Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Отклонение напряжения. Влияние отклонений напряжения на работу электроприемников

2. Дать определение понятия доза фликера. Допустимые значения

Задача

Список использованных источников

1. Отклонение напряжения. Влияние отклонений напряжения на работу электроприемников

Характерные типы электроприемников

Отклонения ПКЭ от нормируемых значений ухудшают условия эксплуатации электрооборудования энергоснабжающих организаций и потребителей электроэнергии, могут привести к значительным убыткам как в промышленности, так и в бытовом секторе, обуславливают, как уже отмечалось, технологический и электромагнитный ущербы.

От электрических сетей систем электроснабжения общего назначения питаются ЭП различного назначения, рассмотрим промышленные и бытовые ЭП.

Наиболее характерными типами ЭП, широко применяющимися на предприятиях различных отраслей промышленности, являются электродвигатели и установки электрического освещения. Значительное распространение находят электротермические установки, а также вентильные преобразователи, служащие для преобразования переменного тока в постоянный. Постоянный ток на промышленных предприятиях применяется для питания двигателей постоянного тока, для электролиза, в гальванических процессах, при некоторых видах сварки и т. д.

Электродвигатели применяются в приводах различных производственных механизмов. В установках, не требующих регулирования частоты вращения в процессе работы, применяются электроприводы переменного тока: асинхронные и синхронные электродвигатели.

Установлена наиболее экономичная область применения асинхронных и синхронных электродвигателей в зависимости от напряжения. При напряжении до 1 кВ и мощности до 100 кВт экономичнее применять асинхронные двигатели, а свыше 100 кВт - синхронные, при напряжении до 6 кВ и мощности до 300 кВт - асинхронные двигатели, а выше 300 кВт - синхронные, при напряжении 10 кВ и мощности до 400 кВт - асинхронные двигатели, выше 400 кВт - синхронные.

Большое распространение асинхронных двигателей обусловлено их простотой в исполнении и эксплуатации и относительно небольшой стоимостью.

Синхронные двигатели имеют ряд преимуществ по сравнению с асинхронными двигателями: обычно используются в качестве источников реактивной мощности, их вращающий момент меньше зависит от напряжения на зажимах, во многих случаях они имеют более высокий КПД. В то же время синхронные двигатели являются более дорогими и сложными в изготовлении и эксплуатации.

Установки электрического освещения с лампами накаливания, люминесцентными, дуговыми, ртутными, натриевыми, ксеноновыми применяются на всех предприятиях для внутреннего и наружного освещения, для нужд городского освещения и т.д.

Электросварочные установки переменного тока дуговой и контактной сварки представляют собой однофазную неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким коэффициентом мощности: 0,3 для дуговой сварки и 0,7 для контактной. Сварочные трансформаторы и аппараты малой мощности подключаются к сети 380/220 В, более мощные - к сети 6 - 10 кВ .

Вентильные преобразователи в силу специфики их регулирования являются потребителями реактивной мощности (коэффициент мощности вентильных преобразователей прокатных станов колеблется от 0,3 до 0,8), что вызывает значительные отклонения напряжения в питающей сети; коэффициент несинусоидальности при работе тиристорных преобразователей прокатных станов может достигать значения более 30 % на стороне 10 кВ питающего их напряжения, на симметрию напряжения в силу симметричности их нагрузок вентильные преобразователи не влияют .

Электросварочные установки могут являться причиной нарушения нормальных условий работы для других ЭП. В частности, сварочные агрегаты, мощность которых в настоящее время достигает 1500 кВт в единице, вызывают значительно большие колебания напряжения в электрических сетях, чем, например, пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Кроме того, эти колебания напряжения происходят длительно и с широким диапазоном частот, в том числе и в самом неприятном для установок электрического освещения диапазоне (порядка 10 Гц).

Электротермические установки в зависимости от метода нагрева делятся на группы: дуговые печи, печи сопротивления прямого и косвенного действия, электронные плавильные печи, вакуумные, шлакового переплава, индукционные печи. Данная группа ЭП также оказывает неблагоприятное влияние на питающую сеть, например, дуговые печи, которые могут иметь мощность до 10 МВт, в настоящее время сооружаются как однофазные. Это приводит к нарушению симметрии токов и напряжений (последнее происходит в связи с падениями напряжения на сопротивлениях сети от токов разных последовательностей). Кроме того, дуговые печи, как и вентильные установки, являются нелинейными ЭП с малой инерционностью. Поэтому они приводят к несинусоидальности токов, а, следовательно, и напряжений.

