Файл: Актуальность и основные понятия дисциплины.pdf

Рис. 107. Принципиальная схема ИРМ с тиристорным управлением мощности конденсаторной батареи
Рис. 108. Регулировочная характеристика ИРМ со ступенчатым регулированием реактивной мощности
Размах колебаний реактивной мощности, потребляемой из сети, при наличии ИРМ составляет
ИРМ
H
Q
Q
Q






,
(103) где
H
Q

– размах потребления реактивной мощности нагрузки;
ИРМ
Q

– регулируемая мощность ступени ИРМ.
Q
VS1
VS2
VS3
КБ1
КБ2
КБ3
Q
0
U

U
Q
1
Q
1
+ Q
2
Q
1
+ Q
2
+ Q
3

Компенсация колебаний напряжения за счет ИРМ является эффективной только в том случае, если мощность включаемых и отключаемых ступеней конденсаторной батареи
ИРМ
Q

достаточно точно соответствует скачкам реактивной мощности нагрузки
H
Q

. Добиться полного совпадения
ИРМ
Q

и
H
Q

невозможно. Это объясняется тем, что реактивная мощность нагрузки изменяется хотя и быстро, но плавно. ИРМ может реагировать на эти изменения только дискретно (рис. 109). Колебания результирующей реактивной мощности


Q
при этом приобретают меньший размах, но большую частоту (рис. 109). При недостаточно высокой скорости переключения ступеней конденсаторной батареи использование ИРМ может, наоборот, способствовать увеличению колебаний напряжения в сети.
Рис. 109. Ступенчатая компенсация реактивной мощности нагрузки
Несмотря на эти особенности работы, с помощью источников реактивной мощности можно выйти на установленные ГОСТ 32144-2013
Q
Q
Н
Q
КБ
Q

= Q
Н
– Q
КБ
Q
3
Q
2
Q
1 0
t, c
t, c

нормы по качеству электроэнергии в сети. В частности снизить колебания напряжения в сети до требуемого уровня удается за счет правильного выбора:

мощностей ступеней конденсаторной батареи;

закона регулирования реактивной мощности конденсаторной батареи;

зоны нечувствительности регулятора управляющего устройства.
Плавно компенсировать размахи колебаний реактивной мощности нагрузки удается, если в состав ИРМ вводится реактор (Р), включаемый параллельно батарее конденсаторов (КБ) (рис. 110).
Рис. 110. Принципиальная схема ИРМ с плавным регулированием потребляемой реактивной мощности
Управление ИРМ ведется путем воздействия на реактор. Плавное изменение генерируемой мощности ИРМ обеспечивается за счет тиристорного регулирования мощности реактора
Р
Q
Реактор выбирается так, чтобы его реактивная мощность равнялась мощности конденсаторной батареи
КБ
Р
Q
Q

. Это дает возможность плавно варьировать
Р
КБ
ИРМ
Q
Q
Q



в интервале от нуля до
КБ
Q
VS
КБ
Р
Q
QF

За счет введения в схему ИРМ реактора с тиристорным управлением данное корректирующее средство приобретает важное положительное свойство – плавность регулирования генерируемой мощности
ИРМ
Q

. Это решение способствует улучшению качества электроэнергии в сети.
В то же время ИРМ с управляемым реактором проигрывает конденсаторной батарее со ступенчатым регулированием реактивной мощности из-за следующих недостатков:

увеличивается стоимость ИРМ;

ИРМ становится источником высших гармоник.
Для компенсации высших гармоник, генерируемых в этом случае ИРМ, применяются фильтры. Они создаются на основе конденсаторной батареи. В итоге достаточно эффективным средством для компенсации колебаний напряжения в сети являются фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ)
с конденсаторными батареями, управляемые тиристорами.
Выводы:
1. Основными способами снижения колебаний напряжения в сети являются уменьшение размаха изменения реактивной мощности нагрузки
H
Q

и компенсация индуктивного сопротивления сети
K
x
в точке присоединения искажающего электропотребителя.
2. Для борьбы с колебаниями напряжения в сети могут применяться такие технические средства, как сдвоенные реакторы, трансформаторы с расщепленными обмотками низкого напряжения, устройства продольной
ёмкостной компенсации параметров систем электроснабжения, источники реактивной мощности и фильтрокомпенсирующие устройства.

