Файл: С.Д. Баранов Исследование показателей качества электроэнергии в системах электроснабжения.pdf

1

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомиться с показателями качества электроэнергии. Изучить причины снижения качества электроэнергии и способы его повышения.

Научиться производить замеры параметров качества энергии и производить соответствующие расчеты.

2. СТАНДАРТИЗАЦИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Качество электроэнергии у потребителей, присоединенных к электрическим сетям, регламентируется ГОСТ-13109-85, в соответствии с которым введены следующие показатели:

1. При питании от сетей трёхфазного тока:

-отключение частоты;

-размах колебания частоты;

-отклонение напряжения;

-размах изменения напряжения;

-коэффициент несинусоидальности напряжения;

-коэффициент несимметрии напряжения;

-коэффициент неуравновешенности напряжения.

2.Для сетей однофазного тока установлены те же показатели качества, что и для сетей трехфазного тока, но отсутствуют показатель несимметрии напряжения и коэффициент неуравновешенности напряжения.

3.При питании от электрических сетей постоянного тока: отклонение напряжения; размах изменения напряжения и коэффициент пульсации напряжения.

Отклонение частоты - разность, усредненная за 10 мин, между фактическим значением основной частоты и номинальным её значением (рис.1). Отклонение частоты от номинального значения в нормальном режиме работы допускается в преде-

лах ± 0,1 Гц, в аварийных ± 0,2 Гц.

Рис. 1. График отклонения частоты и размаха колебания частоты

2

Размах колебаний частоты - разность между наибольшим и наименьшим значениями основной частоты (рис.1) в процессе достаточно быстрого изменения параметров режима, когда скорость изменения частоты не меньше 0,2 Гц в секунду. Размахи колебаний частоты не должны превышать 0,2 Гц сверх допустимых отклонений 0,1 Гц. Колебания напряжения оцениваются следующим образом:

а) размахом изменения напряжения - разностью между следующими друг за другом экстремумами огибающей действующих значений напряжения, %:

б) частотой изменения напряжения, с-1:

F = mT ,

где m - количество изменений напряжения со скоростью более 1% в секунду за время Т;

в) интервалом между следующими друг за другом изменениями напряжения за 12 секунд.

Под отклонением напряжения понимают разность между фактическим значением напряжения Uф и его номинальным значением Uном для данной сети, выраженную в % :

Допустимые отклонения напряжения:

а) -5 +10% на зажимах электродвигателей и аппаратов для их пуска и управления;

б) -2,5 +5% на зажимах приборов рабочего освещения, а также в прожекторных установках наружного освещения;

в) на зажимах остальных приемников электроэнергии ± 5%; г) в электрических сетях сельскохозяйственных районов, кроме животновод-

ческих комплексов и птицефабрик, и в сетях, питающихся от шин тяговых подстанций электрифицированного транспорта, с разрешения вышестоящих организаций допускаются другие значения отклонения напряжения;

д) в послеаварийных режимах работы сети допускается дополнительное снижение напряжения на 5%.

Несинусоидальность формы кривой напряжения характеризуется коэффициентом несинусоидальности напряжения Кнс, представляющим собой отношение действующего значения гармонического содержания несинусоидального напряжения к напряжению основной частоты в %:

3

где Uv - действующее значение напряжения V гармоники, n - номер последней учитываемой гармоники.

Предельно допустимое значение Кнс = 5%. Коэффициент несимметрии напряжений Кнес. представляет собой отношение напряжения обратной последовательности (Uz ) основной частоты к номинальному линейному напряжению Uном %:

Предельно допустимое значение Кнес. u = 2%.

Коэффициент неуравновешенности напряжений Кнеур - это отношение напряжений нулевой последовательности фаз Uo основной частоты к номинальному фазному напряжению Uн.ф. %:

Его значение ГОСТом не нормируется.

Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения - это отношение действующего значения переменной составляющей пульсирующего напряжения к его номинальному значению, %:

∑n Uv 2

Значение Кп на зажимах двигателей постоянного тока не должно превышать 5%. В случае питания электроизмерительных и радиотехнических устройств пульсация напряжения недопустима.

3. ПРИЧИНЫ СНИЖЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

1. Отклонение и колебание частоты происходят, в основном, вследствие перегрузок генераторов на электростанции, которые возникают в случае устойчивых коротких замыканий; аварийного отключения параллельно работающих генераторов в часы максимумов нагрузки потребителей, особенно в зимнее время.

4

2.Отклонения напряжения происходят из-за неправильного выбора элементов сети, нерационального регулирования напряжения путем переключения отпаек у трансформатора, ограниченной мощности источника питания под действием ударных нагрузок.

3.Колебания напряжения в сети обусловлены мощной ударной нагрузкой, сварочными агрегатами, неправильным выбором параметров элементов системы электроснабжения.

4.Несинусоидальность напряжения в сети обусловлена вентильными преобразователями, сварочными выпрямителями, дугоплавильными печами и другой аналогичной нагрузкой. При этом происходит искажение синусоидальной формы тока и напряжения в сети. Значения уровня гармоник в токе и напряжении зависят от величины нагрузки и достигают максимального значения для напряжения при X.X. на-

где ϒ - угол коммутации вентиля.

Следовательно, на значение Кнс влияют режим работы нагрузки, параметры сети и величина нагрузки.

5. Различают длительную и кратковременную несимметрию напряжений. Длительная несимметрия возникает при наличии в сети осветительной нагрузки, однофазных сварочных установок, плавильных печей и т.п. Кратковременная несимметрия обычно связана с аварийными процессами в электрических сетях, такими как к.з., обрывы проводов, замыкания на землю.

6. Неуравновешенность напряжений возникает при увеличении сопротивления цепи нулевого провода в системе с глухозаземленной нейтралью или в системе с изолированной нейтралью при несимметричной нагрузке.

4. ПОСЛЕДСТВИЯ СНИЖЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭНЕРГИИ

Отклонение и колебания частоты приводят к увеличению потерь мощности и напряжения, т.к. потребляемая мощность Р пропорциональна частоте f , а именно:

где n = 0 ÷ 4 в зависимости от характера нагрузки.

Отклонение напряжения вызывает наиболее неблагоприятные последствия и наносит наибольший материальный ущерб по сравнению с изменением других показателей качества электроэнергии, даже если они находятся в пределах ГОСТа.

Для асинхронных двигателей (АД) изменение напряжения на 10% меняет пусковой, рабочий и максимальный момент, примерно, на 20% (табл. 1).

5

Таблица 1 Изменение параметров асинхронного электродвигателя при отклонении

напряжения от номинального значения

Кроме того, меняются скольжение, коэффициент полезного действия, ток статора и ротора и т.д. Срок службы изоляции двигателя при этом сокращается вдвое.

Увеличиваются активные и реактивные потери. Увеличение напряжения на 1% увеличивает потребляемую реактивную мощность на 3%. При установке АД в поточных линиях изменение напряжения сказывается на производительности и качестве из-за изменения скорости , вращения двигателя.

При сварочных работах ухудшается качество шва и растет расход реактивной энергии.