Ювелирное обозрение

Содержание лекции: колебания напряжения, влияние колебания напряжения на работу электрооборудования, способы снижения колебания напряжения.

Цель лекции: изучить основные формулы расчета колебания напряжения и способы снижения колебания напряжения.

Колебания напряжения – быстрые изменения действующего значения напряжения, происходящие со скоростью 1-2% в секунду и более. Колебания напряжения амплитудой (размахом изменения напряжения), частотой и интервалами между следующими друг за другом изменениями напряжения [4].

Причина возникновения колебания напряжения – электроприемники с быстропеременными режимами работы

Колебания напряжения действуют на: увеличение потерь в сети; утомление зрения, снижение производительности, травматизм; снижение срока службы электронной аппаратуры; выход из строя конденсаторных батарей; неустойчивая работа систем возбуждения синхронных генераторов и двигателей; вибрации аппаратуры; возможны отпадания контакторов.

При работе ЭП с резкопеременной ударной нагрузкой в электросети возникают резкие толчки потребляемой мощности. Это вызывает изменения напряжения сети, размахи которых могут достигнуть больших значений. Эти явления имеют место при работе прокатных электродвигателей, дуговых электропечей, сварочных машин и т.д. Указанные обстоятельства крайне неблагоприятно отражаются на работе всех ЭП, подключенных к данной сети, в том числе и ЭП, вызывающих эти изменения.

Так, например, если время сварки у контактных машин в пределах от 0,02 до 0,4 с, то колебания напряжения даже малой длительности сказываются на качестве сварки.

При колебаниях напряжения, в результате которых напряжение снижается более чем на 15% ниже номинального, возможно отключение магнитных пускателей, работающих электродвигателей.

На предприятиях с существенной синхронной нагрузкой колебания напряжения могут приводить к выпадению привода из синхронизма и расстройству технологического процесса.

Колебания напряжения отрицательно сказывается на работе осветительных приемников. Они приводят к миганиям ламп, которые при превышении порога раздражительности могут отражаться на длительном восприятии людей.

Колебания напряжения, имеющие место при работе крупных синхронных двигателей с резкопеременной нагрузкой, определяются с учетом переходных процессов, т.к. при этом мощность, потребляемая ЭД, значительно отличается от мощности установившегося режима.

В соответствующих точках системы колебание напряжения, вызываемое изменениями (набросами) активной нагрузки на DР и реактивной нагрузки на DQ, может быть ориентировочно определено по формуле [4, 8]:

где DU – потеря напряжения, о.е.

DР, DQ – изменения (набросы) активной и реактивной трехфазной мощности ЭП, (МВт и Мвар);

R, X – активное и реактивное сопротивление на фазу (см. таблицу 4.1), Ом;

Z – полное сопротивление, Ом;

S_K – мощность к.з. в точке, в которой проверяется колебания напряжения, МВА.

Таблица 4.1 – Значения сопротивлений элементов сети

Элемент сети	Соотношения между активными и индуктивными сопротивлениями элементов сети r/x
Воздушные линии 110¸220 кВ	0,125¸0,5
Кабельные линии 6¸10 кВ	1,25¸5
Токопроводы 6¸10 кВ	0,04¸0,11
Трансформаторы 2,5¸6,3	0,06¸0,143
Трансформаторы 63¸500 МВА	0,02¸0,05
Реакторы РБА 6¸10 кВ до 1000 А	0,02¸0,067
Паротурбинные генераторы 12¸60 МВт	0,012¸0,02
Паротурбинные генераторы 100¸500 МВт	0,0075¸0,01
Подстанции в распределительных сетях	0,067 и выше

Активное сопротивление всех элементов сети, кроме кабелей, значительно меньше индуктивного. Но в заводских сетях крупных предприятий при широком внедрении токопроводов 6¸10 кВ и глубоких вводов 110¸220 кВ. Они становятся малопротяженными, и их доля резко снижается. Поэтому они не оказывают большого влияния на результирующее значение отношения r/x в целом по предприятию. Это позволит упрощенно рассчитать колебания напряжения при резкопеременных ударных нагрузках.

