Лекция 3. Влияние качества электроэнергии на работу электроприемников зданий

Содержание лекции:

- влияние качества электроэнергии на работу электроприемников зданий.

Цель лекции:

- знакомство с проблемами качества и надежности электроэнергии в условиях города.

Отключения напряжения оказывают значительное влияние на работу асинхронных двигателей. Так, вращающий момент двигателя пропорционален квадрату напряжения на его выводах. При сниже­нии напряжения уменьшаются вращающий момент и частота вра­щения ротора двигателя, так как увеличивается его скольжение. При значительных снижениях напряжения на выводах двигателя, рабо­тающего с полной нагрузкой, момент сопротивления механизма мо­жет превысить вращающий момент, что приведет к “опрокидыва­нию” двигателя, т.е. к его остановки. Снижение напряжения ухудша­ет условия пуска двигателя, так как при этом уменьшается его пусковой момент. Кроме того, при снижении напряжения на зажи­мах двигателя уменьшается потребляемая им реактивная мощность, увеличивается ток двигателя, что вызывает перегрев изоляции, а следовательно, уменьшается срок службы двигателя. Повышение напряжения на выводах двигателя приводит к увеличению потреб­ляемой им реактивной мощности.

Снижение напряжения приводит к заметному снижению све­тового потока ламп накаливания; при снижении напряжения рез­ко сокращается срок службы этих ламп. Увеличение напряжения приводит к росту потребляемой реактивной мощности люминес­центными лампами. Но изменение показателей у люминесцент­ных ламп значительно меньше при изменении напряжения, чем у ламп накаливания.

К колебаниям напряжения очень чувствительны осветительные приборы, особенно лампы накаливания и электронная техника.

Колебания напряжения, вызывающие мигание источников осве­щения (фликер-эффект), приводят к утомлению глаз человека, что снижает производительность труда, а в ряде случаев может привести и к травматизму.

Колебания напряжения нарушают нормальную работу телевизо­ров, холодильников, телефонно-телеграфной связи, компьютерной техники и т.п.

При колебаниях напряжения более 15 % может быть нарушена нормальная работа электродвигателей, возможно отпадание кон­тактов магнитных пускателей, что приводит к отключению работа­ющих двигателей.

Небольшая несимметрия напряжений (коэффициент несимметрия напряжений по нулевой последовательности) вызы­вает значительные токи обратной последовательности, которые, накладываясь на токи прямой последовательности, приводят к допол­нительному нагреву статора и особенно ротора двигателя, а следовательно, к ускоренному старению изоляции и уменьшению его располагаемой мощности. Так, срок службы полностью загру­женного асинхронного двигателя, работающего при несимметрии напряжения 4 %, сокращается в 2 раза. В синхронных двигателях кроме указанных выше отклонений, могут возникнуть опасные вибрации.

Несимметрия напряжений значительно влияет на работу одно­фазных электроприемников, если фазные напряжения не равны. Так, например, лампы накаливания, подключенные к фазе с более высоким напряжением, имеют меньший срок службы.

Несинусоидальность напряжения, обусловленная электропри­емниками с нелинейной вольт-амперной характеристикой, вызыва­ет появление в сети высших гармонических тока и напряжения. Это приводит к дополнительным потерям активной мощности во всех элементах системы электроснабжения, а также к ухудшению или на­рушению работы устройств автоматики, телемеханики, компьютер­ной техники и других устройств с элементами электроники.

Таким образом, качество электроэнергии существенно влияет на надежность электроснабжения зданий, поскольку аварийность в сетях с низким качеством электроэнергии выше, чем в случае, когда показатели качества электроэнергии находятся в допустимых пределах

Невзирая на многочисленные работы, проблема на­дежности электроснабжения не имеет законченного решения. Ряд принципиальных положений, включая само определение надежности, остаются дискуссион­ными.

До недавнего времени проблема надежности огра­ничивалась вопросами обеспечения передачи потреби­телю заданного количества электрической энергии в рассматриваемый промежуток времени. С этой целью изучались закономерности появления различ­ных нарушений в системе электроснабжения, на ос­нове которых имеется возможность получить показа­тели надежности. Эти показатели в совокупности с величиной народнохозяйственного ущерба позво­ляют в принципе оптимизировать надежность, что яв­ляется решением проблемы

Последние работы расширяют поставленную проб­лему. В понятие надежности включают не только ко­личественные показатели подаваемой энергии, но также ее качественные характеристики, имея в виду обеспечение требуемого уровня напряжения, частоты и т. п. В обшем виде указанное определение пред­ставляется достоверным, так как надежность можно рассматривать как характеристику качества электро­снабжения.

Такой подход значительно расширяет проблему надежности. Если рассмотреть технические мероприя­тия, обеспечивающие количественные и качественные характеристики поставляемой энергии, то можно утверждать, что решение вопросов, связанных с обеспечением этих характеристик, может произво­диться в подавляющем числе случаев независимо друг от друга. При этом имеется в виду, что средства, обеспечивающие количественные показатели подавае­мой энергии, являются основными элементами (линии, трансформаторы) системы электроснабжения. Эти элементы определяют технико-экономические показа­тели системы при ее оптимизации.

