Якість електричної енергії

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекція 20

Якість електричної енергії

План лекції

1. Показники якості електроенергії

2. Норми якості

3. Вплив якості електроенергії на роботу мереж і електрообладнання

4. Причини та вплив відхилень напруги, заходи

5. Відхилення частоти

6. Несиметрія, її зменшення

7. Несинусоїдальность, заходи щодо зменшення

8. Коливання напруги і заходи щодо зменшення

9. Забезпечення електромагнітної сумісності споживачів

1. Показники якості електроенергії

Управління режимами енергосистем повинно забезпечити виконання трьох основних вимог до режимів: економічність роботи енергосистеми, надійність електропостачання споживачів, нормативна якість електроенергії.

Споживачі електроенергії і апарати впливають на режим роботи мережі і через мережу один на іншого. Слід відзначити, що термін "якість електроенергії" не відбиває факту впливу на нього споживачів електроенергії і більшістю людей, в першу чергу не спеціалістів, сприймається як поняття, яке характеризує якість продукції що поставляється, при невідповідності якого претензія пред'являється тільки до організації що постачає електроенергію. Більш правильний термін - електромагнітна сумісність обладнання. Цей термін підкреслює відмічену специфіку електропостачання і його використано в міжнародних документах. Він одержав відбиття у назві ТК 77 "Електромагнітна сумісність обладнання, включаючи електричні мережі". Під електромагнітною сумісністю (ЕМС) розуміють здатність обладнання нормально функціонувати в його електромагнітному середовищу і при цьому не створюючи недопустимих перешкод для іншого обладнання, яке функціонує в цьому же середовищу.

Різниця термінів що використовуються пояснюється тим, що в країнах СНГ на протязі значного терміну першочергова увага приділялась нормалізації положення рівнів частоти і напруги, тобто тим параметрам, які дійсно практично повністю залежать від діяльності енергопостачальних організацій. Термін "якість електроенергії" для цих параметрів адекватно відбиває суть питання.

Для нормалізації якості електроенергії важливе значення має організація апаратного контролю показників якості електроенергії (ПЯЕ), організаційний і економічний механізм впливу на винуватця погіршення якості електроенергії, розробка методів та технічних способів усунення спотворень. В силу взаємного впливу споживачів одного на іншого важливе значення має вірне формулювання умов приєднання до мережі нових споживачів, що робить необхідною наявність методів і програм розрахунку ПЯЕ на ПОЕМ. Так як практично усі технічні засоби підвищення якості електроенергії мають у своєму складі реактивні елементи і тому впливають на баланс реактивної потужності у мережі, то необхідний комплексний аналіз цих питань.

Основними типами спотворень в електричних мережах є:

- вищі гармоніки, частота яких кратна основній частоті;

- інтергармоніки -гармоніки, частота яких некратна основній частоті;

- коливання напруги;

- короткочасні провали напруги, амплітуда яких перевищує 10 % і може досягати 100 % (перерва живлення);

- несиметрія напруги (у трьохфазних системах);

- сигнали систем управління, які передаються по дротам ліній електропередач;

- зміни частоти;

- компоненти постійного струму (різні перетворювачі).

Стан якості електричної енергії. Розвиток суспільства супроводжується зростаючим споживанням електричної енергії.

Інтенсифікація виробництва, розвиток електротехнологій обумовлюють різкий зріст енергоємності і концентрації навантажень. Наприклад навантаження сучасного прокатного стану складає 150-200 МВт, а навантаження виробництва хлору та каустика на хімічних заводах досягло 50-80 МВт. Електричне навантаження підприємств основних галузей народного господарства в цілому досягло: у чорній металургії 700-1000 МВт; хімічній та для переробки нафти 200-600 МВт; машинобудуванні 100-300 МВт; цвітній промисловості 100-800 МВт.

Відбувається якісна та кількісна еволюція промислових споживачів. Зростає кількість нелінійних, несиметричних, різко змінних промислових споживачів електричної енергії. Це і напівпровідникові перетворювачі значної потужності у прокатному виробництві металургійних підприємств (тиристорні перетворювачі на 10 000 А і 1050 В), у електролізі. Ці споживачі не тільки впливають на форму кривої напруги, але й споживають значну реактивну потужність (tgj=2.4-2.0).

У електросталеплавильних цехах використовують ДСП з пічними трансформаторами потужністю 63-160 МВА. Дугові електричні печі це різко змінні, нелінійні навантаження. Вони також споживають значні кількості реактивної потужності (tgj=0,88).

Поліпшення якості сталі забезпечується за допомогою установок електрошлакового переплаву, які споживають 5-10 МВА. Ці установки також є несиметричним навантаженням для мережі.

Синхронні двигуни 10-20 МВА з тиристорними перетворювачами є головними приводами прокатних станів, це споживачі з ударним нелінійним навантаженням. Нові споживачі викликають погіршення ПЯЕ.

Структурна перебудова енергетики, створення енергетичного ринку, втілення енергозберігаючих технологій привели до нових взаємовідношень між персоналом електростанцій, електричних мереж та споживачами. Ущерби від перерви електропостачання, причини виходу параметрів по якості електроенергії за нормовані значення та повязаний з цим ущерб ці питання стали не абстрактними. Збитки повинні компенсувати чиновники. Все це потребує комплексного підходу до проблеми якості енергії.

Істотно змінився склад та потужність споживачів також у містах

Показники якості. До показників якості електроенергії відносяться:

- усталене відхилення напруги dUу ;

- розмах зміни напруги dUt ;

- доза флікеру Pt ;

- коефіцієнт спотворення синусоїдальності кривої напруги KU ;

- коефіцієнт n-ої гармонічної складової напруги KU(n) ;

- коефіцієнт несиметрії напруги по зворотній послідовності K2U ;

- коефіцієнт несиметрії напруги по нульовій послідовності K0U ;

- відхилення частоти Df;

- термін провалу напруги DtП ;

- імпульсна напруга Uімп ;

- коефіцієнт тимчасової перенапруги K ПЕР U .

2. Норми якості електроенергії

якість електроенергія напруга

Встановлено два рівня норм якості електроенергії: нормально допустимі та гранично допустимі.

Відхилення напруги характеризується показником - усталене відхилення напруги dUу . На затискувачах споживачів електричної енергії нормовані значення дорівнюють відповідно ± 5 % і ±10 % від номінального значення напруги мережі. Норми по цьому показнику якості електроенергії в точках загального приєднання споживачів до мереж напругою 0,38 кВ повинні бути встановлені у договорах на використання електричної електроенергії між організацією, що здійснює постачання енергії і споживачем.

Коливання напруги характеризується показниками:

- розмах зміни напруги dUt ;

- доза флікеру Pt .

Несинусоїдальность напруги характеризується такими показниками:

- коефіцієнт спотворення синусоїдальності кривої напруги KU ;

- коефіцієнт n-ої гармонічної складової напруги KU(n) .

У табл. 1 наведено значення коефіцієнта спотворення.

Таблиця 1

Нормально допустимі значення при U, кВ	Нормально допустимі значення при U, кВ
0,38	6-20	35	110-330	0,38	6-20	35	110-330
8	5	4	2	12	8	6	3

Несиметрія напруги характеризується такими показниками:

- коефіцієнт несиметрії напруги по зворотній послідовності K2U ;

- коефіцієнт несиметрії напруги по нульовій послідовності K0U .

Значення цих показників в точках загального приєднання у мережах 0,38 кВ дорівнюють 2 і 4 %.

Провал напруги характеризується терміном провалу, для якого встановлено у електричних мережах до 20 кВ не більше 30 с. Термін автоматично ліквідує мого провалу напруги у любій точці приєднання до електричної мережі визначається часом роботи релейного захисту та автоматики.

Імпульс напруги характеризується значенням напруги.

Тимчасові перенапруги характеризуються за допомогою коефіцієнта тимчасовою перенапруги.

Тимчасові перенапруги характеризуються за допомогою коефіцієнта тимчасовою перенапруги. Інформація з державного стандарту наведено нижче.

Таблиця 2. - Показники якості електроенергії

Норми якості електроенергії, показники якості
Відхилення напруги	Усталене відхилення напруги dUy
Коливання напруги	розмах зміни напруги d Ut доза флікера Pt
Несинусоїдальность напруги	коефіцієнт спотворення синусоїдальності кривої напруги Ku коефіцієнт n-ї гармонічної складової напруги Ku(n)
Несиметрія напруги	коефіцієнт несиметрії напруги: - по зворотній послідовності K2u; - по нульовій послідовності K0u;
Відхилення частоти	Df
Провал напруги	тривалість провалу напруги Dtп
Імпульс напруги	імпульсна напруга Uімп
Тимчасова напруга	коефіцієнт тимчасової перенапруги Kпер u

Значення що нормуються:

1. Відхилення напруги

- на затискувачах споживачів електричної енергії: нормально допустиме ± 5 %, максимально допустиме ± 10 %

- в точках загального приєднання споживачів електричної енергії до електричних мереж напругою 0,38 кВ і більш повинні бути встановлені в договорах на використання електричної енергії між енергопостачальною організацією і споживачем з урахуванням необхідності виконання норм стандарту на затискувачах споживачів електричної енергії.

2. Коливання напруги

- залежності dUt % від частоти змін напруги що повторюються за хвилину;

- значення суми dUy + dUt в точках приєднання до мереж 0,38 кВ до ± 10 %

- граничне допустиме значення для коротко термінової дози флікеру Pt 1.38, а для тривалої дози флікера 1 (форма коливань відрізняється від меандру)

3. Несинусоїдальность напруги

- коефіцієнт спотворення синусоїдальності кривої напруги Ku % (табл.3)

- коефіцієнт n-ї гармонічної складової напруги Ku(n) %

4. Несиметрія напруги

- K2u в точках загального приєднання до електричних мереж 2 % и 4 %

- K0u в точках загального приєднання до чотирьох провідних електричних мереж 0,38 кВ 2 % и 4%

Таблиця 3 - Нормовані значення

Нормально допустиме значення при Uном, кВ	Гранично допустиме значення при Uном, кВ
0,38	6-20	35	110-330	0,38	6-20	35	110-330
8,0	5,0	4,0	2,0	12,0	8,0	6,0	3,0

5. Відхилення частоти ± 0,2 Гц и ± 0,4 Гц

6. Провал напруги: гранично допустимі значення тривалості провалу напруги у мережах до 20 кВ включно дорівнює 30 с. Тривалість провалу напруги що автоматично зникає в любій точці приєднання до мереж визначається витримками часу релейного захисту і автоматики.

7. Імпульс напруги

- грозові імпульсні напруги;

- комутаційні 0,38 кВ - 4.5 кВ; 6 кВ - 27 кВ; 10 кВ - 43 кВ; 35 кВ - 148 кВ; 110 кВ - 363 кВ

8. Тимчасові перенапруги (табл. 4)

Таблиця 4 - Нормовані значення

Тривалість DtПЕР U, С	До 1	До 20	До 60
КПЕР U, о.е.	1.47	1.31	1.15

3. Вплив якості електроенергії на роботу мереж і електрообладнання

Звичайно при оцінці впливу якості виділяють дві складові: електромагнітну та технологічну. Електромагнітна складова зв'язана із зміною втрат енергії при передачі. Електромагнітна складова більше зв'язана з нормально допустимими показниками, технологічна складова - з максимально допустимими показниками якості.

Зниження якості електроенергії проявляється у зростанні втрат потужності та енергії; зменшенні терміну служби обладнання; технологічному ущербі що включає в себе зменшення продукції, зниження якості продукції, випуску неякісної продукції.

4. Причини та вплив відхилень напруги, заходи

Відхилення напруги, зумовлені повільними процесами зміни навантажень у системі, справляють різний вплив на режим роботи окремих споживачів. Скажімо, тривале підвищення напруги на затискачах електричних двигунів - наймасовіших споживачів енергосистем - призводить до збільшення обертального моменту їх , зменшення ковзання й зростання втрат у сталі двигунів, бо такі втрати пропорційні квадрату підведеної напруги, збільшенню струму холостого ходу і, значить, зменшенню коефіцієнта потужності електродвигунів. Зниження напруги на затискачах електродвигунів призводить до зниження обертального моменту, збільшенню ковзання, зростанню струму статора й зменшенню терміну служби ізоляції електродвигунів.

У разі тривалої роботи електродвигунів при зниженій напрузі, зокрема на рівні 90 % номінального значення, строк служби ізоляції двигуна зменшується на 18-20 %, що істотно знижує продуктивність технологічних механізмів, що їх приводить у дію цей електродвигун. Підвищення напруги на затискачах звичайного асинхронного двигуна на 1 % спричиняється до збільшення струму холостого ходу й споживаної двигуном реактивної потужності приблизно на 3 % . Але при цьому має місце перехід на нелінійну частину кривої намагничення що є джерелом генерації вищих гармонік напруги. Підвищення напруги веде до підвищення запасу статичної стійкості вузла навантаження.

Найбільший вплив відхилення напруги справляє на режими роботи нагрівальних, особливо освітлювальних, приймачів електричної енергії. Наприклад, зниження напруги на затискувачах плавильних печей всього на 5 % від номінального значення збільшує час плавки в 1.5-2 рази, знижує світовий потік ламп розжарювання на 18-20 %, що може призвести до збільшення ступеня травматизму працівників. Підвищення напруги на затискачах освітлювальних приладів на 10 % скорочує термін служби ламп розжарювання приблизно в 3 рази.

Зменшення напруги призводить до зростання терміну нагріву в електротермічних установках, а при значних відхиленнях напруги процес взагалі не може бути завершено. Особливо чутливі до відхилення напруги такі процеси як вирощування кристалів, скляне виробництво.

Підвищення напруги впливає на режим мережі:

- зменшуються втрати потужності у повздовжніх елементах схем заміщення та зростають втрати потужності неробочого ходу. У мережах напругою 330 кВ і вище зростають втрати активної потужності на корону.

Згідно з умовами роботи ізоляції мережі допускається підвищення напруги вище номінального значення для мережі:

- до 35 кВ не більш 20 %;

- 35-220 кВ не більш 15 %;

- 330 кВ не більш 10 %;

- вище 330 кВ не більш 5 %.

Основним засобом забезпечення необхідного рівня напруги є регулювання напруги в електричних системах.

5. Відхилення частоти

Баланс активних потужностей у мережі визначає рівень частоти. За допомогою систем управління забезпечується баланс активних потужностей при частоті 50 Гц. Якщо баланс потужностей порушується, то змінюється і частота у мережі. Причиною порушення балансу може бути аварійне відключення генераторів на електростанціях, будь якого елементу електричної системі, включення і відключення споживачів.Розподіл потужностей при зміні частоти відрізняється від оптимального, що викликає зростання втрат потужностей та зменшення терміну роботи обладнання із-за перегрівів ізоляції.

Розглянемо вплив на споживачів. Пасивні навантаження нечутливі до зміни частоти. На роботу двигунів що роблять з різними механізмами відхилення частоти впливає. Споживаємо двигунами потужність залежить як від моменту опору механізму так і від швидкості обертання ротора АД.

Розглянемо залежність активної потужності від частоти:

1. Потужність ламп навалення не залежить від частоти.

2. Момент опору механізму незмінний і не залежить від частоти. У цьому разі потужність АД пропорційна частоті.

3. Момент опору пропорційний частоті. Активна потужність що споживається двигуном пропорційна квадрату частоти.

4. Момент опору механізму пропорційний квадрату частоти (вентилятори). У цьому випадку потужність двигунів пропорційна частоті у кубі.

5. Потужність двигунів що обертають центробіжні насоси пропорційна частоті у степені від 3 до 10.

При змінні частоти зменшується КПД асинхронних двигунів тому що при їх виготовленні було розраховано що мінімальна сума втрат потужності буде при номінальному значенні частоти.

Оцінка впливу частоти на двигун складна проблема. Але при прийнятті деяких припущень аналіз спрощується. Розглянемо вплив зміни частоти при незмінності моменту опору і напруги (Мопору=соnst і U = const):

- нагрів обмоток, сердечників, підшипників і ін.вузлів АД. Втрати енергії у вигляді тепла;

- механічні втрати що складаються з втрат на тертя частин що обертаються об повітря та втрат на вентиляцію. Механічні втрати пропорційні ковзанню двигуна;

- втрати у сталі на струми Фуко та гистерезіс;

- ковзання зменшується пропорційно зміні частоти;

- струм ротора при зменшенні частоти прямо пропорційний зміні частоти, а при зростанні - пропорційний в більшій степені;

- струм статору при зростанні частоти може зростати, причому зростання тим більше, чим менше струм неробочого ходу АД. При зменшенні частоти струм статору при незначному рівні струму неробочого ходу спочатку зменшується, а потім зростає, а при більших значеннях струму неробочого ходу він буде весь час зростати тому що різко зростає струм намагничення при зменшенні частоти.

Розглянемо вплив частоті на електричну систему.

Зміна частоти f при незмінності напруги U і кількості витків W впливає на рівень магнітного потоку у синхронних генераторах, трансформаторах

Ф = U/( 2*3.14*f*W).

Відомо що магнітні кола працюють головним чином на початку нелінійної частини характеристики B=f(H). Незначне зменшення частоти може визвати насичення і як наслідок зростання втрат у сталі і появу вищих гармонік у напрузі. Зміни частоти менші 0.5 Гц не створюють таких втрат і гармонік якими не можливо було б не нехтувати.

Слід відзначить і вплив, що зв'язаний з навантаженням генераторів і розподілом навантаження по лініям. Зміна частоти веде до зміни потужності що споживається і викликає дію засобів регулювання частоти. Перерозподіл електроенергії залежить від характеристик турбін і систем регулювання і може привести до перевантаження ліній зв'язку меж системами та порушенню стійкості паралельної роботи в гіршому випадку, або до переходу від оптимального режиму. Відомо, що зниження частоти на 1% супроводжується ростом втрат електроенергії на передачу на 2%.

6. Несиметрія, її зменшення

Причинами несиметрії у мережі є нерівномірний розподіл однофазного навантаження у мережах до 0,4 кВ; потужна з неоднаковими значеннями споживання потужність у мережах 6-10 кВ; несиметричні режими у мережах вище 35 кВ.

Розглянемо вплив несиметрії на АД. Відомо що несиметричний режим може бути проаналізовано за допомогою метода симетричних складових. Зворотна складова наводить у роторі ЕДС подвійної частоти. Якщо врахувати що індуктивність зворотної послідовності АД в 5-7 разів менше індуктивності прямої послідовності, то незначна несиметрія напруги може привести к значному росту несиметрії струму. Зростанні струму призводить до додаткового нагріву обмоток. При роботі з номінальним навантаженням та при К2u = 4% термін служби ізоляції тільки з причини додаткового нагріву зменшується приблизно у 2 рази.

Слід відмітити зменшення обертального моменту АД із-за виникнення асинхронних моментів зворотної послідовності

,

де Рмном - номінальні втрати в міді обмотки статора; Кп - кратность пускового струму.

У синхронних двигунах також виникають додаткові втрати потужності що ведуть до перегріву обмотки збудження та вібрації ротора.

Несиметрія у мережі веде до зменшення потужності що генерує батарея конденсаторів.

Вплив на лінії та трансформатори мережі проявляється у додаткових втратах потужності. Струми I2 и I0 викликають зростання втрат у повздовжніх елементах схем заміщення. Напруги U2 и U0 викликають зростання у поперечних елементах схем заміщення. Накладання U2 і U0 та U1 призводить до різких додаткових відхилень напруги у різних фазах.

Несиметрія може бути причиною помилкової роботи систем автоматики і релейного захисту, телемеханічних пристроїв. Така робота вказаних систем приводить до порушень технологічних процесів.

Заходи щодо зменшення впливу несиметрії називають симетруванням режимів:

1. Забезпечення рівномірного розподілу навантажень по фазам.

2. Зменшення опору нульової послідовності Zo в у мережах до 1 кВ за рахунок збільшення перерізу нульового проводу, використання трансформаторів з меншими індуктивностями Xтo (залежать від схем з'єднання обмоток, схеми вторинної обмотки - зігзах, з'єднання обмоток “трикутник-зірка з нульовим проводом”,

3. Спеціальні пристрої що симетрують.

3. Універсальні симетрируючі пристрої - батареї конденсаторів.

Відомо що за допомогою конденсаторі можливо створювати струми зворотної послідовності за рахунок включення різної кількості конденсаторів між фазами мережі. Треба створити по значенню струм такий як у мережі, але повернутий відносно від струму у мережі на 1800. Але існує проблема. Струм зворотної послідовності у мережі змінюється при зміні навантажень та конфігурації мережі. Виникає необхідність зміни струму що генерують конденсатори, тобто треба перерозподіляти їх між фазами під час зміни режиму мережі.

Слід підкреслити що струм прямої послідовності не залежить від розподілу конденсаторів між фазами, а струм зворотної послідовності залежить.

7. Несинусоїдальность, заходи щодо зменшення

Гармоніки виникають у мережах як наслідок роботи нелінійних навантажень. Вищі гармоніки виникають при роботи тиристорних перетворювачів; обладнання, яке використовує електричну дугу. Вищі гармоніки викликають не тільки втрати потужностей і енергії, а викликають порушення у роботі релейного захисту, протиаварійної автоматики, пристроїв керування, що приводить до порушень технологічних процесів. Джерела гармонік:

1. Машини змінного струму - генератори і двигуни (магнітне поле не ідеально сінусоідально).

2. Магнітні кола що насиченні.

У трьохфазного трансформатору з трьома стержнями магнітопрод не тільки є нелінійним, але й є несиметричним. Довжина магнітних шляхів крайніх і середньої фаз різняться в 1.9 раз. Такий факт є причиною того, що струм намагнічення у середній фазі менший за струм крайніх фаз. Коефіцієнти гармонік 3-го порядку і навіть 5-го та 7-го порядків достигають значних величин, наприклад 30 % і більших. Гармоніки 3-го порядку виключає з'єднання обмотки у трикутник.

3. Перетворювачі усіх типів. Генерують прямі і зворотні гармоніки струмів порядку h=n*p±1, де n -натуральний ряд чисел; p - число фаз перетворювача (3, 6, 12). Ці струми створюють гармоніки напруг що змінюються залежно від навантаження перетворювача. Якщо навантаження незначне по відношенню до загального навантаження системи електропостачання, то гармоніки напруги будуть незначними. Шестифазні перетворювачі є джерелами 5, 7, 11, 13 і так далі гармонік, а двенадцатіфазні - 11, 13, 23, 25 гармонік.

В системах живлення ліній залізних кіл, на перетворюючих підстанціях ЛЕП постійного струму коефіцієнти гармонік значні і їх потрібно обмежувати.

4. Апарати з електричною дугою чи апарати що використовують електричний розряд: дугові печи, зварювальні машини, люмінесцентні лампи (створюють не стабільні у часі гармоніки).

Наслідки появи гармонік проявляються у додаткових втратах в елементах електричної системи. Ці втрати звичайно незначні. Виключення складають випадки появи резонансу на підстанціях. Тому перед встановленням БК на підстанціях і навіть у мережі низької напруги необхідно з'ясувати можливості появи резонансу.

Зменшення несинусоїдальності забезпечується наступним чином:

1. Зменшення рівня вищих гармонік від перетворювачів за рахунок збільшення числа фаз і використання спеціальних схем перетворення та керування ними.

2. Раціональної побудови схеми мережі:

- живлення нелінійних навантажень від окремих ліній та трансформаторів;

- використання фільтрів.

8. Коливання напруги і заходи щодо зменшення

Дії ударного навантаження викликають швидкі зміни напруги у вузлах мережі. Коливання напруги приводять до флікеру, перешкодам у роботі телебачення, хибній роботі регулюючих пристроїв, порушеннями у роботі рентгенівського обладнання, коливанням моменту на валах двигунів, які приводять до підвищених втрат електроенергії та зносу матеріалів.

Заходи щодо зниження коливань напруги:

1. Пристрої повздовжньої компенсації

2. Синхронні генератори с АРВ

3.Раздільне живлення навантажень (статичної і різко змінної).

Висновки:

1. По рівню впливу на втрати активної потужності, терміну служби обладнання, ущербу показники якості енергії можливо записати в такій послідовності: відхилення напруги та частоти; несиметрія; несінусоїдальность; коливання напруги.

2. По рівню впливу на протікання технологічного процесу по причині хибної роботи систем автоматичного регулювання, релейного захисту і автоматики показники якості можливо записати: несінусоїдальность; коливання напруги несиметрія; відхилення напруги та частоти.

9. Забезпечення електромагнітної сумісності споживачів

При вирішенні комплексу питань, які пов'язанні з спотвореннями слід ураховувати ті обставини, що технічні засоби подавлення спотворень чи захисту від них можуть бути реалізовані:

- у джерел спотворень (індивідуальні пристрої);

- в електричній мережі (потужні централізовані пристрої);

- у сприйнятливих до спотворень споживачів електроенергії (буферні пристрої, які підвищують рівень захисту до спотворень).

Стандарти в галузі електромагнітної сумісності можуть бути віднесені до двох основних груп:

- встановлюють допустимий рівень спотворень у мережі;

- встановлюють правила підключення до мережі обладнання що спотворює.

Кожний споживач електроенергії повинен характеризуватися відношеннями рівнів сприятливості до спотворень та стійкості до спотворень до рівня електричної сумісності.

При вирішені задач по забезпеченню електричної сумісності:

- визначають амплітуди гармонік і оцінюють сумарний вплив кількох гармонік;

- визначають загальний рівень спотворень і дозволений індивідуальний вклад споживача в напругу n-ої гармоніки у точці загального підключення;

- визначають частотні характеристики елементів мережі і вузлів навантажень; виконують оцінки по сумісному впливу на коливання напруги кількох дугових сталеплавильних печей (ДСП);

- визначають допустимий термін перерви живлення.

Дозволений індивідуальний вклад в стандартах різних країн визначається по різному. В Австралії конкретному споживачу, який живеться від мережі напругою 22-66 кВ, дозволяється внести в мережу спотворення, які не перевищують 1/3 от норми електромагнітної сумісності. Залишки 2/3 відносять на вже існуючий рівень спотворень та на вклад майбутніх навантажень. У мережах 110 кВ і вище на майбутні навантаження відносять від 60 до 80 % норми електромагнітної сумісності.

У Франції споживач не повинен вносити спотворювання більші за 1,6 % (дорівнює 1/3 від норми 5 %), при цьому вклад на кожну парну гармоніку не повинен перебільшувати 0,6 %, а на непарну 1 % .

У Англії підключення споживачів без пристроїв що коректують дозволяється до моменту, коли у точці загального підключення буде досягнуто нормованого рівня електромагнітної сумісності. Послідуючі споживачі повинні передбачати у себе встановлення пристроїв що коректують.

Загальна процедура оцінки допустимості підключення споживачів електроенергії до мережі, як правило, включає три стадії.

1. Коли обладнання має потужність меншу максимальної (установлена в стандарті), то воно підключається без оцінки його впливу на мережу.

2. Якщо потужність обладнання перевищує максимальне встановлене значення, то необхідно оцінювати індивідуальний вклад споживача в рівень спотворень в точці загального підключення. Якщо він нижчий встановленого у стандарті рівня, то підключення допустимо.

Значення струму гармонік 5 Ј n Ј 31 визначається по

.

Сумарна дія кількох гармонік визначається по

де Un - значення напруги гармоніки n -го порядку; qn - ваговий коефіцієнт, який дорівнює 1 при визначені втрат у активному опорі; n -для конденсаторів; 1/n - для синхронних та асинхронних машин; 1,41U1*Kn при визначені впливу на телефонний зв'язок (Кn визначається згідно кривій на частотах n-ї гармоніки и 16 гармоніки, де крива має максимум).

При визначені загального рівня спотворення від кількох приймачів з навантаженнями, що викликає спотворення, сумуються випадкові вектори Vi

де a, К залежать від фазового кута і амплітуди V, а при урахуванні, що режими роботи приймачів в різних вузлах мережі незалежні один від другого, то фазові кути і амплітуди гармонік можливо приймати випадковими незалежними величинами, які розподіляються по нормальному закону.

Дозволений індивідуальний вклад i-го споживача у напругу n-ої гармоніки в точці загального підключення визначається по співвідношенню

де Рi - обумовлена максимальна потужність i-го споживача; Рпр - пропускна потужність мережі.

Значення a приймаються рівними 1 для n=3, 5, 7; рівними 1,4 для n=11, 13 та рівними 2 для n>13.

Так як збіг частот інтергармонік малоймовірний, то и сумування їх амплітуд у практичних розрахунках малоймовірно .

Еквівалентну потужність кількох ДСП визначають таким чином:

- при N однакових ДСП

де Х - регламентоване значення (0,25-0,5);

- для N ДСП різної потужності

При оцінці індивідуального вкладу використається частотна характеристика мережі енергопостачальної організації, яка повинна бути надана споживачу. При відсутності характеристики використовується значення потужності короткого замикання в вузлі. При цьому приймають, що Xn = n*X1.

У загальному випадку нормується максимальне відношення потужності приймача електроенергії до потужності короткого замикання у точці загального підключення. Воно не повинно перевищувати: 0,5 % для 3-фазных перетворювачів, 1 % для 6-ти фазних, 2 % для 12 фазних и 3 % для 24 фазних.

3. Якщо індивідуальний вклад є вищим допустимого, то необхідно більш детальний розгляд можливості підключення споживача електроенергії.

Для оцінки допустимості підключення до мережі потужних навантажень що спотворюють і вибору фільтрів вищих гармонік необхідно знати опори мережі на частотах гармонік що досліджуються. Частотні характеристики можуть бути визнанні розрахунком на ПЕОМ, чи за допомогою експериментів виду:

- виміру струмів і напруг вищих гармонік у вузлі що досліджується, які створюються нормально експлуатуючим обладнанням. В цьому разі необхідно вирішувати проблему відстрочки від фонових гармонік;

- спеціального введення в вузол джерела неканонічних гармонік, наприклад парних, відсутність яких у мережах знімає проблему відсіву фонових гармонік;

- короткочасного підключення до вузлу конденсаторної батареї, реактора чи опору з метою створення перехідного процесу, а потім послідуючої обробки і одержання частотного еквіваленту.

Загальним способом нормування коливань напруги є установлення норм на еквівалентний розмах коливань, який є сумою розмахів визначених за кривою g(f), яка є зворотною кривій допустимих розмахів

 ,

де dUf - розмах коливань з частотою повторення f.

Найбільш часто на стадії проектування використовують відношення потужності коротких замикань ДСП до потужності замикання мережі

Та співвідношення між Ккз и dUЭКВ не однозначно, тому що величина фактичного розмаху коливань визначається не тільки SКЗДСП, а і технологічними особливостями експлуатації ДСП (м'який початок плавки, обмазування електродів, газові інекції, шихта у вигляді окатишів и т.п.). Аналіз значень Ккз і скарг споживачів показує, що скарги практично відсутні при Ккз < 2 %.

Допустимий термін перерви живлення залежить від категорії та характеристик споживача електроенергії і повинен визначатися на підставі техніко-економічних співставлень витрат на забезпечення підвищення надійності та ущербу від порушення електропостачання.

Компенсація реактивної потужності (КРП) в електричній мережі з нелінійними навантаженнями

У вузлі мережі підприємства з нелінійними навантаженнями допускається застосовувати як джерело реактивної потужності БК, якщо виконуються такі умови:

- для вентильних перетворювачів Sk/Sн.н. ? 200;

- для інших нелінійних навантажень Sk/Sн.н. ? 100, де Sk - потужність короткого замикання; Sн.н. - сумарна потужність нелінійного навантаження.

Для оцінки впливу нелінійних навантажень на мережу підприємства необхідно визначити коефіцієнт несинусоїдності, %

де N - порядковий номер останньої з гармонік, що враховується; Un - дійсне значення напруги n - ї гармоніки; Uном - номінальна напруга мережі.

Для обчислення Кнс необхідно обчислювати рівень напруги окремих гармонік, що генерується нелінійним навантаженням.

Фазна напруга гармоніки у розрахунковій точці живлячої мережі

Un=In*n*Uн.н/Sk ,

де In - фактичне значення сили струму n - ї гармоніки;

Uн.н - напруга нелінійного навантаження (якщо розрахункова точка збігається з точкою приєднання нелінійного навантаження, то Uн.н = Uном).

Для розрахунку Un необхідно заздалегідь визначити силу струму відповідної гармоніки, яка залежить не тільки від електричних параметрів, але й від нелінійного навантаження.

1. Визначення струму гармонік, що генеруються дуговими сталеплавильними печами

Для дугової сталеплавильної печі (ДСП) при визначенні сили струму гармонік у режимі розплавлення достатньо враховувати тільки другу - сьому гармоніки. Сила струму гармонік (окрім сили струму другої гармоніки, яка приймається такою, що дорівнює силі струму третьої гармоніки) залежить від кількості та потужності ДСП, і для практичних розрахунків рекомендується приймати: для однієї ДСП In = Inт/n2,де Inт - номінальна сила струму пічного трансформатора; для групи однакових ДСП де К - число печей, одночасно працюючих у режимі розплавлення; для групи печей різної потужності

де In. МАКС - струм гармоніки пічного трансформатора максимальної потужності; SnTi - потужність I - го пічного трансформатора; SnTМАКС - максимальна потужність пічного трансформатора у групі ДСП.

2. Визначення струму гармонік, що генеруються установками дугового електрозварювання постійного струму.Рекомендується враховувати тільки 5, 7 та 11 - ту гармоніки. Сила струму гармонік одиничної установки дугового електрозварювання постійного струму

3. Визначення струмів гармонік, що генеруються установками дугового та контактного електрозварювання змінного струму. Рекомендується враховувати тільки 3, та 5 - ту гармоніки. Для установки дугового або контактного електрозварювання сила струму гармонік: для одиночної установки (1) чи для групи установок дугового електрозварювання при незалежному режимі роботи (2)

 (1)  (2),

де SТ - номінальна потужність трансформатора; bСВ - коефіцієнт завантаження; ТВ - тривалість ввімкнення; для групи; де InГР - сила струму n-ї гармоніки i - ї установки; К - загальне число установок, що працюють.

Размещено на Allbest.ru

...