной частоты и высшие гармоники, не кратные трем, образуют системы прямой и обратной последовательности, в результате чего сумма этих токов в нейтральном проводнике равна нулю. Гармоники же, кратные трем, образуют систему нулевой последовательности, т.е. имеют одинаковые значения и направления, поэтому ток в нейтральном проводе равен утроенной сумме токов высших гармоник нулевой последовательности.
При использовании облучательных установок с лампами ДНаЗ-400 в нейтральном проводе наблюдается значительный ток даже при симметричности нагрузок по фазам. Исследования, проведенные в производственных условиях ЗАО «Агрофирма «Выборжец» показали, что величина тока в нейтрали составляет 0,6-0,9 фазного тока, а ток нейтральной шины трансформатора содержит в основном третью гармонику. С учетом полной загрузки силовых трансформаторов номинальными фазными токами ток в нейтральном проводе превосходит допустимый ток нейтрали трансформатора, что приводит к дополнительным потерям энергии и возможному выходу его из строя. Поскольку более 90% светокультуры огурца и зеленных культур в России осуществляется с использованием ламп ДНаЗ, то снижение потерь энергии из-за нелинейности этих ламп является актуальной задачей и имеет отраслевой характер.
Объекты исследования: лампа ДНаЗ-400; облучательная установка, включающая пускорегулирующую аппаратуру (ПРА) светильника ЖСП 30-400-001 У5 "REFLUX"; модернизированные ПРА и облучательный комплекс с этими лампами.
Предмет исследования: процессы в электротехнической части тепличных облучательных установок и распределительной сети 0,38 кВ.
Цель исследования.
Целью настоящей работы является обоснование способов и технических средств снижения дополнительных потерь энергии в сети 0,38 кВ, обусловленных нелинейностью тепличных облучательных установок с лампами ДНаЗ-400, путем модернизации ПРА светильника.
Методы исследования.
Поставленные задачи решались путем проведения теоретических и экспериментальных исследований. В работе использованы основные положения теоретических основ электротехники. Моделирование частотным методом и численным методом Эйлера, математическое разложение функций проводились с использованием персонального компьютера.
Научная новизна и практическая ценность работы состоит в следующем:
-
Разработана методика и технические средства получения математического описания динамической вольтамперной характеристики (ДВАХ) лампы.
-
Обосновано применение частотного метода для исследования электромагнитных процессов в ПРА ламп с дуговым разрядом.
-
Обоснованы схемы и параметры ПРА, обеспечивающие многократное снижение тока третьей гармоники в облучательных установках с лампами ДНаЗ-400.
-
Теоретически и экспериментально показана возможность требуемого снижения дополнительных потерь электрической энергии и тока третьей гармоники в нейтральном проводе распределительной сети 0,38 кВ минимальной модернизацией ПРА, используемой для ламп ДНаЗ-400.
На защиту выносится: математическое описание ДВАХ лампы ДНаЗ-400 и методика ее определения; методика определения структуры и параметров ПРА частотным методом; схемы и параметры ПРА лампы ДНаЗ-400, обеспечивающие фильтрацию токов третьей гармоники и, тем самым, снижение дополнительных потерь энергии, обусловленных этим током; схемы и параметры дополнительного устройства для штатного ПРА лампы ДНаЗ-400, обеспечивающие требуемое снижение тока третьей гармоники в нейтральном проводе и дополнительных потерь электрической энергии в сети 0,38 кВ.
Реализация результатов работы. Материалы исследования используются в учебном процессе при подготовке инженеров-электриков по специальности 110302.65 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства». Разработанные методики и технические предложения рассмотрены службой главного энергетика ЗАО «Агрофирма «Выборжец», где она применялась для модернизации облучательных установок.
Апробация работы.
Материалы диссертации доложены, обсуждены и одобрены на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых Северо-Западного Федерального округа “Молодые ученые в научном обеспечении сельского хозяйства на современном этапе” в ФГОУ ВПО СПбГАУ в 2003 г. и ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов в ФГОУ ВПО СПбГАУ в 2004-2006 гг.
Публикации.
Основные положения диссертационной работы изложены в 4 статьях.
Структура и объем работы.
