Показатели качества электрической энергии

Качество эл. энергии оцениваются по технико-экономическим показателями, которые учитывают технологический и электромагнитный ущерб, причиняемый народному хозяйству. Технологический ущерб – порча и ухудшение качества продукции, расстройство технологического процесса, снижение производительности труда и производительности механизмов. Электромагнитный ущерб – увеличение потерь эл. энергии, повреждение эл. оборудования, нарушение работы автоматики, телемеханики, связи.

Показатели качества эл. энергии (ПКЭ) разделяются на основные и дополнительные. К основным ПКЭ относят: 1. отклонение напряжения; 2. размах изменения напряжения; 3. доза колебаний напряжения; 4. коэффициент несинусоидальности кривой напряжения; 5. коэффициент гармонической составляющей; 6. коэффициент обратной последовательности напряжения; 7. коэффициент нулевой последовательности напряжения; 8. длительность провала напряжения; 9. импульсное напряжение; 10. отклонение частоты. К дополнительным ПКЭ относятся: 1. коэффициент амплитудной модуляции; 2. коэффициент небаланса фазных и межфазных напряжений.

F - частота изменения напряжения; - интервал времени между размахами.

Отклонение частоты. Отклонение частоты это разность между действительным и номинальным значением частоты: (Гц), На поддержание нормальной частоты в питающей сети персонал промышленного предприятия не может влиять. Частота влияет на производительность электропривода. В ПАР электрической сети допускается отклонение частоты от +0,5 до –1 Гц общей продолжительностью не более 90 ч в год. Отклонение напряжения – это разность между действительным и номинальным значениями напряжения. (В,кВ) (%). %

При изменении напряжения сети по сравнению с номинальным напряжением активная мощность на валу АД остается практически постоянной, однако изменяются потери Р в нем, что может вызвать перерасход или получить экономию эл. энергии. Реактивная мощность двигателя при этом существенно меняется. Для приближенных расчетов можно принять, что для двигателей единой серии А мощностью кВТ повышение напряжения на 1% приводит к росту реактивной мощности на 3%, а для двигателей меньшей мощности на 5-7%.

Изменение частоты вращения может приводить к недоотпуску продукции или снижению качества продукции (при повышении напряжения). Значительное влияние оказывает отклонение напряжения на протекание электротермических процессов. Отрицательное отклонение напряжения на зажимах неавтоматизированных электрических печей приводит к снижению их мощности и изменению продолжительности технологического процесса. Так при снижении напряжения на 8-10% для печей сопротивления и индукционных печей во многих случаях технологический процесс нельзя довести до конца. Отклонение напряжения оказывает также влияние на электрическую сварку. Так снижение напряжения ухудшает качество сварных швов. Цикл времени сварки при уменьшении напряжения на 10% удлиняется примерно на 20% (для прогрева швов). Повышение напряжения приводит к увеличению Q сварочного агрегата, причем на х.х. при изменении напряжения с 200 до 220В каждому % повышения напряжения соответствует увеличение реактивной нагрузки примерно на 5%, в то время как при нагрузке это повышение составляет около 2,5%.

Отклонение напряжения также существенно влияет на работу осветительных установок. От подведенного напряжения зависят световой поток, освещенность, срок службы, потребляемая мощность и КПД осветительных ЭП. Так например для ламп накаливания повышение напряжения на 1% сверх номинального вызывает увеличение потребляемой мощности примерно на 1,5%, светового потока на 3,7% и сокращение срока службы на 14%. При увеличении напряжения на 3% срок службы уменьшается на 30%, при увеличении напряжения на 5% срок службы уменьшается в 2 раза. Срок службы люминесцентных ламп при повышении напряжения на 10% уменьшается на 20-30%. Уменьшение напряжения увеличивает срок службы ламп накаливания, уменьшая мощность потребляемую лампой. Однако уменьшение тока и светового потока отрицательно отражается на освещенности. При снижении напряжения на 20% и долее у газоразрядных ламп зажигание становится невозможным.

В общем случае для обеспечения требуемого режима напряжения у ЭП могут использоваться следующие способы: регулирование напряжения на шинах ЦП; изменение сопротивления элементов сети; изменение реактивной мощности, проходящей в сети; изменение коэффициентов трансформации. Применение этих способов требует специальных технических средств. К основным средствам регулирования напряжения следует отнести: трансформаторы с РПН; линейные регуляторы; управляемые БСК; СД, снабженные автоматическими регуляторами возбуждения. Кроме того, могут использоваться и неавтоматизированные средства, например неуправляемые БСК, СД без автоматического регулирования возбуждения.