Исходя из вышеприведенных соотношений r/x при расчетах колебания напряжения, в среднем можно принять, что лежит она в пределах 0,1¸0,03. При этом отношение z/x получается примерно равным 1. С учетом этих допущений:

Учитывая малое отношение r/x элементов сети, активным сопротивлением вообще можно пренебречь. Тогда колебания напряжения можно определить по еще более простой формуле:

На основе изложенного, можно сделать вывод о том, что при заданных набросах DР и DQ значение колебаний определяется мощностью к.з. питающей сети, и чем последняя выше, тем меньше колебания.

Вторым существенным источником колебаний напряжения являются дуговые сталеплавильные печи (ДСП). При работе ДСП имеют место частые отключения, число которых достигают 10 и более в течение одной плавки. Наиболее тяжелые условия получаются в период расплавления металла и в начале окисления. При этом возникают эксплуатационные толчки тока. Значение тока при толчке зависит от вместимости печи, параметров печного трансформатора, полного сопротивления короткой сети.

При совместном питании ДСП и так называемой «спокойной» общецеховой нагрузки размах изменения напряжения DU на шинах вторичного напряжения 6¸10 кВ понизительного трансформатора ГПП можно с достаточной для практических целей точностью определить по формуле:

Таким образом, значения размахов изменения напряжения в основном определяется мощностью к.з. питающей сети.

Колебания напряжения вызываются резким изменением нагрузки на рассматриваемом участке электрической сети, например, включением асинхронного двигателя с большой кратностью пускового тока, технологическими установками с быстропеременным режимом работы, сопровождающимися толчками активной и реактивной мощности, такими, как привод реверсивных прокатных станов, дуговые сталеплавильные печи, сварочные аппараты и т.п.

Колебания напряжения характеризуются двумя показателями:

– размахом изменения напряжения dU_t;

Размах изменения напряжения dU_t вычисляют по формуле, %:

где U_i, U_i+1 – значения следующих один за другим экстремумов (или экстремума и горизонтального участка) огибающей среднеквадратичных значений напряжения, в соответствии с рисунком 4.1.

Рисунок 4.1 – Колебания напряжения

Частота повторения изменений напряжения F_dUt, (1/с, 1/мин) определяется по выражению:

где m – число изменений напряжения за время Т;
Т – интервал времени измерения, принимаемый равным 10 мин.

Если два изменения напряжения происходят с интервалом менее 30 мс, то их рассматривают как одно.

Интервал времени между изменениями напряжения равен:

Оценка допустимости размахов изменения напряжения (колебаний напряжения) осуществляется с помощью кривых зависимости допустимых размахов колебаний от частоты повторений изменений напряжения или интервала времени между последующими изменениями напряжения.

КЭ в точке общего присоединения при периодических колебаниях напряжения, имеющих форму меандра (прямоугольную) (см. рисунок 4.2), считают соответствующим требованиям стандарта, если измеренное значение размаха изменений напряжения не превышает значений, определяемых по кривым рисунка 4.2 для соответствующей частоты повторения изменений напряжения F_dUt, или интервала между изменениями напряжения Dt_i,i+1.

Предельно допустимое значение суммы установившегося отклонения напряжения δU_у и размаха изменений напряжения δU_t в точках присоединения к электрическим сетям напряжением 0,38 кВ равно ±10 % от номинального напряжения.

Доза фликера – это мера восприимчивости человека к воздействию колебаний светового потока, вызванных колебаниями напряжения в питающей сети, за установленный промежуток времени.

Рисунок 4.2 – Колебания напряжения произвольной формы (а) и имеющие форму меандра (б)

Стандартом устанавливаются кратковременная (P_st) и длительная дозы фликера(P_Lt) (кратковременную определяют на интервале времени наблюдения, равном 10 мин, длительную на интервале – 2 ч). Исходными данными для расчета являются уровни фликера, измеряемые с помощью фликерметра – прибора, в котором моделируется кривая чувствительности (амплитудно-частотная характеристика) органа зрения человека. В настоящее время в Российской Федерации началась разработка фликерметров для контроля колебаний напряжения.

КЭ по дозе фликера соответствует требованиям стандарта, если кратковременная и длительная дозы фликера, определенные путем измерения в течение 24 ч или расчета, не превышают предельно допустимых значений: для кратковременной дозы фликера – 1,38 и для длительной – 1,0 (при колебаниях напряжения с формой, отличающейся от меандра).

