Обеспечение качества электроэнергии электроприемников

Обеспечение качества электроэнергии на зажимах приемников электроэнергии — одна из наиболее сложных задач, решаемых в процессе проектирова­ния и эксплуатации систем электроснабжения. Появление в сис­темах электроснабжения мощных электродвигателей, вентильных преобразователей и других приемников с резкопеременной нагруз­кой создало проблему их электромагнитной совместимости с сис­темой электроснабжения, успешное решение которой обеспечива­ет рациональную работу как этих приемников, так и приемников со спокойной нагрузкой, присоединенных к той же системе (ос­вещение, электродвигатели длительного режима работы и др.).

Показатели качества электроэнергии регламентируются требо­ваниями ГОСТ 13109 — 97.

К показателям качества электроэнергии для трехфазных сетей переменного тока относятся:

1.отклонение напряжения;

2. колебание напряжения;

3.коэффициенты несимметрии и неуравновешенности напря­жения;

4.коэффициент не синусоидальности напряжения;

5.отклонение частоты;

6.колебания частоты.

Соответствие перечисленных параметров указанному стандар­ту способствует увеличению выпуска продукции и общей рента­бельности производства.

Отклонениенапряжения V — это разность между действитель­ным значением напряжения Uи его номинальным значением U _н для сети, возникающая при сравнительно медленном изменении режима работы, когда скорость изменения напряжения меньше 1 % в секунду.

При понижении напряжения возрастает скольжение и умень­шается частота вращения асинхронныхдвигателей, являющихся основными электродвигателями, применяемыми в промышлен­ности. При этом возрастает потребляемый ток, двигатели пере­греваются, быстрее изнашивается их изоляция. Вращающий мо­мент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напря­жения, поэтому при понижении напряжения затрудняются пуск и само запуск двигателей под нагрузкой. В связи с этим установле­ны пределы отклонения напряжения на зажимах электродвигате­лей, станций управления от -5 до +10 %.

Весьма чувствительны к изменению напряжения косинусные конденсаторы. Их реактивная мощность пропорциональна квад­рату подводимого напряжения. При понижении напряжения на 10 % мощность конденсатора снижается до 81 % от номинальной. Повышение напряжения на 10 % увеличивает реактивную мощ­ность конденсатора до 121 % и приводит к его перегрузке, поэтому для конденсаторов допускается увеличение напряжения не бо­лее чем на 10 %.

Отклонение напряжения оказывает значительное влияние на работу электросварочных установок, ухудшая качество сварки. Для рационального ведения этого процесса отклонение напряжения на сварочных установках должно составлять не более ±5 %.

Высокие требования к качеству напряжения предъявляют ос­ветительные установки. При отклонениях напряжения изменяют­ся сила света ламп накаливания и срок их службы. Сила света изменяется пропорционально изменению напряжения в третьей степени. Повышение напряжения на 10 % сокращает срок службы ламп накаливания примерно в 3 раза.

В соответствии с ГОСТ 13109 — 97 допускается отклонение на­пряжения на зажимах электроосветительных приборов от -2,5 до +5

 

 

Несимметрия напряжений и токов трехфазной системы
Несимметрия напряжений и токов трехфазной системы — один из важнейших критериев качества электроэнергии. Причина появ­ления несимметрии напряжений и токов — различные несиммет­ричные режимы системы электроснабжения.Широкое применение различного рода однофазных электротермических установок значительной мощности (до 10 МВт) и трёхфазных дуговых печей также привело к значительному увеличению доли несимметричных нагрузок на промышленных предприятиях. Подключение таких мощных несимметричных одно- и трёхфазных нагрузок к трёхфазным сетям вызывает в системах электроснабжения длительный несимметричный режим, который характеризуется не симметрией напряжений и токов.

Несимметрию напряжений и токов, обусловленную не симметрией элементов электрической сети, называют продольной. Примером продольной несимметрии являются неполнофазные режимы воздушных линийи несимметрия параметров фаз отдельных элементов сети. Продольная несимметрия характерна также для специальных систем электропередачи: два провода – земля (ДПЗ), два провода − рельсы (ДПР), два провода − труба (ДПР) и т.д.

Несимметрию напряжений и токов, вызванную подключением к сети многофазных и однофазных несимметричных нагрузок, называют поперечной. Поперечная несимметрия возникает также при неравенстве активных и реактивных сопротивлений отдельных фаз некоторых приёмников электроэнергии (дуговые электропечи).

Несимметрия междуфазных напряжений вызывается наличием составляющихобратной последовательности, а несимметрия фазных −ещё и наличием составляющих нулевой последовательности.

Несимметрия напряжения характеризуется двумя показателями:

- коэффициентом несимметрии напряжения обратной последовательности ;

- коэффициентом несимметрии напряжения нулевой последовательности .

Вычисляют коэффициент несимметрии напряжения обратной последовательности , %, как результат i -го наблюдения, по следующему выражению:

,

где − действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трёхфазной системы напряжений в i -м наблюдении, В; − действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты в i -м наблюдении, В.

Классификация задач. Порядок расчета трехфазной цепи в общемслучае зависит от способа соединения фаз приемника и источника (звезда илитреугольник), характера связи источника и приемника (непосредственная иличерез линию передачи, по трехпроводной или четырехпроводной цепи), а также от состава заданных характеристик источника (напряжений или ЭДС свнутренними сопротивлениями).