Допустимые колебания напряжения определяются по кривым в зависимости от частоты их повторения или интервала между последними изменениями. Колебания напряжения отрицательно сказывается на работе осветительных приемников. Они приводят к миганиям ламп, т.е. к резким изменениям светового потока, которые при превышении порога раздражительности могут отражаться на зрительном восприятии людей. При этом появляется повышенная утомляемость, снижается производительность труда, увеличивается вероятность травматизма. Наиболее неприятный психологический эффект, утомление зрения вызывает мигание света с частотой 3-10Гц, поэтому допустимые колебания напряжения в этом диапазоне минимальны.

Колебания напряжения вызывают ЭП с резкопеременной ударной нагрузкой. Для снижения или устранения влияния разно переменных нагрузок, создаваемых мощными электропечами, крупными двигателями, вентильными преобразователями и т.д. При проектировании СЭС необходимо предусмотреть следующие мероприятия: а) выделение питания крупных ЭП с резкопеременной нагрузкой на самостоятельные линии, которые идут непосредственно от ИП (ГПП, ТЭЦ, и др.) минуя цеховые подстанции. б) ограничение токов пуска и самозапуска двигателей. в) применение автоматического регулирования возбуждения СД работающих в режиме перевозбуждения для уменьшения набросов Q. г) применение (в виде исключения) параллельной работы питающих линий и трансформаторов на ГПП. д) применение продольной компенсации. е) выделение на отдельные линии или отдельные трансформаторы освещения. ж) присоединение ударных и спокойных нагрузок и спокойных нагрузок на разные плечи сдвоенных реакторов или разные обмотки трансформаторов с расщепленными обмотками.

Несимметрия напряжения. Несимметрия напряжения и токов трехфазной системы является одним из важнейших показателей качества эл. энергии. Причиной появления несимметрии напряжения и токов являются различные несимметричные режимы СЭС. Широкое применение различных однофазных электроустановок значительной мощности (до 10МВт) и трехфазных дуговых печей также привело к значительному увеличению доли несимметричных нагрузок на промышленных предприятиях. Примеры несимметричных нагрузок: индукционные и дуговые эл. печи; тяговые нагрузки ж/д переменного тока; электросварочные агрегаты; освещение.

В СЭС различают кратковременные (аварийные) и длительные (эксплуатационные) несимметричные режимы. Кратковременные несимметричные режимы обычно связаны с различными аварийными процессами, например, несимметричное к.з., обрыв одного или двух проводов ВЛ с замыканием на землю, отключение одной фазы при однофазном АПВ и т.п. Длительные несимметричные режимы обычно обусловлены наличием несимметрии в элементах электрических сетей (продольная несимметрия) или при подключении к СЭС несимметричных (одно-, двух-, трехфазных) нагрузок (поперечная несимметрия). Несимметрия междуфазных напряжений вызывается наличием составляющих обратной последовательности, а несимметрия фазных еще и наличием составляющих нулевой последовательности.

Несимметрия характеризуется двумя коэффициентами: а) коэффициент обратной последовательности: - напряжение обратной последовательности основной частоты. Несимметрия напряжения в СЭС оказывает значительное влияние на работу отдельных элементов сети и ЭП. б) коэффициентов нулевой последовательности:

Синхронные машины. При несимметрии токов и напряжений, обусловленной несимметричной нагрузкой в статорах СГ проходят токи прямой, обратной и нулевой последовательности. Токи прямой последовательности создают магнитное поле, вращающееся синхронно с ротором, а обратной – магнитное поле, вращающееся с второй синхронной скоростью в направлении, обратном направлению вращения ротора. Магнитное поле токов обратной последовательности индуктирует в массивных металлических частях ротора значительные вихревые токи создающие дополнительный, пульсирующий с двойной частотой электромагнитный момент. Вихревые токи вызывают повышенный нагрев ротора, а пульсирующий момент – вибрацию вибрирующих частей машины.

Для симметрирования активной нагрузки

Для симметрирования индуктивной нагрузки