Предельно допустимое значение для кратковременной дозы фликера в точках общего присоединения потребителей электроэнергии, располагающих лампами накаливания в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение, равно 1,0, а для длительной – 0,74, при колебаниях напряжения с формой, отличающейся от меандра.

Дата добавления: 2015-11-06 ; просмотров: 5054 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Конденсаторы для силовой электроники

Конденсаторы для повышения коэффициента мощности

Установки компенсации реактивной мощности 0.4кВ

Моторные и светотехнические конденсаторы

Колебания напряжения – нормируемые показатели по ГОСТ 13109-97 (нормы качества электрической энергии).

Характеризуются следующими показателями:

• размах изменения напряжения;
• доза фликера.

Причины выхода показателей за пределы норм состоят в использовании потребителей электрической энергии с быстропеременными режимами работы, сопровождающимися резкими изменениями мощности (главным образом реактивной) нагрузки. Наиболее распространенными потребители электрической энергии, порождающие колебания напряжения являются:

• тяговые подстанции;
• приводы реверсивных прокатных станов;
• дуговые сталеплавильные печи;
• сварочные аппараты;
• электролизные установки.

Влияние колебания напряжения на работу потребителей электрической энергии

При резких изменениях токовой нагрузки происходит столь же резкое изменение эквивалентных параметров потребителей электрической энергии, в результате чего имеет место модуляция во времени амплитуд и фаз вынужденных составляющих мгновенного тока как основной, так и кратных ей высших несущих частот. В некоторых случаях возможно также появление свободных составляющих. Все это приводит к увеличению суммарных активных потерь в сети.

К числу потребителей электрической энергии чрезвычайно чувствительных к колебаниям напряжения относятся осветительные приборы, особенно лампы накаливания и электронная техника.

Колебания напряжения вызывают мигание ламп накаливания (фликер эффект), что порождает неприятный психологический эффект у человека, утомление зрения и организма в целом. Это ведет к снижению производительности труда, а в ряде случаев и к травматизму.

Колебания напряжения нарушают нормальную работу и уменьшают срок службы электронной аппаратуры: устройств телефонно-телеграфной связи, теле-, радио-, приемо-передающей аппаратуры, офисной и бытовой техники.

При значительных колебаниях напряжения могут быть нарушены условия нормальной работы электродвигателей, возможно отпадание контактов магнитных пускателей с соответствующим отключением работающих двигателей.

Колебания напряжения с размахом (10 . 15) % могут привести к выходу из строя конденсаторных батарей, а также вентильных преобразователей. На металлургических заводах возможно разрушение сердечников индукционных плавильных печей. Снижается производительность электролизных установок, сокращается срок их службы вследствие повышенного износа анодов. Колебания амплитуды и фазы напряжения вызывают колебания электромагнитного момента, активной и реактивной мощностей синхронных генераторов предприятий, а это сказывается на экономичности работы станции. Колебания фазы напряжения вызывают вибрации электродвигателей, механических конструкций и трубопроводной арматуры. В последнем случае снижается усталостная прочность металла, сокращается срок его службы.

Ответственность и меры компенсации

Согласно ГОСТ 13109-97 виновниками возникновения колебаний напряжения являются потребители с резкопеременной нагрузкой. Их компенсация осуществляется путем применения быстродействующих источников реактивной мощности, способных компенсировать изменения реактивной мощности.

Для снижения влияния резкопеременой нагрузки на чувствительные приемники электрической энергии применяют способ разделения, при котором резкопеременную и чувствительную к колебаниям напряжения нагрузки присоединяют к разным трансформаторам.

Также для этой цели применяют трансформаторы с расщепленной обмоткой и сдвоенные реакторы.

Разобраться в явлении, именуемом «скачками», «прыжками» и «проседанием», следует для понимания последствий, которые могут наступить вследствие этих процессов. Любое колебание напряжение в сети – это отклонение от стандартов качества потребления. Разобраться в причинах происходящего довольно сложно, но необходимо для максимальной нейтрализации вредного фактора.

Основные показатели качества

Описать порядок всех норм официальных измерений и существующие требования к стандартам параметров электроэнергии не представляется возможным в рамках одного обзора. Для непосвященного читателя очень сложно разобраться в хитросплетениях огромного количества сложных и объемных формул и прочесть десятки страниц текстов, размещенных в ГОСТах. Рассмотрим только обобщенные понятия существующих норм по качественным характеристикам и некоторые, часто встречающиеся, виды отклонений.