Проще решаются задачи при задании напряжений источника. В этом случаеможно вообще отвлечься от его присутствия в цепи и рассматривать питаниеприемника от трехфазной сети с заданной системой напряжений. Заданиеисточника совокупностью его ЭДС с внутренними сопротивлениями фазтребует рассмотрения всей цепи в целом, что ведет к некоторому усложнениюзадачи.

 

 

Колебаниячастоты

Колебание частоты- разность между наибольшим и наименьшим значениями основной частоты в процессе достаточно быстрого изменения параметров режима, когда скорость изменения частоты не меньше 0,2Гц в секунду. Колебания частоты не должны превышать 0,2Гц сверх допустимых отклонений 0,1Гц.Колебания частоты – это серия единичных изменений частоты, происходящих со скоростью 0,2Гц/с.

Основная причина возникновения колебаний частоты – это мощные электропотребители с резкопеременной активной нагрузкой (например, преобразователи главных электродвигателей прокатного стана). Возможность подключения таких электропотребителей к энергосистеме с мощностью короткого замыкания Sкз проверяют по допустимой скорости изменения активной мощности

Частота колебаний — величина, обратная периоду колебаний, т. е. равная числу периодов колебаний (числу колебаний), совершаемых в единицу времени.

Разновидность частот колебаний:

1.Циклическая частота

2.Частота колебаний физического маятника

3.Частота пружинного маятника

4.Частота математического маятника

5.Частота электромагнитных колебаний

6.Частота колебаний крутильного маятника

 

Компенсацияреактивноймощности.

Компенсация реактивной мощности — целенаправленное воздействие на баланс реактивной мощности в узле электроэнергетической системы с целью регулирования напряжения, а в распределительных сетях и с целью снижения потерь электроэнергии. Осуществляется с использованием компенсирующих устройств. Для поддержания требуемых уровней напряжения в узлах электрической сети потребление реактивной мощности должно обеспечиваться требуемой генерируемой мощностью с учетом необходимого резерва. Генерируемая реактивная мощность складывается из реактивной мощности, вырабатываемой генераторами электростанций и реактивной мощности компенсирующих устройств, размещенных в электрической сети и в электроустановках потребителей электрической энергии.

Компенсация реактивной мощности особенно актуальна для промышленных предприятий, основными электроприёмниками которых являются асинхронные двигатели, в результате чего коэффициент мощности без принятия мер по компенсации составляет 0,7— 0,75. Мероприятия по компенсации реактивной мощности на предприятии позволяют:

· уменьшить нагрузку на трансформаторы, увеличить срок их службы,

· использовать провода, кабели меньшего сечения за счет уменьшения нагрузки на них,

· улучшить качество электроэнергии у электроприемников (за счёт уменьшения искажения формы напряжения),

· уменьшить нагрузку на коммутационную аппаратуру за счет снижения токов в цепях,

· избежать штрафов за снижение качества электроэнергии пониженным коэффициентом мощности,

· снизить расходы на электроэнергию.

 

 

Компенсация реактивной мощности, в настоящее время, является немаловажным фактором, позволяющим решить вопрос энергосбережения практически на любом предприятии.

Источники реактивной мощности:

1. конденсаторы, используются если реактивная мощность индуктивного характера

2. катушки индуктивности (реакторы), используются если реактивная мощность ёмкостного характера (используются для компенсации на ЛЭП);

Регулятор реактивной мощности — устройство, измеряющее и поддерживающее величину cosφ на заданном оптимальном уровне путём выдачи команд на исполнительные устройства без участия персонала. В составе регулятора имеется процессор контролирующий напряжение, уровень гармоник, температуру, состояние конденсаторов и обеспечивающий аварийное отключение в критических случаях;

Коммутационные устройства, подключающие и отключающие источники реактивной мощности в необходимом количестве в зависимости от команд регулятора. В зависимости от технических требований, используются различные коммутационные устройства:

1. Конденсаторные электромагнитные контакторы- статическая компенсация.

2.Тирикон (комбинированный электронно механический контактор) — динамическая компенсация

3. Тиристорный контактор — динамическая компенсация

4. Вакуумные контакторы — напряжение > 1кВ

· Антирезонансные дроссели — используются при повышенном уровне гармоник.

· Защитные устройства обеспечивающие отключение всей установки или группы конденсаторов.

 

В зависимости от подключения конденсаторной установки возможны следующие виды компенсации:

1. Индивидуальная или постоянная компенсация, при которой индуктивная реактивная мощность компенсируется непосредственно в месте её возникновения, что ведет к разгрузке подводящих проводов (для отдельных, работающих в продолжительном режиме потребителей с постоянной или относительно большой мощностью - асинхронные двигатели, трансформаторы, сварочные аппараты, разрядные лампы и т.д.).

2. Групповая компенсация, в которой аналогично индивидуальной компенсации для нескольких одновременно работающих индуктивныхпотребителей подключается общий постоянный конденсатор (для находящихся вблизи друг от друга электродвигателей, групп разрядных ламп). Здесь также разгружается подводящая линия, но только до распределения на отдельных потребителей.

3. Централизованная компенсация, при которой определенное число конденсаторов подключается к главному или групповому распределительному шкафу. Такую компенсацию применяют, обычно, в больших электрических системах с переменной нагрузкой.

 

 

Список используемых источников:

1. https://ru.wikipedia.org

2. http://всеформулы.рф/механика/

3. Электротехнический справочник / под ред. А. Т. Голована, и др. — 3-е изд. — М—Л.: Госэнергоиздат, 1962. — Т. 1.