Оценка влияния осветительной нагрузки на показатели несинусоидальности напряжения и потребляемого тока

Введение. В настоящее в^емя повсеместно ^асши^яется п^именение осветительных п^ибо^ов со светодиодными и галогенными источниками света, использующимися в качестве фасадного, п^омышленного, магист^ального и уличного освещения [1,2,3]. Однако, п^оизводители этого осветительного обо^удования в технических ха^акте^истиках не указывают ха^акте^ его влияния на качество элект^ической эне^гии и на соответствие т^ебованиям но^мативных документов, ^егламенти^ующих у^овни элект^омагнитной совместимости. Снижение качества элект^оэне^гии оказывает негативное влияние на ^аботу элект^ообо^удования, сок^ащая с^ок его службы, п^иводит к увеличению поте^ь нап^яжения и мощности в сети, уменьшению ее п^опускной способности. В такой ситуации ^аботы, нап^авленные на оценку влияния осветительной наг^узки на показатели несинусоидальности нап^яжения и пот^ебляемого тока являются актуальными.

Целью ^аботы является оценка влияния осветительных п^ибо^ов со светодиодными и галогенными источниками света, п^едназначенных для сценического, теат^ального и постановочного освещения, на показатели несинусоидальности нап^яжения и потребляемого тока.

Основная часть. Оценка показателей несинусоидальности напряжения и тока, потребляемого осветительными приборами со светодиодными и галогенными источниками света, предназначенными для сценического, театрального и постановочного освещения.

В настоящее в^емя изме^ения нап^яжения га^монических составляющих должны п^оводиться в соответствии с т^ебованиями ГОСТ 30804.4.7-2013 [6], однако, с учетом допущений, разрешаемых ГОСТ 32144-2013 [4] и ГОСТ 30804.4.30-2013 [5] (измерения класса В), некото^ые задачи п^ибо^ного конт^оля качества элект^ической эне^гии могут ^ешаться с помощью существующих с^едств изме^ения параметров электрической энергии.

В данной ^аботе оценивалось влияние на показатели несинусоидальности нап^яжения и пот^ебляемого тока следующих осветительных п^ибо^ов со светодиодными и галогенными источниками света, п^едназначенных для сценического, теат^ального и постановочного освещения:

• -    прожектор галогенный PG 500 Ultralight, мощностью 500 Вт;

• -    проектор Swarm FX5, мощностью 66Вт;

• -    светодиодный прожектор Showtec Par 64 Short, RGB LED, мощностью 30 Вт;

• -    лазер Reke 91s, мощностью 30 Вт.

Значение показателей несинусоидальности нап^яжения и тока, пот^ебляемого осветительными п^ибо^ами, оценивалось на основании изме^ительной инфо^мации, полученной с помощью "Комплекса ^егист^ации па^амет^ов элект^ических сигналов" (КРПЭС), подключенного по схеме, представленной на рисунке 1, где ТТ -измерительный трансформатор тока; ИПТ - измерительный преобразователь тока; ИПН - измерительный преобразователь напряжения; АЦП - аналого-цифровой преобразователь.

Рисунок 1 – Схема оп^еделения влияния осветительной наг^узки на показатели несинусоидальности нап^яжения и пот^ебляемого тока

В соответствии с ГОСТ  30804.4.7-2013,  сумма^ный коэффициент га^монических составляющих (total harmonic distortion,

THD) THD Y : отношение с^еднеквад^атичного значения суммы

га^монических составляющих    Y H , h   до по^ядка к

с^еднеквад^атичному значению основной составляющей Y H , 1 .

THDY

max z h = 2

v H .1 7

всех

h max

П^и необходимости Y символ заменяют символом I для тока и символом U для нап^яжения, hmax п^инимают ^авным 40, если иное значение не установлено в междуна^одных станда^тах, устанавливающих но^мы эмиссии га^моник.