• отклонение напряжения на конкретном отрезке времени;
• выявленный размах имеющегося изменения;
• специальный коэффициент трансформации синусоидальности графического изображения кривой напряжения;
• коэффициент, характеризующий гармоническую составляющую n-ого порядка;
• номинальная доза фликера;
• коэффициент для определения несимметрии напряжения в случае обратной последовательности;
• появившееся отклонение частоты;
• показатель несимметрии для варианта с нулевой последовательностью;
• выявленная длительность имеющегося провала напряжения;
• наличие импульсного напряжения;
• характеристики перенапряжения временного типа.

Ознакомившись с основной информацией об этих показателях и их особенностями, вы приобретаете надежный инструмент для борьбы с плохим качеством и сможете вовремя предотвратить все его негативные последствия для вашего дома.

Явление отклонения напряжения

К числу самых главных параметров качества относится имеющееся в сети отклонение рабочего напряжения.

Рассмотрим нормы, которые установлены для данного значения. К ним относятся нормальные и предельно допустимые показатели установившегося отклонения. Определяются они на выводах в зонах приема энергии. Обычно на практике данная величина равняется +5, +10 % от рабочих стандартов напряжения в нашей сети. Для замеров существует строгое правило – выполнять их на протяжении, как минимум одной минуты.

В перечень нормальных отклонений входят все параметры, укладывающиеся в диапазон 5 %, то есть: +/-5 % (от 209 В до 231 В). А вот в случае с предельными показателями применяется следующая раскладка – диапазон в 5 %, то есть: +/-5 % (от 209 В до 231 В).

Есть четко регламентируемая норма обозначить качество потребляемого электричества. Все имеющиеся отклонения отрицательного и положительного вида в конкретной точке передачи находятся в рамках 10 % от известных потребителю согласованных параметров напряжения на протяжении всего времени в течение недели.

Колебания

Вторым по важности моментом является этот показатель. Для колебания характерны такие показатели, как доза фликера и размах изменения.

Во многом все значения идентичны стандартам отклонения с одной особенностью – длительность процесса составляет меньше минуты. Для нормально допустимого колебания существует такая норма – диапазон в 5 %, то есть: +/-5 % (от 209 В до 231 В). Для предельного принято такое значение – 10 %, то есть: +/-10 % (от 198 В до 242 В).

Не упускайте из внимания важный нюанс – не следует путать положения двух ГОСТов, которые определяют нормы качества для сетей и для питания. Первый из них регламентирует правила для поставщиков энергии, а второй – к приборам по параметрам нормальной работы.

Провал

Эта величина характеризуется временем своего проявления. В сетях с номиналом до 20 000 В предельным числом для данного показателя является 30 секунд. Выдержки сроков релейной защиты и срабатывания автоматики определяют длительность автономного устранения провала в любой точке в автоматическом режиме.

Значение падения до 0,9U и протяженность подобного процесса определяют начало провала. Максимальная длительность – 30 секунд. В отдельных случаях параметры провала могут достигать 100 %.

Перенапряжение

Определяется коэффициентом временного порядка. Более 342 В – предел, за которым необходимо принимать в расчет данную величину. Верхняя граница в ГОСТах не обозначена. Временной отрезок чрезвычайно короткий – не превышает 1 секунды.

Виды отклонений

На приведенных рисунках показаны возможности определения качественных показателей потребляемого электричества. Здесь вы можете отыскать отклонения по всем параметрам и четко определиться по характеристикам вышерассмотренных нарушений.

Коротко об улучшении качества

В создавшейся ситуации с имеющимися значительными отклонениями параметров питающей сети от положенных стандартов, в первую очередь обратитесь к обслуживающему вас поставщику электричества. Для этого оформите официальный запрос к данной организации.

Может случиться так, что добиться конкретных результатов при таких административных действиях не удастся. В таком случае, используйте средства защиты специального назначения.

Для улучшения всех качественных характеристик существует много модификаций устройств типа стабилизаторов напряжения, приборов, обеспечивающих питание в бесперебойном режиме.