Влияние нелинейных электропотребителей на условия эксплуатации условия эксплуатации электроустановок 0.4 кВ

Линейные нагрузки асинхроные электродвигатели нагревательные элементы лампы накаливания и т.п.

Преобразовательная техника Электродвигатели с частотным регулированием Системы возбуждения СД Источники бесперебойного питания Газоразрядные лампы Офисная техника Персональные компьютеры Файл-серверы Мониторы Лазерные принтеры Копировальная техника и т.п. Бытовая техника Кондиционеры Телевизоры Видеомагнитофоны микроволновые печи и т.п. Нелинейные нагрузки

Тенденция роста нелинейных нагрузок в США

Импульсный источник питания Спектральный состав тока Питающее напряжение и потребляемый ток

Характеристики несинусоидальности %100 )1( 2 2 )( U U K N n n U

Примеры нелинейных нагрузок Спектральный состав тока

Последствия гармоник для электроустановок 0.4 кВ 1. Перегрев и разрушение нулевых рабочих проводников кабельных линий 2. Дополнительные потери в силовых трансформаторах 3. Ложное срабатывание предохранителей и автоматических выключателей 4. Повышеный износ, вспучивание и преждевременое разрушение конденсаторов установок компенсации реактивной мощности 5. Ускореное старение изоляции проводов и кабелей 6. Несинусоидальность питающего напряжения 9. Резонансные явления в электроустановках 0.4 кВ 7. Сбои в работе и физический выход из строя компьютерного оборудования 8. Преждевременых выход из строя электродвигателей 10. Снижение коэффициента мощности электроустановок

Последствия гармоник для электроустановок 0.4 кВ 1. Перегрев и разрушение нулевых рабочих проводников кабельных линий При условии равенства нагрузок по фазам

Последствия гармоник для электроустановок 0.4 кВ Перегрев и разрушение нулевых рабочих проводников кабельных линий В соответствии с требованиями 6-го издания ПУЭ п нулевой рабочий проводник не защищен от перегрева автоматическими выключателями либо предохранителями. Системы электроснабжения проектировались под линейную нагрузку, т.е. потребляемый электроприемниками ток в своем гармоническом составе содержал лишь основную гармонику (50 Гц). Следовательно, ток в нулевом рабочем проводнике не мог превосходить ток в наиболее нагруженой фазе, и защита, установленая на фазных проводниках, одновремено защищала и нулевой рабочий проводник от перегрева. В процессе эксплуатации неравномерность распределения токов по фазам должна быть не более 10% (п.6.6. табл.6. Приложение 1, ПЭЭП), поэтому при определении длительно допустимых токов по условиям нагрева проводов и кабелей, нулевой рабочий проводник четырехпроводной системы трехфазного тока, а также заземляющие и нулевые защитные проводники в расчет не принимаются (п ПУЭ), поскольку ток в этих проводниках при наличии линейных электропотребителей существено меньше токов в фазных проводниках. В случае нелинейных электропотребителей токи в нулевых рабочих проводниках превышают фазные (в пределе в 1.73 раза), поэтому значения длительно допустимых токов, приведеных в табл в случае нелинейных электропотребителей должны быть снижены. ВНИМАНИЕ!!!

Последствия гармоник для электроустановок 0.4 кВ 2. Дополнительные потери в силовых трансформаторах Протекание по обмоткам трансформатора несинусоидальных токов, вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости, приводит к увеличению активного сопротивления обмоток трансформатора и, как следствие, к дополнительному нагреву и уменьшению срока его службы. Кроме того, высокочастотные гармоники тока являются причиной появления вихревых токов в обмотках трансформатора, что также вызывает дополнительные потери мощности и перегрев трансформатора.

Последствия гармоник для электроустановок 0.4 кВ 3. Ложное срабатывание предохранителей и автоматических выключателей Происходит из-за внутренего дополнительного нагрева, за счет явлений поверхностного эффекта и эффекта близости.