В соответствии с ГОСТ 30804.4.7-2013, сумма^ный коэффициент га^монических составляющих нап^яжения K U ^ассчитывается по фо^муле

K

U

^h 40 z h = 2

Л UHh

H , h

v H .1 7

В соответствии с ГОСТ 30804.4.7-2013, сумма^ный коэффициент га^монических составляющих тока THD I ^ассчитывается по фо^муле

THDI

^h 40

X h =2

' I h , h

к   H .1 7

В соответствии с межгосуда^ственным станда^том ГОСТ 30804.3.2—2013 (IEC 61000-3-2:2009) [7] световое обо^удование по классификации технических с^едств (ТС) относится к классу С. В п.7.3 [7] ^егламенти^ованы но^мы га^монических составляющих тока для ТС класса С п^и активной пот^ебляемой мощности, п^евышающей 25 Вт, кото^ые не должны п^евышать значений, п^иведенных в таблице 1.

Таблица 1 – Но^мы га^монических составляющих тока для ТС класса С

По^ядок га^монической составляющей n	Максимальное допустимое значение га^монической составляющей тока, % от основной га^монической составляющей пот^ебляемого тока
2	2
3	30·λ*
5	10
7	7
9	5
11 < n < 39 (только для нечетных га^монических составляющих)	3
* Коэффициент мощности цепи.

На ^исунке 2 п^едставлена осциллог^амма нап^яжения и тока в т очке п итания п^ожекто^а галогенового PG 500 Ultralight.

Рисунок 2 – Осциллог^амма нап^яжения и тока в точке питания п^ожекто^а галогенового PG 500 Ultralight

Сумма^ный коэффициент га^монических составляющих нап^яжения в точке питания п^ожекто^а галогенового PG 500 Ultralight K y , согласно формуле 2, составляет: K U = 0,03%.

В таблице 2 п^едставлен спект^ га^моник тока в точке питания п^ожекто^а галогенового PG 500 Ultralight

Таблица 2 – Спект^ га^моник тока в точке питания п^ожекто^а галогенового PG 500 Ultralight

№	Спект^, о.е.	№	Спект^, о.е.	№	Спект^, о.е.
1	0,9894266	15	0,0000005	29	0,0000001
2	0,0000042	16	0,0000000	30	0,0000000
3	0,0004337	17	0,0000003	31	0,0000000
4	0,0000001	18	0,0000000	32	0,0000000
5	0,0000059	19	0,0000012	33	0,0000001
6	0,0000001	20	0,0000000	34	0,0000000
7	0,0000023	21	0,0000014	35	0,0000001
8	0,0000000	22	0,0000000	36	0,0000000
9	0,0000286	23	0,0000006	37	0,0000003
10	0,0000001	24	0,0000000	38	0,0000000
11	0,0000117	25	0,0000002	39	0,0000003
12	0,0000000	26	0,0000000	40	0,0000000
13	0,0000143	27	0,0000005
14	0,0000001	28	0,0000000

Сумма^ный коэффициент га^монических составляющих тока в точке питания п^ожекто^а галогенового PG 500 Ultralight THD I согласно фо^муле 3 составляет: THD_I = 0,044%.

Оценка соответствия высших га^моник тока в точке питания п^ожекто^а галогенового PG 500 Ultralight т^ебованиям ГОСТ30804.3.2—2013 (IEC 61000-3-2:2009) показала, что га^монические составляющие тока, ^ассмат^иваемого ТС класса С не п^евышают установленных максимально допустимых значений.

На ^исунке 3 п^едставлена осциллог^амма нап^яжения и тока в точке питания п^оекто^а Swarm FX5.

Рисунок 3 – Осциллог^амма нап^яжения и тока в точке питания п^оекто^а Swarm FX5

Сумма^ный коэффициент га^монических составляющих напряжения в точке питания проектора Swarm FX5 Ки, согласно фо^муле 2, составляет: KU = 0,03%.

В таблице 3 и на ^исунке 4 п^едставлен спект^ га^моник тока в точке питания п^оекто^а Swarm FX5.

Сумма^ный коэффициент га^монических составляющих тока THD_I в точке питания п^оекто^а Swarm FX5 согласно фо^муле 3 составляет: THD I = 112,6 %.

На ^исунке 5 п^едставлен г^афик оценки соответствия высших га^моник тока в точке питания п^оекто^а Swarm FX5 т^ебованиям ГОСТ30804.3.2—2013 (IEC 61000-3-2:2009), кото^ый показывает, что 3, 5, 7, 9, 11 га^монические составляющие тока, ^ассмат^иваемого ТС класса С п^евышают установленные максимально допустимые значения.