7.4. Защита от провалов напряжения
Цель лекции: получить представление о средствах защиты от провалов напряжения.
Задачи лекции:

ознакомиться с системами, восстанавливающими напряжение в сети;

ознакомиться с устройствами, обеспечивающими бесперебойное электроснабжение;

узнать о средствах индивидуальной защиты от провалов напряжения.
Напомним, что провалы напряжения представляют собой внезапное уменьшение напряжения в сети более чем на 10 % с последующим восстановлением.
К провалам напряжения в той или иной степени восприимчивы все электроприемники. Электронная техника, компьютеры и аппараты телекоммуникаций заметно реагируют на падение напряжения порядка 20–30
% по сравнению с номинальным значением длительностью 0,5–1 с.
Провалы напряжения возникают в процессе работы любой электрической сети. Они могут быть спровоцированы сильным ветром, ударом молнии в воздушную линию электропередачи, ошибочными или аварийными отключениями. Частота возникновения провалов напряжения зависит от состояния сетей, надежности работы средств защиты и автоматики, качества эксплуатации электрооборудования и атмосферных особенностей региона. При 100 грозовых часах в году на участке воздушной линии электропередачи длиной 100 км может происходить от 1 до 6 провалов напряжения.
Провал напряжения является случайным событием и может возникнуть в произвольном месте электрической сети. Глубина и длительность провала напряжения на зажимах конкретного электроприемника зависит:

от вида короткого замыкания;


удаленности электроприемника от точки короткого замыкания;

времени срабатывания защиты, которая отключает поврежденную линию.
Восстановление напряжения в сети осуществляется в первую очередь за счет работы системы автоматического повторного включения (АПВ). С помощью данного средства релейной защиты производится автоматическое включение отключившегося силового выключателя в сети. Автоматика срабатывает с выдержкой времени в несколько секунд (0,5…5 с), требуемой для самоликвидации кратковременной неисправности на линии электропередачи. Повторных включений может быть несколько (до восьми циклов). Результат работы АПВ может быть успешным и неуспешным.
Неуспешным является действие системы АПВ, когда защита вновь отключает линию. Это свидетельствует об устойчивом характере неисправности. Автоматическое восстановление питания от данного источника в этом случае невозможно.
При длительном провале, если действие АПВ не привело к успеху, восстановление напряжения у потребителей производится посредством срабатывания устройств автоматического ввода резервного питания
(АВР). С помощью АВР нагрузка переключается с основного источника напряжения, вышедшего из строя, на исправный, находящийся в резерве. Это возможно только в системах электроснабжении, где имеется не менее двух питающих вводов. Переключение должно выполняться за минимальное время. Работа АВР, в отличие от действия системы АПВ, является однократной.
В сетях, где исчезновение напряжения недопустимо, ставятся источники бесперебойного питания (ИБП). Чтобы устранить перебои в электроснабжении длительностью несколько десятков минут и более, устанавливаются мощные дизель-генераторные установки (ДГУ).

Электроприемники первой категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.
Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.
Электроприемники второй категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.
Электроприемники третьей категории – все остальные электроприемники, не подходящие под определения первой и второй категорий.
Источники бесперебойного питания и дизель-генераторные установки являются дорогостоящим оборудованием. Установка их должна быть обоснована. Обычно они применяются для питания электроприемников первой категории. Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ) по условиям надежности электроснабжения все электроприемники делятся на три категории (рис. 111). Как видно из приведенных здесь формулировок
(рис. 111), провалы напряжения не предусматриваются ни одной из установленных категорий.
Рис. 111. Категории электроприемников согласно ПУЭ
Современные сетевые средства защиты и автоматики не способны полностью исключить провалы напряжения. В некоторых технологических системах они недопустимы вовсе, так как могут создавать опасность для жизни и здоровья людей, способны приводить к значительному экономическому ущербу, потерям информации или нарушениям требований безопасности. Для таких электроприемников, как файл-серверы, средства связи и телекоммуникаций, системы безопасности, применяются
дополнительные
средства
защиты от исчезновения питания
индивидуального пользования.
Критические к потере питания объекты снабжаются системами
бесперебойного
электроснабжения
(СБЭ).
Это электроустановки,

