Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
docx

Студенческий документ № 086111 из ЭЭИ

Качество электрической энергии

Общие положения

Повышению качества электроэнергии уделяют большое внимание, так как качество электроэнергии может существенно влиять на расход электроэнергии, надежность систем электроснабжения (СЭС), технологический процесс производства.

Электроэнергия, как особый вид продукции, обладает определёнными показателями, позволяющими судить о её пригодности в различных производственных процессах.

Совокупности показателей свойств электроэнергии, численно характеризующих напряжение в СЭС по частоте, действующему значению, форме кривой, симметрии и импульсным помехам, и определяющих воздействие на элементы сети, называют качеством электрической энергии.

Перечень показателей качества электрической энергии (ПКЭ), их нормативные значения, критерии оценки и методы измерений установлены ГОСТ 13109-97"Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения". ГОСТ является межгосударственным стандартом, действующим в рамках СНГ. В международной практике ПКЭ оцениваются с позиций электромагнитной совместимости (ЭМС) технических средств. Под ЭМС понимают способность электрооборудования, аппаратов и приборов нормально функционировать в данной электромагнитной среде, не подвергаясь воздействию электромагнитных помех и не внося таковых в среду.

Выделяют следующие вопросы при решении задачи повышения качества электроэнергии:

- экономические вопросы включают в себя методы расчета убытков от некачественной электроэнергии в системах промышленного электроснабжения;

- математические аспекты представляют собой обоснование тех или иных методов расчёта показателей качества электроэнергии;

- технические аспекты включают в себя разработку технических средств и мероприятий, улучшающих качество электроэнергии, а также организацию системы контроля и управления качеством.

Номенклатура ПКЭ, установленная ГОСТ 13109-97, включает следующие показатели:

- установившееся отклонение напряжения , %;

- размах изменения напряжения , %;

- доза фликера , отн. ед.;

- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения , %;

- коэффициент -ой гармонической составляющей напряжения, %;

- коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности , %;

- коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности , %;

- отклонение частоты , Гц;

- длительность провала напряжения , с;

- коэффициент временного перенапряжения , отн. ед.;

- импульсное напряжение , кВ.

ПКЭ разделяют на нормируемые и ненормируемые. К нормируемым относятся: , , , , , , , , . К не нормируемым ПКЭ относятся , . Провалы напряжения нормируются только по длительности, по глубине не нормируются.

На нормируемые ПКЭ установлены нормально и предельно допустимые значения. Для дозы фликера, размахов изменения напряжения и длительности провалов напряжения установлены только предельно допустимые значения.

Для и нормально и предельные значения установлены в зависимости от номинального напряжения сети: 0,38; 6-20; 35; 110-330 кВ.

Кроме того, ГОСТ 13109-97установлена номенклатура вспомогательных параметров электрической энергии, которые используются при определении значений некоторых ПКЭ. Вспомогательные параметры не нормируются. К ним относятся:

- для оценки колебаний напряжения ? частота повторений изменений напряжения и интервал между изменениями напряжения;

- для оценки провалов напряжения ? глубина провала напряжения и частость появления провалов напряжения;

- для оценки импульсов напряжения ? длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды ;

- для оценки перенапряжений ? длительность временного перенапряжения.

Такие ПКЭ, как , , , , , , , , применяют для характеристики стационарных процессов в СЭС, а такие, как провалы напряжения, временные перенапряжения, импульсы, ? для характеристик кратковременных процессов, возникающих в сети в результате коммутаций, атмосферных перенапряжений.

В соответствии с ГОСТ 13109-97показателями качества у приёмников электроэнергии приняты следующие:

- При питании от электрических сетей однофазного тока: отклонение частоты; отклонение напряжения; размах колебании частоты; размах изменения напряжения; коэффициент несинусоидальности напряжения.

- При питании от электрических сетей трёхфазного тока: отклонение частоты; отклонение напряжения; размах колебании частоты; размах изменения напряжения; коэффициент несинусоидальности напряжения; коэффициент несимметрии напряжении; коэффициент неуравновешенности напряжений.