Современная электрическая нагрузка квартиры (коттеджа) характеризуется широким спектром бытовых ЭП, которые по их назначению и влиянию на электрическую сеть можно разделить на следующие группы: пассивные потребители активной мощности (лампы накаливания, нагревательные элементы утюгов, плит, обогревателей); ЭП с асинхронными двигателями, работающими в трехфазном режиме (привод лифтов, насосов - в системе водоснабжения и отопления и др.); ЭП с асинхронными двигателями, работающими в однофазном режиме (привод компрессоров холодильников, стиральных машин и др.); ЭП с коллекторными двигателями (привод пылесосов, электродрелей и др.); сварочные агрегаты переменного и постоянного тока (для ремонтных работ в мастерской и др.); выпрямительные устройства(для зарядки аккумуляторов и др.); радиоэлектронная аппаратура (телевизоры, компьютерная техника и др.);высокочастотные установки (печи СВЧ и др.); лампы люминесцентного освещения.

Воздействие каждого отдельно взятого бытового ЭП незначительно, совокупность же ЭП, подключаемых к шинам 0,4 кВ трансформаторной подстанции, оказывает существенное влияние на питающую сеть.

Влияние отклонений напряжения.

Отклонения напряжения оказывают значительное влияние на работу асинхронных двигателей (АД), являющихся наиболее распространенными приемниками электроэнергии в промышленности.

Рис.1 Механическая характеристика двигателя при номинальном (М1) и пониженном (М2) напряжениях.

При изменении напряжения изменяется механическая характеристика АД - зависимость его вращающего момента М от скольжения s или частоты вращения (рис.4.1). С достаточной точностью можно считать, что вращающий момент двигателя пропорционален квадрату напряжения на его выводах. При снижении напряжения уменьшается вращающий момент и частота вращения ротора двигателя, так как увеличивается его скольжение. Снижение частоты вращения зависит также от закона изменения момента сопротивления Mc (на рис. 1 Mc принят постоянным) и от загрузки двигателя.

Зависимость частоты вращения ротора двигателя от напряжения можно выразить:

(№ 1)

где - синхронная частота вращения;

- коэффициент загрузки двигателя;

,- номинальные значения напряжения и скольжения соответственно.

Из формулы 1 видно, что при малых загрузках двигателя частота вращения ротора будет больше номинальной частоты вращения (при номинальной загрузке двигателя). В таких случаях понижения напряжения не приводят к уменьшению производительности технологического оборудования, так как снижения частоты вращения двигателей ниже номинальной не происходит.

Для двигателей, работающих с полной нагрузкой, понижение напряжения приводит к уменьшению частоты вращения. Если производительность механизмов зависит от частоты вращения двигателя, то на выводах таких двигателей рекомендуется поддерживать напряжение не ниже номинального. При значительном снижении напряжения на выводах двигателей, работающих с полной нагрузкой, момент сопротивления механизма может превысить вращающий момент, что приводит к “опрокидыванию” двигателя, т.е. к его остановке. Во избежание повреждений двигатель необходимо отключить от сети.

Снижение напряжения ухудшает и условия пуска двигателя, так как при этом уменьшается его пусковой момент.

Практический интерес представляет зависимость потребляемой двигателем активной и реактивной мощности от напряжения на его выводах.

В случае снижения напряжения на зажимах двигателя реактивная мощность намагничивания уменьшается (на 2 - 3 % при снижении напряжения на 1 %), при той же потребляемой мощности увеличивается ток двигателя, что вызывает перегрев изоляции.

Если двигатель длительно работает при пониженном напряжении, то из-за ускоренного износа изоляции срок службы двигателя уменьшается. Приближенно срок службы изоляции Т можно определить по формуле:

(№2)

где - срок службы изоляции двигателя при номинальном напряжении и номинальной нагрузке;

R - коэффициент, зависящий от значения и знака отклонения напряжения, а также от коэффициента загрузки двигателя и равный:

, при - 0,2 < <0; (№3)

при 0,2 ? > 0; (№4)

Поэтому с точки зрения нагрева двигателя более опасны в рассматриваемых пределах отрицательные отклонения напряжения.

Снижение напряжения приводит также к заметному росту реактивной мощности, теряемой в реактивных сопротивлениях рассеяния линий, трансформаторов и АД.