Последствия гармоник для электроустановок 0.4 кВ 4. Повышеный износ, вспучивание и преждевременое разрушение конденсаторов установок компенсации реактивной мощности Происходит из-за увеличения тока через конденсаторные батареи на повышеных частотах и резонанса токов на частоте одной или нескольких гармоник.

Последствия гармоник для электроустановок 0.4 кВ 5. Ускореное старение изоляции проводов и кабелей Старение изоляции проводников и кабелей обусловлено протеканием несинусоидального тока приводящего к повышеному нагреву вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости.

Последствия гармоник для электроустановок 0.4 кВ 6. Несинусоидальность питающего напряжения Напряжение в конце кабеля Напряжение в начале кабеля Спектральный состав

Последствия гармоник для электроустановок 0.4 кВ 7. Сбои в работе и физический выход из строя компьютерного оборудования В результате наличия несинусоидальных токов, потребляемых электроным оборудованием, возникает искажение формы питающего напряжения. Это в свою очередь приводит к снижению уровня выпрямленого напряжения, увеличению тепловыделения в элементах импульсного источника питания, снижению устойчивости к кратковременым провалам напряжения. Так, снижение амплитуды входного напряжения на 10% вызовет увеличение тока на 11%, а тепловых потерь - на 23%.

Последствия гармоник для электроустановок 0.4 кВ 8. Преждевременый выход из строя электродвигателей При снижении напряжения потребляемый электродвигателем ток возрастает, что вызывает перегрев изоляции и уменьшение срока службы двигателя. Несинусоидальность питающего напряжения также приводит к ускореному старению изоляции и дополнительным потерям мощности. «Высокий уровень гармонических искажений питающего напряжения может вызвать серьезный перегрев мотора с последующим отключением, чрезмерный акустический шум и вибрации, повреждения подшипников (срок службы которых может снизиться до 10% от номинального) и нарушения креплений из-за высокого уровня вибрации». Т. Уилльямс, К. Армстронг. ЭМС для систем и установок – М: Издательский Дом «Технологии», 2004 г.-508 с.

Параллельный резонанс Резонанс на частоте 550 Гц IcIc I L тр-ра U н тр-ра

Резонанс отсутствует IcIc I Lтр-ра U н тр-ра

Сравнительный спектральный состав напряжений

Сравнительный спектральный анализ токов на шинах НН трансформатора в зависимости от режимов работы УКРМ

Эквивалентная тепловая нагрузка трансформатора

Анализ и моделирование режимов работы электроустановок 0.4 кВ при эксплуатации нелинейных электропотребителей 1. Проведение аппаратурно- 1. Проведение аппаратурно- компьютерной диагностики компьютерной диагностики 2. Компьютерное моделирование 2. Компьютерное моделирование условий работы условий работы

Аппаратурно-компьютерная диагностика системы электроснабжения здания 1. Напряжение фаз А, В, С, (действующее и максимальные значения) 2. Коэффициент искажения синусоидальности (Кu) напряжения фаз А, В, С 3. Значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения (Ku(n)) фаз А, В, С 4. Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности (K 0U ) 5. Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности (K 2U ) 6. Ток фаз А, В, С и нулевого рабочего проводника (действующее значение) 7. Коэффициент искажения синусоидальности (Кi) тока фаз А, В, С и нулевого рабочего проводника 8. Значение коэффициента n-ой гармонической составляющей тока (Ki(n)) фаз А, В, С и нулевого рабочего проводника 9. Полная, активная и эквивалентная реактивная мощности по фазам A, В, С 10. Полная, активная и эквивалентная реактивная мощности по фидеру 11. Коэффициент мощности по фазам А, В, С Разработаный комплекс по мониторингу показателей качества электрической энергии и потребляемых токов позволяет анализировать следующие параметры:

Аппаратурно-компьютерная диагностика системы электроснабжения 1. Осуществлять запись и анализ переходных процессов с максимальной частотой дискретизации сигнала 400 к Гц 2. Выполнять НЧ, ВЧ и полосовую цифровую фильтрацию сигналов 3. Исследовать нецелочисленые гармоники тока (интергармоники) в диапазоне частот Гц 4. Определять усредненые за заданый интервал времени осциллограммы токов и напряжений 5. Находить в записаных осциллограммах токов и напряжений сигналы с «выбросами» и «особеностями» (вейвлет - анализ осциллограмм) Комплекс также позволяет

Аппаратурно-компьютерная диагностика системы электроснабжения На основании результатов измерений формируется выходной отчет, содержащий: 1. Графики изменения напряжений и токов за время проведения мониторинга 2. Сводную таблицу статистических характеристик напряжений 3. Таблицы со статистическими характеристиками n-ой гармонической составляющей напряжения (по каждой фазе) 4. Сводную таблицу статистических характеристик фазных токов и тока в нулевом рабочем проводнике 5. Таблицы со статистическими характеристиками n-ой гармонической составляющей токов 6. Другие необходимые даные

Моделирование схемы осуществляется с помощью встроеных средств программирования исходных параметров Обширные возможности программы позволяют рассчитывать токи и напряжения в сети и проводить их гармонический анализ Компьютерное моделирование условий работы системы электроснабжения условий работы системы электроснабжения

Специальный графический редактор, обрабатывает импортированые из программы даные и имеет возможность строить множество графиков, описывающих исследуемые параметры (напряжение, ток и т.п.). Кроме того, имеется возможность отображать в табличном виде различные характеристики построеных кривых. Например: - мин., макс. и среднее значения; - коэффициент несинусоидальности; - коэффициент n-ой гармонической кривой тока и напряжения; - значение каждой гармоники в отдельности (абсолютное или относительное значения). - и т.д.

Большой набор встроеных функций позволяет производить анализ переходных процессов, анализ частотных характеристик, а также расчет передаточных функций по постояному току. Графические возможности программы позволяют в наглядном виде отображать результаты расчетов. Кроме того, имеется возможность экспортировать полученую информацию в текстовые или графические файлы. Таким образом, программа является гибким и в тоже время довольно мощным средством расчета и анализа режимов работы электрических систем любого уровня. Мощная схемотехническая программа позволяет моделировать работу сложных схем, а также имеет обширные возможности по импорту и экспорту исходных и расчетных даных в другие программы.

ВНИМАНИЕ! Работники одного из обследуемых зданий жаловались на «дрожание» изображения мониторов компьютеров и вследствие этого на быструю утомляемость и плохое самочувствие. Плотность потока индукции магнитного поля на рабочих местах пользователей ПК составляла более 5 мк Тл (при норме Сан ПиН 2.2.2/ ,25 мк Тл). Источником магнитных полей промышленой частоты является кабельная линия с током утечки более 109 А (амплитудное значение). При устранении тока утечки по этой кабельной линии ток по нулевому рабочему проводнику возрастет до 168 А (амплитудное значение), что, с учетом сечения жил даного кабеля может привести к его перегреву и возгоранию.

Ток в нулевом рабочем проводнике до устранения тока утечки по кабельной линии. Амплитудное значение тока 109,7 А. ВНИМАНИЕ!

Ожидаемый ток в нулевом рабочем проводнике после устранения тока утечки по кабельной линии. Амплитудное значение тока 168 А. ВНИМАНИЕ!

При устранении тока утечки по кабельной линии возможно резкое увеличение тока в нулевом рабочем проводнике. Следовательно, с большой долей вероятности можно ожидать, что не рассчитаный на подобные токовые нагрузки кабель будет перегреваться, вплоть до возгорания. РЕШЕНИЯ: Во-первых, необходимо провести полномасштабное обследование системы электроснабжения здания, выяснить характер электрических нагрузок, пригодность существующих сетей к их эксплуатации и перспективу роста числа подобных электропотребителей. Во-вторых, определить целесообразность применения тех или иных специальных технических средств для ограничения или компенсации уровня гармоник. ВНИМАНИЕ!

End СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