Файл: Актуальность и основные понятия дисциплины.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 08.11.2023

Просмотров: 293

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Выводы:
1.
Использование расчетно-инструментальной методики при определении закона централизованного регулирования напряжения является

U
ЦП
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
S
S
max
S
min

U

ЦПmax

U

ЦПmin

U

ЦПmin

U

ЦПmax

d
max

d
min
более достоверным методом, гарантирующим обеспечение показателей качества электроэнергии на шинах всех потребителей сети.
2. Верхняя граница диапазона регулирования напряжения в центре питания определяется по допустимому отклонению напряжения ближайшего к нему потребителя.
3. Нижняя граница диапазона регулирования напряжения в центре питания определяется по допустимому отклонению напряжения наиболее удаленного от него потребителя.
4. Закон регулирования напряжения в центре питания представляет собой зону допустимых отклонений напряжения в зависимости от режима нагрузки сети.

7. СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДРУГИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
7.1. Способы и средства симметрирования напряжения
Цель лекции: получить представление о технических решениях, позволяющих снизить несимметрию напряжения в трехфазных системах.
Задачи лекции:

узнать, каким образом можно оценить несимметрию напряжения в сети;

получить представление о способах снижения несимметрии напряжения;

получить представления об устройстве и работе средств симметрирования напряжения в сети.
7.1.1. Оценка несимметрии напряжения в сети
В идеале система напряжений в трехфазных сетях должна быть симметричной. Это значит, что должны быть одинаковыми:

амплитуды синусоид фазных и линейных (междуфазных) напряжений;

углы сдвига фаз между синусоидами фазных и линейных
(междуфазных) напряжений.
В реальности функционирование фаз трехфазной сети является различным. В процессе потребления и транспортировки электроэнергии меняются фазовые сдвиги и (или) амплитуды отдельных фаз сетевого напряжения. В результате режим работы трехфазной сети становится несимметричным.
Несимметричные режимы работы системы электроснабжения могут быть кратковременными и длительными. Кратковременная несимметрия порождается аварийными явлениями в сети. Длительная вызывается несимметричной нагрузкой или несимметрией в элементах электрической сети.


Несимметрия по отношению к токам линейных проводов сети бывает продольной и поперечной. Если несимметричный режим вызван фазными отключениями линий и трансформаторов, то это продольная несимметрия.
Несимметрия, возникающая из-за подключения разной нагрузки по фазам,
является поперечной.
Несимметрия напряжений, как отмечалось ранее (п. 2.5), негативно влияет на работу энергосистемы в целом и отдельных электроприемников в частности.
Поэтому степень несимметрии сетевого напряжения ограничивается требованиями ГОСТ 32144-2013 и контролируется при проведении большинства видов контроля качества электроэнергии.
Для оценки несимметричных режимов работы сети, как известно, используются коэффициенты несимметрии напряжения по обратной
U
K
2
и по нулевой
U
K
0
последовательности. Нормально допустимый уровень несимметрии сетевого напряжения ограничивается значениями коэффициентов
U
K
2
и
U
K
0
на уровне 2 %. Предел составляет 4 %. При больших значениях этих коэффициентов воздействие несимметрии на характеристики работающего электрооборудования становится недопустимым.
Оценить несимметрию, которая может возникнуть при подключении однофазной нагрузки к данной точке питающей сети, можно приблизительно с помощью формулы
%
100


КЗ
О
U
S
S
K
,
(87) где
О
S
– эквивалентная однофазная нагрузка, кВ

А;
КЗ
S
– мощность короткого замыкания в рассматриваемой точке питающей сети, кВ

А.
Очевидно, что коэффициенты несимметрии напряжения будут иметь меньшее значение при подключении однофазной нагрузки к участку сети с большей мощностью короткого замыкания.

Считается, что коэффициенты несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательностям находятся в допустимых пределах при выполнении условия
50
КЗ
О
S
S

(88)
7.1.2. Способы симметрирования напряжения
Энергосистемы должны обеспечивать симметрию сетевого напряжения. Уменьшить несимметрию позволяют следующие технические решения:

подключение несимметричных нагрузок к участкам сети с большей мощностью короткого замыкания
КЗ
S
;

выделение мощных несимметричных нагрузок на отдельные трансформаторы;

