Влияние колебаний напряжения на работу электрооборудования
Отклонения напряжения, усугублённые резкопеременным характером, ещё более снижают эффективность работы и срок службы оборудования, вызывают брак продукции, способствуют отключению автоматических систем управления и повреждению оборудования. Так, например, колебания амплитуды и в большей мере фазы напряжения вызывают вибрации электродвигателя, приводимых механизмов и систем. В частности, это ведёт к снижению усталостной прочности трубопроводов и снижению срока их службы. А при размахах колебаний более 15% могут отключаться магнитные пускатели и реле. Не менее опасна, вызываемая колебаниями напряжения, пульсация светового потока ламп освещения. Её восприятие человеком – фликер – утомляет, снижает производительность труда и в конечном счёте влияет на здоровье людей. Доза фликера - мера восприятия человеком пульсаций светового потока. Наиболее раздражающее действие фликера проявляется при частоте колебаний 8,8 Гц и размахах изменения напряжения δUt = 29%. При одинаковых колебаниях напряжения отрицательное влияние ламп накаливания проявляется в значительно большей мере, чем газоразрядных ламп. Мероприятия по снижению колебаний напряжения: 1. Применение оборудования с улучшенными характеристиками (снижение DQ). Применение электродвигателей со сниженным пусковым током и улучшенным cos φ при пуске или применение частотного регулирования электроприводов, а также устройств плавного пуска-останова двигателя. 2. Подключение к мощной системе электроснабжения (увеличение Sкз). Распространение колебаний напряжения в сторону системы электроснабжения происходит с затуханием колебаний по амплитуде. Коэффициент затухания тем больше, чем мощнее система электроснабжения. 3. Разнесение питания спокойной и резкопеременной нагрузок на разные трансформаторы или секции сборных шин. Размах изменения напряжения dUt на шинах спокойной нагрузки снижается на 50—60%. Недостатком является возрастание потерь при неполной загрузке трансформаторов. 4. Снижение сопротивления питающего участка сети. При увеличении сечения проводников линии снижается R, а применение устройств продольной компенсации снижает суммарное X. Недостаток этого способа в увеличении капитальных затрат, а применение продольной компенсации опасно повышением токов короткого замыкания при X→0. Несинусоидальность напряжения.Электроприёмники с нелинейной вольтамперной характеристикой потребляют ток, форма кривой которого отличается от синусоидальной, рис. 1.5. а протекание такого тока по элементам электрической сети создаёт на них падение напряжения, отличное от синусоидального. Это и является причиной искажения синусоидальной формы кривой напряжения. Например, полупроводниковые преобразователи потребляют ток трапециевидной формы, образно говоря - выхватывают из синусоиды кусочки прямоугольной формы. Несинусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями: 1. Коэффициентом искажения синусоидальности напряжения; 2. Коэффициентом n-й гармонической составляющей напряжения. Источниками несинусоидальности напряжения являются: статические преобразователи, дуговые сталеплавильные и индукционные печи, трансформаторы, синхронные двигатели, сварочные установки, газоразрядные осветительные и бытовые приборы и так далее. Строго говоря, все потребители, кроме ламп накаливания, имеют нелинейную вольтамперную характеристику.
Рис. 1.5. Несинусоидальное напряжение.