Между тем средства, обеспечивающие качествен­ные характеристики энергии и прежде всего уровни напряжения, не являются основными элементами си­стемы электроснабжения. Если в первом случае в ре­зультате учета необходимой степени резервирования электроснабжения определяется глобальный оптимум системы, то во втором случае речь идет о решении частной задачи, например, о выборе рационального способа регулирования напряжения при заданных оп­тимальных параметрах системы электроснабже­ния.

В связи с отмеченным в дальнейшем, рассматри­вая вопросы надежности, ограничиваемся проблемой обеспечения потребителей необходимым количеством электрической энергии в соответствии с заданным гра­фиком ее потребления, т. е. вопросами выбора рацио­нальной степени резервирования электроснабжения. Такой подход широко отражен в литературе.

Требуемый уровень надежности электроснабжения промышленных потребителей определяется особен­ностями их технологического процесса. При этом в случае технико-экономической оценки надежности следует учитывать условия резервирования в техноло­гической части предприятий, т. е. рассматривать си­стему электроснабжения и технологический процесс как единое целое.

Однако методика такого рода расчетов не разра­ботана и вряд ли она будет касаться вышестоящих ступеней систем электроснабжения, предназначенных для питания совокупности потребителей.

При решении поставленной проблемы возможны два подхода, в частности, расчет надежности на ос­нове натуральных показателей и оптимизация надеж­ности с использованием стоимостных характеристик, путем сопоставления затрат на надежность с предот­вращением народнохозяйственного ущерба, возникаю­щего из-за перерывов электроснабжения.

Следует подчеркнуть, что регламентированная ме­тодика расчета надежности, как на основе натураль­ных показателей, так и с использованием стоимостных характеристик, невзирая на многообразие опублекованыx работ, до настоящего времени отсутствует. По этой причине при проектировании систем электро­снабжения следует использовать соответствующие ре­комендации ПУЭ и других нормативных документов.

Согласно ПУЭ, выбор надежности электро­снабжения регламентируется применительно к элек­троприемникам потребителей. При этом под потреби­телем понимается предприятие илн организация, име­ющие комплекс электроприемников, в то время как приемником называется электрооборудование (элек­тродвигатель, преобразователь, светильники и т. п.), потребляющее или преобразовывающее электро­энергию.

Все виды электроприемников по надежности их электроснабжения делятся ПУЭ на три категории. При создании системы электроснабжения конкретного потребителя, питание каждой группы электроприемников должно рассматриваться самостоятельно. Учи­тывая многообразие электроприемников, классифика­ция их в ПУЭ не может не носить общего характера. Последнее порождает определенные затруднения при установлении категорий некоторых электроприемни­ков. Основным условием рационального решения во­просов электроснабжения потребителей является под­робное знание технологии производственного процесса потребителей, а также последствий нарушения пита­ния отдельных электроприемников и потребителей в целом.

Практика проектирования показывает, что необхо­димо критически оценивать требования технологов к надежности электроснабжения отдельных электро­приемников. При этом следует учитывать степень ре­зервирования в технологической части потребителей. Встречаются случаи, когда заведомо завышаются тре­бования к надежности электроснабжения с целью пе­рестраховки резервных технологических связей, имея в виду недостаточный уровень эксплуатации произ­водственного процесса.

Определяющим фактором, влияющим на выбор системы электроснабжения конкретного потребителя, является удельный вес электроприемников разных ка­тегорий. Например, по проекту одного из крупных ме­таллургических заводов приемников первой категории было 15%, второй - 80% и третьей -5%. Следова­тельно, схема питания, объем резервных элементов, используемые средства автоматики и другие вопросы системы электроснабжения данного завода должны быть выполнены с учетом указанного распределения приемников по категориям. В частности, резервное питание от второго независимого источника должно быть предусмотрено только для нагрузок первой кате­гории, т. е. на 15% суммарной потребляемой мощно­сти завода. Приемники третьей категории, мощность которых составляет 5%, резервным питанием могут не обеспечиваться и на случай нарушений нормаль­ного режима работы системы электроснабжения за­вода можно предусматривать их автоматическое от­ключение.

При дифференцированном подходе к электроснаб­жению приемников разных категорий могут возник­нуть трудности при осуществлении системы их совместного питания, так как электронриемники всегда смешаны на территории предприятия и их разделение может быть затруднено. Поэтому в каж­дом конкретном случае следует искать рациональные решения для местных условий.

В районах новой застройки города, как правило, потребители I категории составляют 10-15%, II ка­тегории 50-60% и III категории 20-40% суммар­ной, т. е. мощность потребителей I и II категорий составляет от 60 до 80% суммарной нагрузки района. В таких условиях может быть рациональна полная автоматизация городских распределительных сетей 6—10 кВ. Такие сети допустимы в том случае, когда их применение приводит к уве­личению приведенных затрат не более чем на 5%. Использование данной рекомендации позволяет обос­новать осуществление распределительных сетей по совершенным схемам, путем сравнения их технико­экономических показателей с показателями петлевых сетей. В заключение отметим, что чем выше рассмат­риваемая ступень системы электроснабжения, 'тем большие требования предъявляются к надежности питания.