Повышение напряжения на выводах двигателя приводит к увеличению потребляемой ими реактивной мощности. При этом удельное потребление реактивной мощности растет с уменьшением коэффициента загрузки двигателя. В среднем на каждый процент повышения напряжения потребляемая реактивная мощность увеличивается на 3 % и более (в основном за счет увеличения тока холостого хода двигателя), что в свою очередь приводит к увеличению потерь активной мощности в элементах электрической сети.

Лампы накаливания характеризуются номинальными параметрами: потребляемой мощностью , световым потоком , световой отдачей (равной отношению излучаемого лампой светового потока к ее мощности) и средним номинальным сроком службы .Эти показатели в значительной мере зависят от напряжения на выводах ламп накаливания. При отклонениях напряжения на 10% эти характеристики приближенно можно описать следующими эмпирическими формулами:

(№5)

(№6)

(№7)

(№8)

Рис.2 Зависимости характеристик ламп накаливания от напряжения: 1 - потребляемая мощность, 2 - световой поток, 3 - световая отдача, 4 - срок службы.

Из кривых на рис.2 видно, что со снижением напряжения наиболее заметно падает световой поток. При повышении напряжения сверх номинального увеличивается световой поток F, мощность лампы P и световая отдача h , но резко снижается срок службы ламп Т и в результате они быстро перегорают. При этом имеет место и перерасход электроэнергии.

Изменения напряжения приводят к соответствующим изменениям светового потока и освещенности, что, в конечном итоге, оказывает влияние на производительность труда и утомляемость человека.

Люминесцентные лампы менее чувствительны к отклонениям напряжения. При повышении напряжения потребляемая мощность и световой поток увеличиваются, а при снижении - уменьшаются, но не в такой степени как у ламп накаливания. При пониженном напряжении условия зажигания люминесцентных ламп ухудшаются, поэтому срок их службы, определяемый распылением оксидного покрытия электродов, сокращается как при отрицательных, так и при положительных отклонениях напряжения.

При отклонениях напряжения на 10% срок службы люминесцентных ламп в среднем снижается на 20 - 25%. Существенным недостатком люминесцентных ламп является потребление ими реактивной мощности, которая растет с увеличением подводимого к ним напряжения.

Отклонения напряжения отрицательно влияют на качество работы и срок службы бытовой электронной техники(радиоприемники, телевизоры, телефонно-телеграфная связь, компьютерная техника).

Вентильные преобразователи обычно имеют систему автоматического регулирования постоянного тока путем фазового управления. При повышении напряжения в сети угол регулирования автоматически увеличивается, а при понижении напряжения уменьшается. Повышение напряжения на 1 % приводит к увеличению потребления реактивной мощности преобразователем примерно на 1-1,4%, что приводит к ухудшению коэффициента мощности. В то же время другие показатели вентильных преобразователей с повышением напряжения улучшаются, и поэтому выгодно повышать напряжение на их выводах в пределах допустимых значений.

Электрические печи чувствительны к отклонениям напряжения. Понижение напряжения электродуговых печей, например, на 7 % приводит к удлинению процесса плавки стали в 1,5 раза. Повышение напряжения выше 5% приводит к перерасходу электроэнергии.

Отклонения напряжения отрицательно влияют на работу электросварочных машин: например, для машин точечной сварки при изменении напряжения на 15% получается 100 % - ный брак продукции.

Каждый приемник электроэнергии спроектирован для работы при номинальном напряжении и должен обеспечивать нормальное функционирование при отклонениях напряжения от номинального на заданную ГОСТ величину. При изменении напряжения в пределах этого рабочего диапазона могут изменяться значения выходного параметра приемника электроэнергии, например температура в электротермической установке, освещенность у электроосветительной установки, полезная мощность на валу электродвигателя и т.д.

Одновременно с изменением выходных параметров, а в ряде случае даже когда выходные параметры не изменяются, изменение напряжения приводит к изменению потребляемой приемником электроэнергии мощности.

Работа электротермических установок при значительном снижении напряжения существенно ухудшается, так как увеличивается длительность технологического процесса.

Печи сопротивления прямого и косвенного действия имеют мощности до 2000 кВт и подключаются к сети напряжением 0,38 кВ, коэффициент мощности близок к 1,0. Регулирующий эффект активной нагрузки печей сопротивления равен 2. Повышение напряжения приводит к перерасходу электроэнергии.

