ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСШИХ ГАРМОНИК В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ МЕДИЦИНСКОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

Работа выполнена в рамках государственного задания (шифр № 13.707.2014/к).

Сегодня достижения в области технологии и развития медицины создают большие преимущества для человека во всем мире. Все чаще и чаще медицинские диагностические процессы и современные хирургические методы разрабатываются с использованием современного оборудования, спроектированного с помощью передовых электронных технологий, и полностью компьютеризированы.

Один из важных вопросов, мало изученных в данной сфере, заключается в анализе качества электроэнергии медицинских учреждений.

Ниже приведены результаты измерений в электрической сети учреждения здравоохранения, устанавливающие степень влияния работы мощного медицинского оборудования на качество электрической энергии.

Качество электрической энергии может быть определено четырьмя основными показателями: амплитуда напряжения и его частота; несимметрия тока и напряжения в трехфазных системах и искажение формы кривых напряжения и тока [3].

В большинстве случаев ухудшение качества электроэнергии порождаются самими потребителями в связи с использованием оборудования, содержащего нелинейные элементы.

Это оборудование часто требует высококачественного питания для их безупречной работы [2]. Но, так как оно само является основным генератором нарушений, то в конечном итоге очевидно взаимовлияние работы оборудования и качества электроэнергии.

В качестве объекта исследования была выбрана клиника им. Э.Э. Эйхвальда в Северо-Западном государственном медицинском университете им. Мечникова.

Измерения в клинике проводились с помощью анализаторов качества электроэнергии Fluke 435 серии и отечественного прибора Ресурс UF-2M.

Определялись кривые напряжения и тока в сети 0,4 кВ с заземленной нейтралью при работе магниторезонансного и компьютерного томографов (МРТ и КТ), которые являются наиболее мощными потребителями электроэнергии.

Рисунок 1. Кривые напряжения и тока КТ

Рисунок 2. Спектры напряжения и тока на КТ

На рисунке 1 приведены кривые напряжения на КТ и его тока в трех фазах и нулевом проводе.

Следует отметить, что ток в нулевом проводе по величине значительно превосходит токи в фазах.

На рисунке 2 приведены спектры напряжения и тока (фаза А), полученные после разложения кривых в ряд Фурье.

Как видно из рисунка 2, несмотря на высокие гармонические составляющие тока, он не оказывается заметного влияния на напряжение, показатели которого не выходят за нормируемые ГОСТ-ом пределы [1].

Рисунок 3. Кривые напряжения и тока МРТ

При этом разложение в ряды Фурье напряжения и тока (рисунок 4) указывает на почти полное отсутствие высших гармоник в составе напряжения и широкий гармонический состав тока.

Рисунок 4. Спектры напряжения и тока МРТ

Отсутствие влияния токов МРТ и КТ на напряжение в первую очередь связано с жесткостью сети. В других условиях при менее жесткой сети, неизбежно должно проявиться искажение в кривой напряжения, что в свою очередь оказывало бы негативное влияние на работу не только энергоёмкого медицинского оборудования, но и на мелкие потребители, которые являются не менее важными при обслуживании пациентов клиники.

Из полученных результатов измерений токов и напряжения в сети 0,4 кВ медицинского учреждения следует, что:

·     спектр тока содержит значительные гармонические составляющие, что очевидно вызывает дополнительные потери мощности в электрической сети;

·     величина тока в нулевом проводе значительно превышает величины фазных токов, что должно учитываться при проектировании системы электроснабжения медицинских учреждений;

·     при наличии мягкой сети с большим входным сопротивлением влияние тока на кривую напряжения будет значительным, что негативно скажется на показателях качества питающего напряжения;

·     при компенсации реактивной мощности необходимо учитывать асимметрию по фазам, что затрудняет определение мощности компенсирующих устройств и требует разработки дополнительного алгоритма выбора конденсаторных батарей.

Список литературы:
1.    ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. — М.: Стандартинформ, 2014.
2.    Добуш В.С. Компенсация высших гармоник с учетом фазовых соотношений в электротехническом комплексе промышленных предприятий: дис. … канд. техн. наук. Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Спб, 2013.
3.    Скамьин А.Н. Обоснование структуры и параметров системы компенсации реактивной мощности при наличии высших гармоник в напряжении и токе: дис. … канд. техн. наук. Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Спб, 2011.
4.    Ramos M. An Assessment of the Electric Power Quality and Electrical Installation Impacts on Medical Electrical Equipment Operations at Health Care Facilities. American Journal of Applied Sciences, 6(4), 2009, 638—645.