Влияние несинусоидальности напряжения на работу электрооборудования: 1. Фронты несинусоидального напряжения воздействуют на изоляцию кабельных линий электропередач - учащаются однофазные короткие замыкания на землю. Аналогично кабелю пробиваются конденсаторы. 2. В электрических машинах, включая трансформаторы, возрастают суммарные потери. Так, при коэффициенте искажения синусоидальной формы кривой напряжения KU = 10% суммарные потери в сетях предприятий, крупных промышленных центров, электрифицированного железнодорожного транспорта могут достигать 10—15%. 3. Возрастает недоучёт электроэнергии вследствие тормозящего воздействия на индукционные счётчики гармоник обратной последовательности. 4. Неправильно срабатывают устройства управления и защиты. 5. Выходят из строя компьютеры. Функцию, описывающую несинусоидальную кривую напряжения, можно разложить в ряд Фурье синусоидальных (гармонических) составляющих, с частотой в n-раз превышающей частоту сети электроснабжения – частоту первой гармоники (fn = 1 = 50 Гц, fn = 2 = 100 Гц, fn = 3 = 150 Гц …). В связи с различными особенностями генерации, распространения по сетям и влияния на работу оборудования различают чётные и нечётные гармонические составляющие, а также составляющие прямой последовательности (1, 4, 7 и т. д.), обратной последовательности (2, 5, 8 и т. д.) и нулевой последовательности (гармоники кратные трём). С повышением частоты (номера гармонической составляющей) амплитуда гармоники снижается. Нормально допустимые значения коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям с разным номинальным напряжением Uном определяются ГОСТ 13109-97. Предельно допустимое значение коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения вычисляют по формуле: KU(n)пред = 1,5 KU(n)норм, где KU(n)норм - нормально допустимые значения коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения. Нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента искажения синусоидальности напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям с разным номинальным напряжением приведены в табл 1.4.
Таблица 1.4 Значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения, %
ГОСТ 13109-97 требует оценивать весь ряд гармонических составляющих от 2 до 40-й включительно. Мероприятия по снижению несинусоидальности напряжения: 1. Аналогично мероприятиям по снижению колебаний напряжения. 2. Применение оборудования с улучшенными характеристиками: a) «ненасыщающиеся» трансформаторы; b) преобразователи с высокой пульсностью и т. д. 3. Подключение к мощной системе электроснабжения. 4. Питание нелинейной нагрузки от отдельных трансформаторов или секций шин. 5. Снижение сопротивления питающего участка сети. 6. Применение фильтрокомпенсирующих устройств. Несимметрия напряжений - несимметрия трёхфазной системы напряжений (рис. 1.6). Несимметрия напряжений характеризуется следующими показателями: 7. Коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности; 8. Коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности. Основными причинами появления несоответствий по K0U могут быть: 1. Несимметрия нагрузок по фазам в электрических сетях 0,22/0,38 кВ; 2. Значительные сопротивления элементов схемы замещения, в том числе – сопротивление нулевой последовательности линий и распределительных трансформаторов 6—10/0,4 кВ. В качестве вероятного виновника несимметрии напряжений ГОСТ 13109-97 указывает потребителя с несимметричной нагрузкой. Источниками несимметрии напряжений являются: 1. дуговые сталеплавильные печи; 2. тяговые подстанции переменного тока; 3. электросварочные машины, однофазные электротермические установки и другие однофазные, двухфазные и несимметричные трёхфазные потребители электроэнергии, в том числе бытовые. Рис. 1.6. Пример несимметрии напряжения.
Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования: 1. возрастают потери электроэнергии в сетях от дополнительных потерь в нулевом проводе; 2. однофазные, двухфазные потребители и разные фазы трёхфазных потребителей электроэнергии работают на различных неноминальных напряжениях, что вызывает те же последствия, как при отклонении напряжения; 3. в электродвигателях, кроме отрицательного влияния несимметричных напряжений, возникают магнитные поля, вращающиеся встречно вращению ротора; 4. общее влияние несимметрии напряжений на электрические машины, включая трансформаторы выливается в значительное снижение срока их службы. Например, при длительной работе с коэффициентом несимметрии по обратной последовательности K2U = 2—4%, срок службы электрической машины снижается на 10—15%, а если она работает при номинальной нагрузке, срок службы снижается вдвое. Поэтому ГОСТ 13109-97 устанавливает значения коэффициентов несимметрии напряжения по обратной (K2U) и нулевой (K0U) последовательностям - нормально допустимое 2% и предельно допустимое 4%. Мероприятия по снижению несимметрии напряжений: · Равномерное распределение нагрузки по фазам. · Применение симметрирующих устройств. Сопротивления в фазах симметрирующего устройства подбираются таким образом, чтобы компенсировать ток обратной последовательности, генерируемый нагрузкой как источником искажения. Отклонение частоты напряжения переменного тока в электрических сетях характеризуется показателем отклонения частоты, для которого установлены следующие нормы: 1. Нормально допустимые и предельно допустимые значения отклонения частоты равны 0,2 и 0,4 Гц соответственно. 