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

Значения показателей качества электроэнергии должны находиться в допустимых пределах с интегральной вероятностью 0,95за установленный период времени.

Для анализа качества электроэнергии в системах электроснабжения промышленных предприятий предусматривают их контроль со следующей периодичностью измерений:

1) при контроле отклонений напряжения:

а) для предприятий с пятидневной рабочей неделей и узлов энергосистем ? не менее одних рабочих и одних нерабочих суток;

б) для предприятий с непрерывным производством ? не менее одних суток;

в) во всех остальных случаях ? не менее двух рабочих и одних нерабочих суток.

2) при контроле коэффициента несинусоидальности напряжения, размахаизменения напряжения, размаха колебаний частоты:

а) в электрических сетях с электродуговыми и сталеплавильными печами ?в течение 30минв период наибольших нагрузок (период расплавки металла);

б) в электрических сетях с установками электродуговой и контактной сварки ? в течение 30мин;

в) в электрических сетях с обжимными прокатными станами ? в течение 10-12 циклов прокатки;

г) в электрических сетях жилых и общественных здании ? в течение 1 ч в период возникновения наибольших колебаний напряжения;

д) во всех остальных случаях ? в течение одних суток.

3) при контроле коэффициента несимметрии напряжений:

а) в сетях с однофазными электропечами, работающими в "спокойном" режиме (печи сопротивления, электрошлакового переплава и др.) ? в течение 1ч в период наибольших нагрузок;

б) в сетях с однофазными нагрузками, работающими в резкопеременном режиме (электродуговые сталеплавильные печи, тяговые нагрузки, электродуговая и контактная электросварка и т.д.) ? в течение 1ч в период наибольших нагрузок;

в) во всех остальных случаях ? в течение одних суток.

4) при контроле коэффициента неуравновешенности напряжений ? в течение одних суток.

5) при контроле коэффициента пульсации выпрямленного напряжения ?в течение 30 мин.

6) контроль за отклонением частоты должен быть постоянным.

Качество электроэнергии можно улучшить средствами питающей сети или применением соответствующего дополнительного оборудования на основе имеющегося опыта проектных и эксплуатационных организаций.

Часть решений, в основном обусловленных техническими требованиями, является общей и должна приниматься на основе имеющихся указаний. В других случаях учитывают специфику конкретных условий (наличие крупных ударных нагрузок может считаться особенностью предприятий).

Отклонения напряжения

Одним из важнейших показателей качества электроэнергии является действующее значение напряжения ?фазного или линейного в зависимости от схемы включения потребителей.Отклонения напряжения вызывают наибольший ущерб. Основными причинами отклонений напряжения в СЭС промышленных предприятий являются изменения режимов работы электроприёмников, изменения режимов питающей энергосистемы.

В пределах одной ступени трансформациизначение напряжения сети изменяется в относительно небольших пределах, поэтому с целью упрощения расчётов и достижения большей наглядности на практике пользуются понятием отклонения напряжения.

Под отклонением напряжения () понимают разность между фактическим (действительным) значением напряжения () и его номинальным значением () для данной сети:

. (1)

Если выражается в процентах от , а и ? в вольтах (киловольтах), то:

. (2) Вычисляют значения усреднённого напряжения как результат Nнаблюдений основной частотыили основной частоты и прямой последовательностиза интервал времени 1 мин:

. (3) Число наблюдений за 1 мин должно быть не менее 18.

В России согласно ГОСТ 13109-97в условиях нормальной работы приёмников электроэнергии отклонениенапряжения от номинального значения допускаются в следующих пределах:

а) на зажимах электродвигателей и аппаратов для их пуска иуправления;

б) на зажимах приборов рабочего освещения, установленных в производственных помещениях и общественных зданиях, где требуется значительное зрительное напряжение, а также в прожекторных установках наружного освещения;

в) на зажимах остальных приёмников электроэнергии, в том числе приёмников электроэнергии животноводческих комплексов и птицефабрик, допускают отклонения напряжения в пределах 5 % номинального;

г) в электрических сетях сельскохозяйственных районов, кроме животноводческих комплексов и птицефабрик,и в сетях, питающихся от шин тяговых подстанций электрифицированного транспорта, при наличии специальных технико-экономических обоснований с разрешения Министерства энергетики и электрификации допускаются другие значения отклонений напряжения.