равномерное распределение нагрузок по всем трем фазам.
Несмотря на равномерное пофазное распределение нагрузки получить несимметрию сетевого напряжения в допустимых пределах не всегда удается. Это объясняется спецификой работы некоторых мощных однофазных электроприемников. Примером являются электротермические установки, которые в силу особенностей технологического процесса и условий эксплуатации функционируют периодически.
При превышении коэффициентами несимметрии напряжения по обратной
U
K
2
или по нулевой
U
K
0
последовательностям уровня 2…4 % проводится ограничение несимметрии сетевого напряжения. Если все отмеченные выше возможности не дают нужного результата, то симметрирование ведется с помощью специальных схемных решений или за счет применения симметрирующих устройств.
7.1.3. Снижение несимметрии с помощью дополнительных
симметрирующих устройств
Сущность симметрирования напряжения заключается в том, что параллельно нагрузке (на те же шины) ставится дополнительное устройство


(рис. 96), которое компенсирует ток либо обратной, либо нулевой последовательности. Ток симметрирующего устройства должен быть равен по величине и направлен встречно току, создаваемому нагрузкой. С этой целью с помощью емкостных, индуктивных, резистивных элементов или их комбинаций создается такой фазовый сдвиг, что ток симметрирующего устройства находится в противофазе с током нагрузки.
Рис. 96. Подключение симметрирующего устройства
Поскольку в состав симметрирующих устройств обычно входят емкостные и индуктивные элементы, то с их помощью могут решаться две задачи:

симметрировать нагрузку;

компенсировать реактивную мощность.
Элементы симметрирующего устройства выбираются из условий полной компенсации реактивной мощности нагрузки:
H

Q
Q

,
(89) где

Q
– реактивная мощность симметрирующего устройства,
H
Q
– реактивная мощность нагрузки.
При симметрировании линейных напряжений трехфазной сети компенсируется обратная последовательность напряжения за счет сведения к нулю тока обратной последовательности, потребляемого однофазной
СУ
Нагрузка
нагрузкой. Компенсация тока обратной последовательности осуществляется с помощью конденсаторной батареи
C
и дросселя L.
Схемы симметрирующих устройств весьма разнообразны. Одним из характерных примеров является схема Штейнметца (рис. 97). Она применяется в случаях, когда мощные однофазные электроприемники с коэффициентом мощности, близким к единице (
1
cos


), имеют практически неизменный график нагрузки. В частности схема Штейнметца является достаточно эффективной для симметрирования напряжения в сетях с работающими печами сопротивления или дуговыми печами косвенного действия. Эти однофазные электротехнологические установки представляют собой спокойную мощную активную нагрузку. Конденсаторная батарея
C
и дроссель L для устройства, компенсирующего активную нагрузку, выбираются в соответствии с активной мощностью однофазной нагрузки
O
P
:
3
O
L
С
P
Q
Q


(90)
Рис. 97. Схема симметрирования однофазной нагрузки Штейнметца
При активно-индуктивном характере однофазной нагрузки параллельно ей устанавливается второй ёмкостный элемент. В этом случае формулу (90) для определения мощности симметрирующих устройств применять нельзя.
А
В
С
z
H
I
H
I
L
I
C
I
А
I
В
I
С
С
L


В зависимости от характера нагрузки симметрирующие устройства могут быть управляемыми и неуправляемыми. В большинстве случаев и те и другие изготавливаются по схеме Штейнметца. Различие заключается в том, что в управляемых симметрирующих устройствах мощность конденсаторной батареи изменяется отключением части секций включенных параллельно конденсаторов, а мощность индуктивного элемента – переключением отпаек одного мощного дросселя или отключением отдельных дросселей, входящих в состав более мощного элемента.
Для симметрирования двух- и трехфазных несимметричных нагрузок реактивного характера (с низким

cos
) применяются трехфазные несимметричные батареи конденсаторов (рис. 98). Мощность конденсаторов в каждой фазе может быть разной:
CA
BC
AB
C
C
C
Q
Q
Q


Рис. 98. Схема симметрирования несимметричной трехфазной нагрузки посредством несимметричной батареи конденсаторов
Посредством конденсаторных батарей компенсируется только реактивная составляющая тока обратной последовательности. На активную составляющую влияние не оказывается.
7.1.4. Пример выбора симметрирующего устройства
А
B
C
C
BC
C
AB
C
AC

Исходные данные. В распределительную сеть завода классом напряжения 6 кВ включается однофазная электрическая печь мощностью
O
S
= 5 500 кВ

А,

cos
= 0,92. Мощность короткого замыкания сети составляет
КЗ
S
= 140 МВ

А.
Задание: оценить несимметрию напряжения и в случае необходимости определить реактивную мощность симметрирующего устройства.
Решение
Оценим коэффициент несимметрии напряжения по (87):
%
100


