onetwoclick.ru
Увеличение количества и повышение установленной мощности электроприемников с нелинейным и несимметричным характером нагрузок, появление новых электротехнических установок сделали искаженные режимы характерной и неотъемлемой чертой работы современной системы электроснабжения. При этом нарушение ГОСТ 13109—97 возможно как со стороны энергоснабжающей организации (установившееся отклонение напряжения, отклонение частоты ; длительность провала напряжения; импульсное напряжение; коэффициент временного перенапряжения, так и со стороны потребителей.
Потребитель с переменной нагрузкой может нарушить стандарт по размаху изменения напряжения 8 U, и дозе фликера с нелинейной — по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения Ки и коэффициенту гармонической составляющей напряжения с несимметричной — по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности и коэффициенту несимметрии напряжений по нулевой последовательности Кои.
Показатели отклонения частоты и напряжения зависят от баланса активной и реактивной мощностей в энергосистеме, поэтому поддержание их возлагается на энергоснабжающие организации, сети которых являются виновником провалов напряжения, импульсов и кратковременных перенапряжений. Провал напряжения — неизбежное явление для сети любого напряжения — приводит к мгновенным последствиям, тем более значимым, чем больше их глубина и длительность.
Причиной, вызывающей несинусоидальность, несимметрию, колебания и отклонения напряжения, является тот или иной вид электроприемника, определяемого технологическим процессом (производством). Отклонение напряжения вызывает изменение нагрузки любого производства. Предприятия с мощными сварочными устройствами порождают и колебания, несимметрию напряжения; дуговые сталеплавильные печи — еще и несинусоидальность; электролиз цветной металлургии — колебания, несинусоидальность; однофазная нагрузка — несимметрию; тяговые подстанции — несинусоидальность и несимметрию напряжений.
Мы рассмотрели искажения в установившихся режимах работы. Но существуют промышленные источники искажений напряжения, создающие помехи в пусковых режимах или при регулировании. Высшие гармоники порождают при пуске и торможении электродвигатели переменного тока с регулируемой скоростью, преобразователи при рекуперативном торможении. Трансформаторы при включении и отключении вызывают кратковременные перенапряжения.
Потребитель может быть источником искажений по нескольким ПКЭ. Количество и местоположение источников в схеме известно приблизительно, а уровень вносимых ими искажений практически неизвестен. Искажающие токи растекаются по сетям в зависимости от схемы сети, ее частотных характеристик и т. п. Токи суммируется в узлах, поэтому искажение напряжения определяется действием нескольких виновников.
Если рассматривать все точки (узлы), где следует выдерживать (и проверять) ПКЭ, то налицо объект с ценологическими свойствами. Но существующая теория расчета ПКЭ основана на нормальном распределении. Сложившееся положение аналогично положению с расчетом электрических нагрузок в 50—60е гг. XX в., когда полагали, что вероятностный гауссов подход решит проблему нагрузок. Очевидно, что существует большая область теории и практики, важнейшая при использовании электроэнергии, требующая новых представлений.
Для обеспечения требований, предъявляемых к качеству напряжения потребителями, значения напряжений в каждой точке электрической сети должны находиться в определенных допустимых пределах. Практически без специальных регулирующих устройств допустимый режим напряжений может быть обеспечен только в том случае, когда суммарные потери напряжения невелики. Это может быть только в сетях небольшой протяженности и с малым числом промежуточных трансформаций.
В распределительных электрических сетях отклонения напряжения обычно определяются для характерных точек — наиболее чувствительных к отклонению потребителей и наиболее удаленных от трансформаторных подстанций точек подключения электроприемников. В фиксированный момент времени для любой точки радиальной сети величина bU определяется выражением
Размахи изменения напряжения, следующие друг за другом, создают колебания напряжения 5Ut. Нормирование колебаний напряжения производится по степени воздействия на зрение человека. Процесс зрительного восприятия колебаний (фликера) начинается с верхнего предела частоты колебаний напряжения порядка 35 Гц при изменениях напряжения менее 10 %. Наиболее раздражающее действие мигания света наступает у человека при частоте, равной 8,8 Гц, при определенной величине размаха U. Длительность воздействия колебаний напряжения при этом составляет 10 мин. С точки зрения фликера лампы накаливания являются нагрузками, наиболее чувствительными к величине изменения напряжения.
Источниками колебаний напряжения в современных электрических системах являются мощные электроприемники, характеризующиеся импульсным, резко переменным характером потребления активной и реактивной мощностей. Для них характерны: питание от шин напряжением 35 — 220 кВ; значительные изменения потребляемой активной Р и реактивной Q мощности (которая может превышать в 1,5 раза) с высокой скоростью в течение суток; наличие у токоприемников нелинейных элементов.
К таким электроприемникам относятся в приоритетном порядке по степени воздействия на этот ПКЭ: дуговые сталеплавильные печи; руднотермические печи; электродвигатели большой мощности (в частности, прокатных станов); индукционные печи; машины контактной сварки; преобразователи электролизных установок; синхронные двигатели; приводы насосов и компрессоров в распределительных сетях. Так, при работе печи ДСП100 на напряжении 35 кВ величина bU в сети составила (4,3…8,2)% при cos
cp
= 0,1 …0,3 в период расплава металла и cos cp = 0,70…0,77 — в остальных режимах. При этом частота колебаний напряжения оказалась равной 8,3 Гц.
Нестабильность колебаний напряжения во многом предопределяется изменчивостью потребления реактивной мощности, поэтому, анализируя ее процесс изменения, можно получить достаточно достоверную информацию о характере колебаний напряжения в исследуемой электрической сети.
В электрических системах распространение колебаний напряжения происходит в направлении к шинам низкого напряжения практически без затуханий, а к шинам высокого напряжения — с затуханием по амплитуде. Этот эффект проявляется в зависимости от величины SK 3 системы. При распространении колебаний напряжения в любом направлении их частотный спектр сохраняется, а коэффициент затухания или усиления К определяется соотношением
где Sкз — мощность короткого замыкания ступени трансформации; Sт ном — номинальная мощность трансформатора; Ек — напряжение короткого замыкания трансформатора.
Источниками гармонических искажений являются в основном нагрузки, обладающие нелинейными характеристиками: дуговые сталеплавильные печи; вентильные преобразователи; трансформаторы с нелинейными вольтамперными характеристиками; преобразователи частоты; индукционные печи; вращающиеся электрические машины, питаемые через вентильные преобразователи; телевизионные приемники; люминесцентные лампы; ртутные лампы. Последние три источника создают при своей работе невысокий уровень гармонических искажений на выходе, но их общее количество велико. Эффект наложения искажений приводит к их значительному уровню, даже в сетях высоких напряжений. Так, величина гармонических искажений КТшЯи в сетях 230 кВ за счет работы телевизионных приемников может достигать 1 %. Пока в узлах электроснабжения промышленных предприятий значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения Ки и коэффициента лй гармонической составляющей напряжения превышают нормы ГОСТ (табл. 10.4).
Распространение гармоник тока по сети также зависит от параметров схемы и конфигурации сети. При распространении гармоник тока от источника в направлении сети более высокого напряжения происходит снижение амплитуд гармонических составляющих, обычно вызванное увеличением величины SK3 системы. Если распространение гармоник происходит в направлении к сетям низкого напряжения, то затухание гармоник слабее. Существенное влияние на работу электрооборудования, в первую очередь на электродвигатели и силовые трансформаторы, оказывает несимметрия напряжений. При коэффициенте обратной последовательности напряжений, рав
ном 4%, срок службы электродвигателей сокращается примерно в
два раза.