В послеаварийных режимах допускается дополнительное понижение напряжения на 5 %.

Колебания напряжения

Колебания напряжения характеризуются размахом изменения напряжения и дозой фликера, к которым относятся динамично изменяющиеся огибающие действующего (амплитудного) значения напряжения в результате изменений резкопеременной нагрузки.

Размах изменения напряжения

Размах изменения напряжения ? это разница между значениями следующих один за другим экстремумов огибающей напряжения основной частоты, определённых на каждом полупериоде, выраженная в процентах от :

. На рис. 1 приведён пример колебаний напряжения, иллюстрирующие размах и интервал между смежными колебаниями .

Рис. 1. Размах напряжения с интервалом

Частоту повторения изменений напряжения при периодических колебаниях напряжения вычисляют по формуле:

, (9.4) где ?количество изменений напряжения со скоростью более 1%в секунду за время T;T? интервал времени измерения, принимаемый равным 10 мин.

Допустимые значения размахов изменений напряжения на зажимах ламп накаливания определяют по кривым, представленным в справочной литературе, в зависимости от частоты их повторения или интервала между следующими друг за другом изменениями напряжения.

Доза фликера

Введение ограничений на размахи изменений напряжения для источников света вызвано условиями охраны труда. При быстром изменении напряжения наблюдается резкое изменение светового потока, что приводит к зрительной утомляемости людей, снижениюпроизводительности труда.

Фликер (от англ. flicker ? мерцание) ? это субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети.

Доза фликера ? мера восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный промежуток времени.

Различают кратковременную (, для интервала 10 мин) и длительную (, для интервала 120 мин) дозу фликера. Индексы "" и "" от англ.shorttime? кратковременная иlongtime? длительная соответственно.

Кратковременную и длительную дозу фликера определяют с помощью фликерметра. Кроме того, длительную дозу фликера можно рассчитать по формуле:

, (9.5)

где ? кратковременная доза фликера наk-м интервале временив течение периода наблюдения.

Несинусоидальность напряжения

В результате интенсификации производственных процессов, совершенствования существующей и внедрения новой технологии на промышленных предприятиях всё в большей степени применяют вентильные преобразователи, установки однофазной и трехфазной электросварки, мощные электродуговые печи, вольтамперные характеристики которых нелинейные. Такими же характеристиками обладают силовые трансформаторы, мощные магнитные усилители, газоразрядные лампы. Характерной особенностью этих устройств является потребление ими из сети несинусоидальных токов при подведении к их зажимам синусоидального напряжения (рис. 2).

Рис. 2. Кривые ЭДС источника питания , напряжения на зажимах вентильного преобразователяи токафазы "А"

Несинусоидальные кривые токов можно рассматривать как сложные гармонические колебания, состоящие из совокупности простых гармонических колебаний различных частот. При этом периодическая функция изменения несинусоидальных токов удовлетворяет условиям Дирихле (ограниченная, кусочно-непрерывная, на протяжении периода имеет конечное число экстремальных значений). В связи с этим её можно разложить в ряд Фурье:

, (6)

где ?? номер гармоники; , ? коэффициенты ряда Фурье; ? номер последней из учитываемых гармоник.

При из выражения (6)определяют гармонику, называемую первой или основной (с частотой 50 Гц), остальные члены ряда называют высшими гармониками.

Коэффициенты ряда Фурье определяют по формулам:

; (7)

. (8) Амплитуду v-й гармоники определяют по формуле:

(9) Начальная фаза v-й гармоники:

. (10) Токи высших гармоник, проходя по элементам сети, вызывают падения напряжения в сопротивлениях этих элементов,которые, накладываясь на основную синусоиду напряжения, приводят к искажению формы кривой напряжения (кривая на рис. 2). Поэтому выражения (7) - (10) справедливы и для кривой несинусоидальных напряжений.

При разложении тока на гармонические составляющие появляются высшие гармоники с порядками

, (11)

где р? число фаз выпрямления;k? последовательный ряд целых чисел(1, 2, 3 ...).

Гармоники спорядковыми номерами образуют системы ЭДС и токов прямой последовательности; гармоники с порядковыми номерами ?обратной последовательности.

Нормированные значения нормально допустимых и предельно допустимых значений представлены в табл. 1.

Табл. 1. Значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения, %

Нормально допустимое значение при , кВ Предельно допустимое значение при , кВ 0,38 6?20 35 110?330 0,38 6?20 35 110?330 8 5 4 2 12 8 6 3 Несинусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями:

- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения ;

- коэффициентом -й гармонической составляющей напряжения .

Вычисляют значение коэффициента искажения кривой напряжения , %, по формуле:

, (12)

где ? порядок гармоник, кратных основной частоте, учитываемых при расчёте; ? действующее значение напряжения основной частоты дляi-го наблюдения, В;? действующее значение напряженияv-й гармоники, В;? действующее значение фазного токаv-й гармоники, А;? напряжение нелинейной нагрузки, В;? номинальное напряжение сети, В.

Для вентильных преобразователей определяется по выражению:

, (13) где ? число фаз выпрямителя; ? потребляемая мощность преобразователем, ВА;? суммарное индуктивное сопротивление сети, приведённое к мощности трансформатора преобразователя;? угол, характеризующий коэффициент реактивной мощности;? реактивная мощность преобразователя.

Для преобразователей учитывают следующие гармоники тока: при 6-фазной схеме - 5, 7, 11, 13; при 12-фазной схеме - 11, 13, 23 и 25; при 24-фазной схеме - 23, 25, 47 и 49-ю.

Вычисляют значение коэффициента искажения синусоидальности в процентах как результат усреднения Nнаблюденийна интервале времени равном 3 с:

. (14)

Число наблюдений Nдолжно быть не менее девяти.

Вычисляют значение коэффициента -й гармонической составляющей напряжения , %, как результатi-го наблюдения по формуле:

. (15) Вычисляют значение коэффициента -й гармонической составляющей напряжения , %, как результат усреднения наблюдений в интервале времени, равном 3 с, по формуле:

. (16)

Число наблюдений Nдолжно быть не менее девяти.

Несимметрия напряжения

Несимметрия напряжений и токов трёхфазной системы является одним из важнейших показателей качества электроэнергии. Причиной появления несимметрии напряжений и токов являются различные несимметричные режимы системы электроснабжения. Широкое применение различного рода однофазных электротермических установок значительной мощности (до 10 МВт) и трёхфазных дуговых печей также привело к значительному увеличению доли несимметричных нагрузок на промышленных предприятиях. Подключение таких мощных несимметричных одно- и трёхфазных нагрузок к трёхфазным сетям вызывает в системах электроснабжения длительный несимметричный режим, который характеризуется несимметрией напряжений и токов.

В системах электроснабжения различают кратковременные (аварийные) и длительные (эксплуатационные) несимметрические режимы. Кратковременные несимметричные режимы обычно связаны с различными аварийными процессами, как, например, несимметричные КЗ, обрывы одного или двух проводов воздушной линии с замыканием на землю и т.д. Длительные несимметричные режимы обычно обусловлены несимметрией элементов электрической сети или подключением к системе электроснабжения несимметричных (одно-, двух- или трёхфазных) нагрузок.

Несимметрию напряжений и токов, обусловленную несимметрией элементов электрической сети, называют продольной. Примером продольной несимметрии являются неполнофазные режимы воздушных линийи несимметрия параметров фаз отдельных элементов сети. Продольная несимметрия характерна также для специальных систем электропередачи: два провода - земля (ДПЗ), два провода ? рельсы (ДПР), два провода ? труба (ДПР) и т.д.

Несимметрию напряжений и токов, вызванную подключением к сети многофазных и однофазных несимметричных нагрузок, называют поперечной. Поперечная несимметрия возникает также при неравенстве активных и реактивных сопротивлений отдельных фаз некоторых приёмников электроэнергии (дуговые электропечи).

Для анализа и расчётов несимметричных режимов в трёхфазных цепях в основном применяют метод симметричных составляющих, основанный на представлении любой трехфазной несимметричной системы величин(токов, напряжении, магнитных потоков)в виде суммыв общем случаетрёх симметричных систем величин. Эти симметричные системы, которые в совокупности образуют несимметричную систему величин, называют её симметричными составляющими. Симметричные составляющие отличаются друг отдруга порядком следования фаз, т.е. порядком, в котором фазные величины проходят через максимум, и называются системами прямой, обратной и нулевой последовательности.

Несимметрия междуфазных напряжений вызывается наличием составляющихобратной последовательности, а несимметрия фазных ?ещё и наличием составляющих нулевой последовательности.

Несимметрия напряжения характеризуется двумя показателями:

- коэффициентом несимметрии напряжения обратной последовательности ;

- коэффициентом несимметрии напряжения нулевой последовательности .

Вычисляют коэффициент несимметрии напряжения обратной последовательности , %, как результатi-го наблюдения, по следующему выражению:

, (17)

где ? действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трёхфазной системы напряжений вi-м наблюдении, В; ? действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты вi-м наблюдении, В.

Вычисляют значение коэффициента несимметрии напряжения , %, как результат усреднения Nнаблюдений на интервале времени равном 3 с, по формуле:

(18) Число наблюдений .

Коэффициент несимметрии токов определяют аналогично .

Несимметрия по току значительно превышает несимметрию по напряжению. В линиях электропередачи и трансформаторах несимметрия тока снижает пропускную способность за счёт неравномерной загрузки фаз.

В практических расчётах коэффициент обратной последовательности в рассматриваемой точке сети возможно использование следующей формулы:

, (19)

где ? размах изменения напряжения;? напряжение первой последовательности;;;? суммарные потери мощности соответствующих однофазных нагрузок;? аргумента тока и напряжения коэффициента обратной последовательности (определяются по справочным таблицам).

Токи прямой и обратной последовательности определяют по выражениям:

; (20) , (21) где ;? мощности несимметричной нагрузки.

При наличии составляющих нулевой последовательности происходит смещение нейтрали трёхфазной системы, которое характеризуется коэффициентом неуравновешенности напряжений.

Вычисляют коэффициент несимметрии напряжения нулевой последовательности (коэффициентом неуравновешенности) , %, как результатi-го наблюдения, по следующему выражению:

, (22)

где ? действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты трёхфазной системы напряжений вi-м наблюдении, В; ? действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты вi-м наблюдении, В.

Вычисляют значение коэффициента несимметрии напряжения , %, как результат усреднения Nнаблюдений по формуле:

(23) Число наблюдений .

Коэффициент нулевой последовательности не нормируется, т.к. не оказывает влияния на трёхфазных потребителей.

Симметричные составляющие напряжений прямой , обратнойи нулевойпоследовательностей определяют по известным соотношениям для симметричных составляющих прямой:

; (24)

; (25) , (26) где ? фазные напряжения сети; ? комплексное число, называемое фазным множителем;.

Например, в асинхронных двигателях (АД) несимметрия напряжения вызывает противодействующий вращающий момент, что в свою очередь влечёт за собой полезный момент двигателя. Снижение полезного момента равно квадрату коэффициента несимметрии, т.е.

(27) В АД сопротивление обратной последовательности в 5-7 раз меньше сопротивления прямой последовательности, поэтому даже при небольшом напряжении обратной последовательности возникает значительный ток, обуславливающий быстрое старение изоляции обмоток. В среднем при срок службы АД сокращается в 2 раза.

Коэффициент несимметрии является нормативным показателем качества электроэнергии.В соответствии с ГОСТ 13109-97 нормально длительно допустим на зажимах любого трёхфазного симметричного приёмника электроэнергии. Предельно допустимое значение составляет 4%.

Длительность провала напряжения

Провал напряжения ? это внезапное, в течение 10 мс, снижение напряжения до значения ниже с последующим его восстановлением до значений, равных или близких к первоначальному, в результате действия средств защиты и автоматики, установленных в сети.

Причины возникновения провалов являются короткие замыкания в системе электроснабжения.

Провалы напряжения характеризуются глубиной и длительностью (рис. 3).

Глубину провала напряжения, %, вычисляют по выражению:

, (27) где ? минимальное значение из всех измеренных среднеквадратических значений напряжения, В.

Длительность провала напряжения определяется суммарным временем срабатывания средств защиты и автоматики, под действием которых напряжение может восстановиться до первоначального значения.

Изменение длительности провала напряжения (рис. 3) осуществляют следующим образом: фиксируют начальный момент времени резкого спада (длительностью менее 10 мс) огибающей среднеквадратических значений напряжения, определённых на каждом полупериоде основной частоты, ниже уровня ; фиксируют конечный момент временивосстановления среднеквадратического значения напряжения до ; вычисляют длительность провала напряжения, с,

. (28)

Согласно ГОСТ 13109-97длительности провала напряжения в сетях до 20 кВ может достигать 30 с, а длительность автоматически устанавливаемого провала напряжения определяется выдержками времени релейной защиты и противоаварийной автоматики.

Рис. 3. Длительность провала напряжения

Импульс напряжения

Импульс напряжения ? это резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня за промежуток времени за несколько миллисекунд.

Причины импульсов напряжения ? грозовые разряды, коммутации в системе электроснабжения.

Импульс напряжения характеризуется импульсным напряжением (амплитудой импульсного напряжения ) и длительностьюи(рис. 4).

Амплитуда импульсного напряжения ? это максимальное значение напряжения при резком его изменении (длительность фронта импульса не более 5 мс).

Длительность импульса напряжения по уровню 0,5 его амплитуды, , мкс или мс, (см. рис. 4) вычисляют по формуле:

, (29)

где и? моменты времени, соответствующие пересечению кривой импульса напряжения горизонтальной линией, проведённой на половине амплитуды импульса.

Данный показатель ограничивается после специально проведённых исследований для каждого объекта индивидуально.

Рис. 4. Параметры импульсного напряжения ( ? амплитудное значение напряжения)

Коэффициент временного перенапряжения

Временные перенапряжения ? это повышения напряжения в точке электрической сети выше продолжительностью более 10 мс, возникающие в системе электроснабжения при коммутациях или коротких замыканиях за счёт энергии, накопленной в нелинейных элементах сети. Продолжительность перенапряжений определяется длительностью переходных процессов.

Значение данного показателя качества электрической энергии оценивается коэффициентом временного перенапряжения и его длительностью .

Вычисляют коэффициент временного перенапряжения по формуле:

. (30)

Длительность , с, определяют следующим образом: фиксируют момент времени превышения действующим значением напряжения уровня, равного, и момент времениспада напряжения до уровня . Вычисляют , с, по формуле:

. Изменение (рис. 5), осуществляют следующим образом: измеряют амплитудное значение перенапряжения на каждом полупериоде основной частоты при резком (длительностью до 5 мс) превышении уровня напряжения, равного; определяют максимальное из измеренных амплитудных значений напряжения. С целью исключения влияния коммутационного импульса на значение осуществляют через 0,04 с от момента превышения напряжением уровня, равного .

Рис. 5. Временное перенапряжение и провал напряжения

Значение коэффициента временного перенапряжения в точке присоединения электрической сети общего назначения в зависимости от длительности временных перенапряжений не превышают значений, указанных в табл. 2.

Табл. 2. Значение коэффициента временного перенапряжения

Длительность временного перенапряжения , с до 1 до 20 до 60 Коэффициент временного перенапряжения , отн. ед. 1,47 1,31 1,15 Отклонение и размах колебаний частоты

Отклонение частоты ? это её изменение в ЭЭС в целом в результате изменения частоты вращения оборотов синхронных генераторов электростанций, происходящего под воздействием медленного изменения баланса активной мощности, выдаваемой генераторами электростанций и потребляемой нагрузкой ЭЭС.

Вычисляют отклонение частоты по разности между действительным (усреднённым) и номинальным значениями основной частоты:

, (31)

где ? усреднённое значение частоты как результат усреднения данных() наблюденийна интервале времени, равном 20 с;

В нормальном режиме работы энергосистемы допускают отклонения частоты, усреднённые за 10 мин, в пределах . Допускается временная работа энергосистемы с отклонением частоты, усреднённым за 10 мин, в пределах. Предельно допустимое значение отклонения частоты составляет.

В послеаварийных режимах допускается дополнительное понижение напряжения на 5%.

Размах колебаний частоты - разность между наибольшим и наименьшим значениями основной частоты за определённый промежуток времени:

(32)

Под колебанием частоты понимают её изменения, происходящие со скоростью 0,2 Гц в секунду. Размах колебаний частоты не должен превышать 0,2 Гц.

Основной причиной возникновения колебаний частоты являются мощные приёмники электрической энергии с резкопеременной активной нагрузкой. Возможность подключения таких приёмников к СЭС проверяют по допустимой скорости изменения активной мощности из условия:

, (33) где - мощность короткого замыкания.

Изменения отклонений и размаха колебаний частоты даже в жёстко установленных пределах влияют на работу приёмников электроэнергии ина надёжность некоторых типов электрооборудования. Асинхронные и синхронные электродвигатели с постоянным моментом на валу изменяют частоту вращения в зависимости от частоты сети, при этом возможны нарушения технологического процесса. Например, для асинхронного двигателя такую зависимость определяют по формуле:

, (34)

гдеs? скольжение двигателя;f1? частота напряжения питающей сети, Гц;р? число пар полюсов двигателя.

Влияние отклонений частоты на производительность механизмов зависит от их типа. Потребляемая при этом активная мощность определяется по формуле:

, (35) где n ?показатель степени, принимающий значения 0??4; ? коэффициент пропорциональности, зависящий от типа механизма.

У металлорежущих станков мощность двигателей пропорциональна частоте и .Для вентиляторов центробежных насосовв зависимости отхарактера работы. Характеристики ряда потребителей, таких как электрические печи сопротивления, дуговые печи и лампы накаливания, не зависят от изменений частоты.

Неблагоприятно влияют отклонения частоты на сети промышленных предприятий, в этом случае увеличиваются потери мощности и напряжения. Кроме того, в случае установки силовых фильтров с защитными реакторами, предназначенными для снижения уровня высших гармоник, возможны резонансные явления. Так, при некотором значении отклонения частоты в цепи защитный реактор -конденсаторная батарея возникает резонанс напряжения па частотеv. При дальнейшем снижении частоты цепь будет иметь ёмкостной характер для всех высших гармоник их источника. Это может явиться причиной перегрузок конденсаторной батареи по току, выходу её из строя, а также может привести к перераспределению высших гармоник в сети.

Способы и средства улучшения качества электрической энергии

Соответствие ПКЭ требованиям ГОСТ достигается схемными решениями или применением специальных технических средств. Выбор данных средств производится на основании технико-экономического обоснования, при этом задача сводится не к минимизации ущерба, а к выполнению требований ГОСТ.

Для улучшения всех ПКЭ целесообразно подключение электроприёмников с усложнёнными режимами работы к точкам ЭЭС с наибольшими значениям мощности КЗ. При выборе схемы электроснабжения предприятия учитывают ограничение токов КЗ до оптимального уровня с учётом задачи повышения ПКЭ.

Для снижения влияния на "спокойную" нагрузку вентильных электроприёмников и резкопеременной нагрузки, подключение таких приёмников выполняют на отдельные секции шинопроводы подстанций с трансформаторами с расщеплённой обмоткой или со сдвоенными реакторами.

Возможности улучшения каждого ПКЭ.

1. Способы снижения размахов колебаний частоты:

1.1 увеличение мощности КЗ в точке присоединения приёмников с резкопеременной и "спокойной" нагрузок;

1.2 питание резкопеременной и "спокойной" нагрузок через отдельные ветви расщеплённых обмоток трансформаторов.

2. Мероприятия для поддержания уровней напряжений в допустимых пределах:

2.1. Рациональное построение СЭС путём применения повышенного напряжения для линий питающих предприятие; использование глубоких вводов; оптимальная загрузка трансформаторов; обоснованное применение токопроводов в распределительных сетях.

2.2. Использование перемычек на напряжение до 1 кВ между цеховыми ТП.

2.3 Снижение внутреннего сопротивления СЭС предприятия включением на параллельную работу трансформаторов ГПП, если токи КЗ не превышают допустимых значений для коммутационно-защитной аппаратуру.

2.4 Регулирование напряжения генераторов собственных источников питания.

2.5 Использование регулировочных возможностей синхронных двигателей с автоматическим регулированием возбуждения (АРВ).

2.6 Установка автотрансформаторов и устройств регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) у силовых двухобмоточных трансформаторов.

2.7 Применение компенсирующих устройств.

3. Снижение колебания напряжения достигается путём использования:

3.1 сдвоенных реакторов мощность резкопеременной нагрузки, которую можно подключить к одной ветви реактора, определяют по выражению , где ? колебания напряжения на шинах, подключённых к одной ветви реактора при работе резкопеременной нагрузки, подключённой к другой ветви;? напряжение короткого замыкания трансформатора, к которому подключён сдвоенный реактор;? номинальная мощность трансформатора;? сопротивление ветви реактора; ? номинальное напряжение сети.

3.2 трансформаторов с расщеплённой обмоткой максимальную мощность резкопеременной нагрузки, подключённой к одной обмотке, определяют по формуле .

3.3 установка быстродействующих статических компенсирующих устройств.

4. Способы борьбы с высшими гармониками:

4.1 Увеличение числа фаз выпрямителя.

4.2 Установка фильтров или фильтрокомпенсирующих устройств.

5. Методы борьбы с несимметрией (не требующие применения специальных устройств):

5.1 Равномерное распределение однофазных нагрузок по фазам.

5.2 Подключение несимметричных нагрузок на участки сети с большей мощностью К.З или увеличение мощности КЗ.

5.3 Выделение несимметричных нагрузок на отдельные трансформаторы.

5.4 Использование специальных приёмов для устранения несимметрии:

5.4.1 Замена трансформаторов со схемой соединения обмоток на трансформаторы со схемой соединения(в сетях до 1 кВ). При этом токи нулевой последовательности, кратные трём, замыкаясь в первичной обмотке, уравновешивают систему, и сопротивление нулевой последовательности резко уменьшается.

5.4.2 Т.к. сети 6-10 кВ выполняются обычно с изолированной нейтралью, то снижение несимметричных составляющих достигается применением конденсаторных батарей (используемых для поперечной компенсации), включаемых в несимметричный или неполный треугольник. При этом распределение суммарной мощности БК между фазами сети выполняют таким образом, чтобы создаваемый ток обратной последовательности был близок по значению току обратной последовательности нагрузки.

5.4.3 Эффективным средством является использование нерегулируемых устройств, например, устройства симметрирования однофазной нагрузки, построенного на основе схемы Штейнметца.

Схема симметрирования однофазной нагрузки Штейнметца В случае если , то полное симметрирование наступает при выполнении условия:

, где? активная мощность нагрузки.

Если , то параллельно нагрузке подключают БК, которая на рисунке показана пунктиром.

Показать полностью… https://vk.com/doc83726181_446970132
3 Мб, 19 июня 2017 в 19:28 - Россия, Москва, ЭЭИ, 2017 г., docx
Рекомендуемые документы в приложении