обеспечивающие автономное питание электроприемников на случай нарушения электроснабжения от основных источников. Главным показателем СБЭ является время автономной работы. Оно должно быть достаточным для того, чтобы после исчезновения питания по схеме резервного электроснабжения успеть запустить дополнительный источник электроэнергии, например, дизель-генераторную установку, без потери информации или повреждения оборудования. Время работы СБЭ в автономном режиме зависит от емкости аккумуляторной батареи, входящей в структуру данной системы.
Основными элементами СБЭ являются источники бесперебойного питания (ИБП) разных конструкций и мощностей. Посредством именно этих устройств осуществляется электропитание защищаемого оборудования при провалах и прерываниях напряжения. Некоторые виды ИБП обеспечивают качество электроэнергии питаемой нагрузки при нормальном электроснабжении.
При выборе ИБП принимаются во внимание такие величины, как установленная мощность и избыточная мощность, на которые можно рассчитывать при отказе некоторых источников бесперебойного питания, имеющихся в составе СБЭ. Установленная мощность определяется мощностью нагрузки и степенью избыточного резервирования. Часто избыточное резервирование достигает 100 %. Это наиболее затратный вариант СБЭ. В структуре электроустановки имеются один рабочий и один резервный ИБП. Более экономичными являются модификации, когда резервируется только часть мощности ИБП. В этом случае на несколько рабочих источников приходится, например, один резервный. Система бесперебойного электроснабжения может быть без избыточного резервирования вовсе. Такие схемы используются значительно реже, так как являются менее надежными.
Источник бесперебойного питания в большинстве случаев представляет собой статическое устройство, в составе которого имеется

аккумуляторная батарея. Резервирование электроснабжения посредством
ИБП осуществляется за счет энергии, накопленной в аккумуляторе. Бывают
ИБП на базе вращающихся машин. Для накопления энергии в этом случае используются маховики.
Источники бесперебойного питания (ИБП) по мощности можно разделить на три класса:
1) ИБП малой мощности – S = 0,25…3 кB

A. Они получают питание от электрической сети через штепсельные розетки и подключаются непосредственно к защищаемому оборудованию. По типу исполнения бывают настольные, напольные и устанавливаемые в стойку;
2) ИБП

средней мощности – S = 3…40 кB

A. Присоединяются к питающей сети кабелем от распределительного щита через защитно- коммутационный аппарат. Для соединения с защищаемым оборудованием предназначается встроенный блок розеток. По типу установки бывают напольные и монтируемые в стойку. Располагаются данные ИБП в специальных электромашинных помещениях;
3) ИБП большой мощности – S = 10…800 кB

A. Мощные источники бесперебойного питания подключаются к распределительному щиту питающей сети через защитно-коммутационные аппараты с помощью кабеля.
Для присоединения защищаемого электрооборудования предусмотрена выделенная групповая розеточная сеть. Исполнение – напольное.
Размещение – в специальных электромашинных помещениях.
По принципу действия ИБП можно поделить на два основных типа:
1) с принципом действия
«off-line».
При нормальном электроснабжении данные ИБП не работают. Нагрузка получает питание от основной электрической сети, минуя ИБП. При нарушении основного электроснабжения за 4…12 мс нагрузка переключается на внутреннюю резервную схему питания от ИБП. Этого времени хватает для перевода практически всех электроприемников с импульсными блоками питания на

автономное электроснабжение от дополнительного источника электричества без нарушения функционирования;
2) с принципом действия «on-line». ИБП данного типа постоянно работают на нагрузку. Они предназначаются не только для исключения провалов и прерываний напряжения, но и для обеспечения качества электроэнергии и фильтрации помех, приходящих из сети.
В целом источники бесперебойного питания могут изготавливаться по упрощенным и более совершенным схемам. В первом случае формируемое на их выходе напряжение имеет прямоугольную форму с бестоковыми паузами (рис. 112, а). При использовании управляемых элементов и более сложных вариантов схем выходное ступенчатое напряжение может быть аппроксимировано синусоидой (рис. 112, б). Для обеспечения бесперебойной работы импульсных блоков питания пригодны оба варианта схем ИБП.
3) источники бесперебойного питания с режимом работы «line-
interactive», составляющие отдельную группу. Они так же, как и устройства, функционирующие по принципу «off-line», работают на нагрузку только при возникновении проблем с электроснабжением. Время переключения line- interactive-источников на аккумуляторную батарею составляет 2…4 мс.
Главной особенностью таких ИБП является то, что в их структуре имеется устройство ступенчатой стабилизации напряжения – бустер. За счет бустера на выходе источника, работающего по принципу «line-interactive», формируется напряжение синусоидальной формы (рис. 112, в). Такая форма напряжения характеризуется низким уровнем высших гармоник с
U
K
< 3 %.
В паспортных сведениях данных средств указывается форма выходного напряжения инвертора и значение суммарного коэффициента несинусоидальности напряжения
U
K
. Благодаря хорошему качеству выходного напряжения источники с бустером могут применяться для питания не только импульсных блоков питания, но и других видов нагрузок, например, электродвигателей.