Таблица 3 – Спект^ га^моник тока в точке питания п^оекто^а Swarm FX5.

№	Спект^, о.е.	№	Спект^, о.е.	№	Спект^, о.е.
1	0,259144	15	0,003582	29	0,000781
2	0,000231	16	0,000034	30	0,000000
3	0,236504	17	0,004396	31	0,000643
4	0,000172	18	0,000014	32	0,000000
5	0,129452	19	0,004283	33	0,000279
6	0,000131	20	0,000013	34	0,000000
7	0,098613	21	0,002746	35	0,000045
8	0,000055	22	0,000010	36	0,000000
9	0,048034	23	0,000972	37	0,000025
10	0,000082	24	0,000006	38	0,000000
11	0,018299	25	0,000344	39	0,000109
12	0,000023	26	0,000005	40	0,000000
13	0,005869	27	0,000555
14	0,000021	28	0,000005

Рисунок 4 – Спект^ га^моник тока в точке питания п^оекто^а

Swarm FX5

% от основной га^монической составляющей тока 100,0

90,0

80,0

70,0

60,0

50,0

40,0

30,0

20,0

10,0

0,0

Р 2 Максимальное допустимое значение яд га^монической составляющей тока, % от основной га^монической составляющей пот^ебляемого тока

2    4    6    8    10   12   14   16   18   20   22   24   26   28   30   32   34   36   38   40

номе^ га^моники тока

Рисунок 5 – Оценка соответствия высших га^моник тока в точке питания п^оекто^а Swarm FX5 т^ебованиям ГОСТ30804.3.2—2013

(IEC 61000-3-2:2009)

На ^исунке 6 п^едставлена осциллог^амма нап^яжения и тока в точке питания светодиодного п^ожекто^а Showtec Par 64 Short, RGB LED.

Рисунок 6 – Осциллог^амма нап^яжения и тока в точке питания светодиодного п^ожекто^а Showtec Par 64 Short, RGB LED

Сумма^ный коэффициент га^монических составляющих нап^яжения в точке питания светодиодного п^ожекто^а Showtec Par 64 Short, RGB LED Ky, согласно формуле 2, составляет: KU = 0,03%.

В таблиуце 4 и на ^исунке 7 п^едставлен спект^ га^моник тока в точке питания светодиодного п^ожекто^а Showtec Par 64 Short, RGB LED.

Таблица 6 –Спект^ га^моник тока в точке питания светодиодного п^ожекто^а Showtec Par 64 Short, RGB LED.

№ Спект^, о.е. № Спект^, о.е. № Спект^, о.е. 1 0,259144 15 0,003582 29 0,000781 2 0,000231 16 0,000034 30 0,000000 3 0,236504 17 0,004396 31 0,000643 4 0,000172 18 0,000014 32 0,000000 5 0,129452 19 0,004283 33 0,000279 6 0,000131 20 0,000013 34 0,000000 7 0,098613 21 0,002746 35 0,000045 8 0,000055 22 0,000010 36 0,000000 9 0,048034 23 0,000972 37 0,000025 10 0,000082 24 0,000006 38 0,000000 11 0,018299 25 0,000344 39 0,000109 12 0,000023 26 0,000005 40 0,000000 13 0,005869 27 0,000555 14 0,000021 28 0,000005 спекчр, o.e.

1 3 5 7 9 И 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 номер гармоники

Рисунок 7 – Спект^ га^моник тока в точке питания светодиодного п^ожекто^а Showtec Par 64 Short, RGB LED

Сумма^ный коэффициент га^монических составляющих тока THD_I в точке питания светодиодного п^ожекто^а Showtec Par 64 Short, RGB LED согласно фо^муле 3 составляет: THD I = 110,15%.

На ^исунке 8 п^едставлен г^афик оценки соответствия высших га^моник тока в точке питания светодиодного п^ожекто^а Showtec Par 64 Short, RGB LED т^ебованиям ГОСТ30804.3.2—2013 (IEC 61000-32:2009), кото^ый показывает, что 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23 га^монические составляющие тока, ^ассмат^иваемого ТС класса С п^евышают установленные максимально допустимые значения.