КЗ
О
U
S
S
K
=
%
100 10 140 5500 3


= 3,93 %.
Коэффициент несимметрии напряжения превышает нормально допустимое значение 2 % от U
nom
. Следовательно, требуется установка дополнительного симметрирующего устройства.
Активная мощность однофазной нагрузки:

cos


О
О
S
P
= 5 500

0,92 = 5 060 кВт.
Реактивная мощность однофазной нагрузки:
2 2
2 2
5060 5500




O
O
О
P
S
Q
= 2 156 квар.
Элементы симметрирующего устройства (конденсаторы и дроссель) выбираются из условий полной компенсации реактивной мощности нагрузки
(по 89):
H
СУ
Q
Q

=
О
Q
= 2156 квар.
7.1.5. Снижение несимметрии с помощью
выбора схемы
соединения обмоток трансформаторов
Применение симметрирующих устройств является весьма затратным мероприятием, поскольку требует не только дополнительных капиталовложений, но излишних эксплуатационных затрат. Альтернативным решением для низковольтных сетей может быть применение вместо силового трансформатора со схемой соединения обмоток «звезда – звезда с нулем»


(Y/Y
0
) и дополнительного симметрирующего устройства силового трансформатора со схемой обмоток «звезда – зигзаг с нулем» (Y/Z
0
).
В схемах четырехпроводных сетей низкого напряжения в принципе могут применяться силовые трансформаторы, обмотки которых соединены по схемам:

«звезда – звезда с нулем» (Y/Y
0
);

«звезда – зигзаг с нулем» (Y/Z
0
);

«треугольник – звезда с нулем» (

/Y
0
).
Наиболее простыми по конструкции и наименее затратными по расходу материалов являются трансформаторы со схемой обмоток Y/Y
0
Недостатком является повышенное сопротивление нулевой последовательности. Это влечет за собой увеличение коэффициента несимметрии напряжения нулевой последовательности
U
K
0
и снижение величины тока короткого замыкания. При однофазных коротких замыканиях в сетях с трансформаторами, включенными по схеме Y/Y
0
, ток короткого замыкания превышает номинальное значение
nom
I
примерно в 3,6…5,3 раза, что является недостаточным для срабатывания защит и выгорания плавких вставок предохранителей. Поэтому трансформаторы со схемами обмоток Y/Y
0 не находят широкого применения в сетях до 1 кВ.
В сетях низкого напряжения более предпочтительной является схема обмоток (

/Y
0
), при применении которой снижается величина
U
K
0
, а ток однофазного короткого замыкания растет до уровня
nom
I
17

, что повышает надежность работы защитных устройств. При мощностях 400 кВ

А и выше рекомендуется применять трансформаторы с данной схемой обмоток.
Лучшими показателями с рассматриваемой точки зрения обладают трансформаторы со схемой обмоток Y/Z
0
. За счет разделения вторичных обмоток на две части и их размещения на соседних стержнях из-за явления взаимоиндукции при схеме встречного зигзага удается снизить сопротивление нулевой последовательности и величину
U
K
0
почти до
нулевого уровня. Ток однофазного короткого замыкания увеличивается при этом до
nom
I
27

. Схему «звезда – зигзаг с нулем» рекомендуется применять в сетях до 1 кВ при мощностях трансформаторов не выше 250 кВ

А.
7.1.6. Снижение несимметрии с помощью многофункциональных
фильтросимметрирующих устройств
В случаях, когда нагрузка имеет резкопеременный характер и несимметрия меняется по фазам, рассмотренные выше решения не позволяют осуществить симметрирование напряжения. Это характерно для особо мощных электроприемников, какими являются дуговые и рудотермические печи, сварочные установки или железнодорожный транспорт переменного тока. Проблема нормализации качества электроэнергии в сетях потребителей, имеющих подобные электроприемники, решается за счет использования многофункциональных фильтросимметрирующих устройств (ФСУ).
Многофункциональные фильтросимметрирующие устройства (рис.
99) применяются для одновременного повышения качества электроэнергии и компенсации реактивной мощности. Это статические устройства, не содержащие вращающихся частей, поэтому они имеют некоторые преимущества по сравнению с другими компенсирующими устройствами, например, с синхронными компенсаторами. Комплектующими элементами
ФСУ являются:

статические тиристорные компенсаторы;

тиристорные ключи;

линейные реакторы;

регулируемые батареи конденсаторов.