2. Отклонение фактической частоты переменного напряжения (fф) от номинального значения (fном) в установившемся режиме работы системы электроснабжения. Снижение частоты происходит при дефиците мощности работающих в системе электростанций. Для устранения этих явлений необходимо ремонтировать или модернизировать существующие и строить новые электростанции. А пока их нет, активно применяется радикальная мера - автоматическая частотная разгрузка (АЧР), то есть отключение части потребителей при снижении частоты. Повышение частоты происходит при резком сбросе нагрузки в системе электроснабжения. Это ситуация аварийная и действие ГОСТ 13109-97 на неё не распространяется, а в установившемся режиме работы сети такое событие весьма редкое. Причинами несоответствий по отклонению частоты f могут быть: 1) отсутствие достаточного резерва мощности и пропускной способности элементов сети; 2) ошибки в планировании диспетчерских графиков спроса и предложения в активной мощности, подборе электростанций для размещения первичного резерва, в том числе необходимого при аварийных нарушениях баланса мощности, планировании дополнительных резервов пропускной способности линий для выдачи первичного резерва при внезапных нарушениях баланса; 3) несвоевременность предоставления резерва мощности для его использования в режимах первичного, вторичного или третичного регулирования в соответствии с заданными системным оператором требованиями. Провал напряжения- внезапное и значительное снижение напряжения (менее 90% Uном) длительностью от нескольких периодов до нескольких десятков секунд с последующим восстановлением напряжения. Провал напряжения характеризуется показателем длительности провала напряжения, для которого установлена следующая норма: предельно допустимое значение длительности провала напряжения в электрических сетях напряжением до 20 кВ включительно равно 30 с. Длительность автоматически устраняемого провала напряжения в любой точке присоединения к электрическим сетям определяется выдержками времени релейной защиты и автоматики. Причинами провалов напряжения является срабатывание средств защиты и автоматики при отключении грозовых перенапряжений, токов короткого замыкания (КЗ), а также при ложных срабатываниях защит или в результате ошибочных действий оперативного персонала. ГОСТ 13109-97 не нормирует провал напряжения, он ограничивает его продолжительность 30 секундами. Импульс напряжения - резкое повышение напряжения длительностью менее 10 миллисекунд (рис. 1.7). Импульс напряжения характеризуется показателем импульсного напряжения.
Рис. 1.7. Импульс перенапряжения.
Значения импульсных напряжений для грозовых и коммутационных импульсов, возникающих в электрических сетях энергоснабжающей организации, определены для каждого класса напряжений и приведены в ГОСТ 13109-97 прил. Д. Импульсные перенапряжения возникают при грозовых явлениях и при коммутациях оборудования (трансформаторы, двигатели, конденсаторы, кабели), в том числе при отключении токов КЗ. Величина импульса перенапряжения зависит от многих условий, но всегда значительна и может достигать многих сотен тысяч вольт. ГОСТ 13109-97 приводит справочные значения импульсного перенапряжения при коммутациях для разных типов сетей. Временное перенапряжение - внезапное и значительное повышение напряжения (более 110% Uном) длительностью более 10 миллисекунд (рис. 1.7). Временное перенапряжение характеризуется показателем коэффициента временного перенапряжения. Значения коэффициентов временных перенапряжений, возникающих в электрических сетях энергоснабжающей организации, приведены в ГОСТ 13109-97 прил. Д. Временные перенапряжения возникают при коммутациях оборудования (коммутационные, кратковременные) и коротких замыканиях на землю (длительные). Коммутационные перенапряжения возникают при разгрузке протяжённых линий электропередач высокого напряжения. Длительные перенапряжения возникают в сетях с компенсированной нейтралью и четырёхпроводных сетях при обрыве нейтрального провода, а также в сетях с изолированной нейтралью при однофазном КЗ на землю (в сетях 6—10—35 кВ в таком режиме допускается длительная работа). В этих случаях напряжение неповреждённых фаз относительно земли (фазное напряжение) может вырасти до величины междуфазного (линейного) напряжения.
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1504)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |