Влияние отклонения напряжения на работу электроприемников

Каждый приемник электроэнергии спроектирован для работы при номинальном напряжении и должен обеспечивать нормаль­ное функционирование при отклонениях напряжения от номиналь­ного на заданную ГОСТ величину. При изменении напряжения в пределах этого рабочего диапазона могут изменяться значения вы­ходного параметра приемника электроэнергии, например темпе­ратура в электротермической установке, освещенность у электро­осветительной установки, полезная мощность на валу электродви­гателя и т.д.

Одновременно с изменением выходных параметров, а в ряде слу­чае даже когда выходные параметры не изменяются, изменение напряжения приводит к изменению потребляемой приемником элект­роэнергии мощности.

Работа электротермических установок при значи­тельном снижении напряжения существенно ухудшается, так как уве­личивается длительность технологического процесса.

Печи сопротивления прямого и косвенного действия имеют мощ­ности до 2000 кВт и подключаются к сети напряжением 0,38 кВ, коэффициент мощности близок к 1,0. Регулирующий эффект актив­ной нагрузки печей сопротивления равен 2. Повышение напряже­ния приводит к перерасходу электроэнергии.

Индукционные плавильные печи промышленной частоты и по­вышенной частоты представляют собой трехфазную электрическую нагрузку «спокойного» режима работы. Печи повышенной часто­ты питаются от вентильных преобразователей частоты, к которым подводится переменный ток напряжением 0,4 кВ. Индукционные печи имеют низкий коэффициент мощности: от 0,1 до 0,5.

Вентильные преобразователи обычно имеют систе­му автоматического регулирования постоянного тока путем фазо­вого управления. При повышении напряжения в сети угол регули­рования автоматически увеличивается, что приводит к увеличению потребления мощности преобразователем. Регулирующие эффек­ты нагрузки для ртутно-выпрямительного агрегата с электролизе­ром для активной мощности 3,5; для реактивной мощности 7,6.

Электросварочные установки переменного тока ду­говой и контактной сварки представляют собой однофазную нерав­номерную и несинусоидальную нагрузку с низким коэффициентом мощности: 0,3 - для дуговой сварки и 0,7 - для контактной. При снижении напряжения до 0,9 U_ном время сварки увеличивается на 20 %, а при выходе его за пределы (0,9... 1,1)U_ном возникает брак сварных швов.

Электрохимические и электролизные установки работают на постоянном токе, который получают от преобразова­тельных подстанций, выпрямляющих трехфазный переменный ток. Коэффициент мощности установок 0,8... 0,9. Работа электролизных установок при пониженном напряжении приводит к снижению про­изводительности, а повышение напряжения - к недопустимому пе­регреву ванн электролизера.

Установки электрического освещения с лампа­ми накаливания, люминесцентными, дуговыми, ртутными, натри­евыми, ксеноновыми лампами применяются на всех предприяти­ях для внутреннего и наружного освещения. В производственных цехах в настоящее время применяются преимущественно дуговые ртутные лампы высокого давления типов ДРЛ и ДРИ 220 В. Ава­рийное освещение, составляющее 10% от общего, выполняется лампами накаливания. Коэффициент мощности светильников с ин­дивидуальными конденсаторами 0,9...0,95, а без них - 0,6. Лишь лампы накаливания имеют коэффициент мощности 1,0. В цехах, лабораториях, административных помещениях, требующих повы­шенной освещенности и правильной цветопередачи, устанавлива­ют люминесцентные лампы. Регулирующий эффект у ламп накалива­ния в области номинального напряжения равен 1,6. Статическую характеристику по напряжению для ламп накаливания приближен­но можно записать так:

где U_n* - относительное значение напряжения U_n на приемнике элек­троэнергии от номинального U_nном; Р_{л н}. (U_n), Р_лн(U_пном) - активная нагрузка лампы накаливания при напряжении U_n и при номиналь­ном напряжении U_{п ном}.

Необходимо отметить, что при изменении напряжения изменя­ется освещенность, световой поток и срок службы лампы. На каж­дый процент понижения напряжения световой поток уменьшается приблизительно на 3,6%. Срок службы увеличивается приблизитель­но на 1,3%.

Люминесцентные лампы также изменяют свое потребление с из­менением напряжения. Статическую характеристику по напряже­нию для активной мощности люминесцентных ламп приближенно можно записать так:

для реактивной мощности

Регулирующий эффект люминесцентных ламп по схеме с расщеп­ленной фазой равен примерно 1,9 для активной мощности, а для реактивной мощности регулирующий эффект для люминесцентных ламп может быть оценен величиной 1,5. Срок службы люминесцен­тных ламп изменяется с изменением напряжения: на 1 % понижения напряжения срок службы в среднем увеличивается на 2%.

Для ламп ДРЛ с пускорегулирующей аппаратурой (ПРА) регу­лирующий эффект по реактивной мощности равен 4,5.

Силовые трансформаторы. Потери активной мощнос­ти в стали трансформаторов изменяются пропорционально квадра­ту изменения числа вольт, приходящихся на виток первичной обмотки трансформатора. При напряжении сети, на а % отличающемся от на­пряжения ответвления трансформатора, потери активной мощности в стали можно с достаточной точностью найти по формуле

где ∆Р_ст.ном - потери в стали при номинальном напряжении.

Намагничивающая мощность трансформаторов резко меняется с изменением напряжения, подводимого к трансформатору. Намагничивающая мощность изменяется пропорционально пятой степе­ни напряжения и может быть определена по формуле

где ∆Q_ст.ном - намагничивающая мощность трансформатора при номинальном напряжении.

Потери в реактивном сопротивлении трансформатора можно считать изменяющимися пропорционально квадрату намагничива­ющей силы первичной обмотки. При напряжении на а % выше на­пряжения ответвления потери реактивной мощности в обмотках трансформатора могут быть найдены по формуле

где ∆Q_м.ном - потери в реактивном сопротивлении рассеяния транс­форматора при номинальном напряжении.

Статические характеристики потерь мощности в стали трансфор­маторов напряжением 10/0,4 кВ:

Конденсаторы. Реактивная мощность конденсаторов, как и любого постоянного сопротивления, пропорциональна квадрату напряжения:

где Х_с - сопротивление конденсаторной батареи; знак «-» поставлен потому, что знак емкостного сопротивления противоположен знаку индуктивного сопротивления, принимаемому положительным. При понижении напряжения в сети мощность конденсато­ров снижается пропорционально квадрату напряжения.