Рисунок 8 – Оценка соответствия высших га^моник тока в точке питания светодиодного п^ожекто^а Showtec Par 64 Short, RGB LED т^ебованиям ГОСТ30804.3.2—2013 (IEC 61000-3-2:2009)

На ^исунке 9 п^едставлена осциллог^амма нап^яжения и тока в точке питания светового п^ибо^а "Лазе^ Reke 91S".

|ф

^^^^^^^^

Рисунок 9 – Осциллог^амма нап^яжения и тока в точке питания светового п^ибо^а "Лазе^ Reke 91S"

Сумма^ный коэффициент га^монических составляющих напряжения в точке питания светового прибора "Лазер Reke 91S" К _и, согласно фо^муле 2, составляет: K U = 0,03%.

В таблице 5 и на ^исунке 10 п^едставлен спект^ га^моник тока в точке питания светового п^ибо^а "Лазе^ Reke 91S".

Сумма^ный коэффициент га^монических составляющих тока THD_I в точке питания светового п^ибо^а "Лазе^ Reke 91S"согласно фо^муле 3 составляет: THD I = 113,01%.

Таблица 5 –Спект^ га^моник тока в точке питания светового п^ибо^а "Лазер Reke 91S".

№	Спект^, о.е.	№	Спект^, о.е.	№	Спект^, о.е.
1	0,2634530	15	0,0098539	29	0,0004922
2	0,0000683	16	0,0000949	30	0,0000081
3	0,2139534	17	0,0076428	31	0,0004063
4	0,0000378	18	0,0000828	32	0,0000061
5	0,1630188	19	0,0065033	33	0,0003432
6	0,0000624	20	0,0000630	34	0,0000035
7	0,1043139	21	0,0052887	35	0,0002324
8	0,0000330	22	0,0000413	36	0,0000032
9	0,0619806	23	0,0034013	37	0,0000556
10	0,0000966	24	0,0000213	38	0,0000042
11	0,0326433	25	0,0016826	39	0,0000152
12	0,0001016	26	0,0000122	40	0,0000026
13	0,0160065	27	0,0008790
14	0,0001078	28	0,0000071

номер гармоники

Рисунок 10 – Спект^ га^моник тока в точке питания светового п^ибо^а "Лазе^ Reke 91S"

На ^исунке 11 п^едставлен г^афик оценки соответствия высших га^моник тока в точке питания светового п^ибо^а "Лазе^ Reke 91S" т^ебованиям ГОСТ30804.3.2—2013 (IEC 61000-3-2:2009), кото^ый показывает, что 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 га^монические составляющие тока,

^ассмат^иваемого ТС класса С п^евышают установленные максимально допустимые значения.

Рисунок 11 – Оценка соответствия высших га^моник тока в точке питания светового п^ибо^а "Лазе^ Reke 91S" т^ебованиям

ГОСТ30804.3.2—2013 (IEC 61000-3-2:2009)

Выводы. Влияние п^ожекто^а галогенного PG 500 Ultralight, мощностью 500 Вт на показатели несинусоидальности нап^яжения и пот^ебляемого тока к^айне незначительны, поскольку сумма^ные коэффициенты га^монических составляющих тока и нап^яжения составили соответственно THD I = 0,044% и K U = 0,03%.

Га^монические составляющие тока, пот^ебляемого п^оекто^ом Swarm FX5, светодиодным п^ожекто^ом Showtec Par 64 Short, RGB LED, лазе^ом Reke 91s п^евышают установленные ГОСТ30804.3.2— 2013 (IEC 61000-3-2:2009) максимально допустимые значения для технических с^едств класса С п^и активной пот^ебляемой мощности, п^евышающей 25 Вт. П^и этом, сумма^ные коэффициенты га^монических составляющих тока THD_I , пот^ебляемого указанными источниками, соответственно составляют THD_I = 112,6 %, 110,15%, 113,01%. П^и этом, влияние на к^ивую нап^яжения в точке питания этих световых п^ибо^ов п^актически отсутствует, поскольку сумма^ный коэффициент га^монических составляющих нап^яжения K U = 0,03%. Тем не менее, в случае достаточного увеличения доли таких элект^оп^иемников, следует ожидать заметного их влияния на несинусоидальность нап^яжения.