Индукционные плавильные печи промышленной частоты и повышенной частоты представляют собой трехфазную электрическую нагрузку «спокойного» режима работы. Печи повышенной частоты питаются от вентильных преобразователей частоты, к которым подводится переменный ток напряжением 0,4 кВ. Индукционные печи имеют низкий коэффициент мощности: от 0,1 до 0,5.

Вентильные преобразователи обычно имеют систему автоматического регулирования постоянного тока путем фазового управления. При повышении напряжения в сети угол регулирования автоматически увеличивается, что приводит к увеличению потребления мощности преобразователем. Регулирующие эффекты нагрузки для ртутно-выпрямительного агрегата с электролизером для активной мощности 3,5; для реактивной мощности 7,6.

Электросварочные установки переменного тока дуговой и контактной сварки представляют собой однофазную неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким коэффициентом мощности: 0,3 - для дуговой сварки и 0,7 - для контактной. При снижении напряжения до 0,9U_НОМ время сварки увеличивается на 20 %, а при выходе его за пределы (0,9... 1,1)U_НОМ возникает брак сварных швов.

Электрохимические и электролизные установки работают на постоянном токе, который получают от преобразовательных подстанций, выпрямляющих трехфазный переменный ток. Коэффициент мощности установок 0,8... 0,9. Работа электролизных установок при пониженном напряжении приводит к снижению производительности, а повышение напряжения - к недопустимому перегреву ванн электролизера.

Установки электрического освещения с лампами накаливания, люминесцентными, дуговыми, ртутными, натриевыми, ксеноновыми лампами применяются на всех предприятиях для внутреннего и наружного освещения. В производственных цехах в настоящее время применяются преимущественно дуговые ртутные лампы высокого давления типов ДРЛ и ДРИ 220 В. Аварийное освещение, составляющее 10% от общего, выполняется лампами накаливания. Коэффициент мощности светильников с индивидуальными конденсаторами 0,9...0,95, а без них - 0,6. Лишь лампы накаливания имеют коэффициент мощности 1,0. В цехах, лабораториях, административных помещениях, требующих повышенной освещенности и правильной цветопередачи, устанавливают люминесцентные лампы. Для наружного освещения рекомендуются лампы типа ДРЛ. Регулирующий эффект у ламп накаливания в области номинального напряжения равен 1,6.

Статическую характеристику по напряжению для ламп накаливания приближенно можно записать так:

(10)

Необходимо отметить, что при изменении напряжения изменяется освещенность, световой поток и срок службы лампы. На каждый процент понижения напряжения световой поток уменьшается приблизительно на 3,6 %. Срок службы увеличивается приблизительно на 1,3%.

Люминесцентные лампы также изменяют свое потребление с изменением напряжения.

2. Дать определение понятия «доза фликера». Допустимые значения

Колебания напряжения характеризуются следующими показателями:

- размахом изменения напряжения;

- дозой фликера.

Рис. 3. Предельно допускаемые размахи изменений напряжения в зависимости от частоты повторения изменений напряжения за минуту для колебаний напряжения, имеющих форму меандра

Предельно допустимые значения размаха изменения напряжения дU_t в точках общего присоединения к электрическим сетям при колебаниях напряжения, огибающая которых имеет форму меандра (рис. 3), в зависимости от частоты повторения изменений напряжения или интервала между изменениями напряжения равны значениям, определяемым по кривой 1 рис. 3, а для потребителей электрической энергии, располагающих лампами накаливания, в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение, равны значениям, определяемым по кривой 2 рис. 3. Перечень помещений с разрядами работ, требующих значительного зрительного напряжения, устанавливают в нормативных документах, утверждаемых в установленном порядке.

Размах изменения напряжения дU_t в процентах (в соответствии с рис. 4) вычисляют по формуле

, (3)

где - значения следующих один за другим экстремумов или экстремума и горизонтального участка огибающей среднеквадратичных значений напряжения основной частоты, определенных на каждом полупериоде основной частоты, В.

Допускается при коэффициенте искажения синусоидальности напряжения, не превышающем 5 %, определять размах изменения напряжения дU_t в процентах по формуле

, (4)

где - значения следующих один за другим экстремумов или экстремума и горизонтального участка огибающей амплитудных значений напряжения на каждом полупериоде основной частоты, В, кВ.

Частоту повторения изменений напряжения , с^-1 при периодических колебаниях напряжения вычисляют по формуле

,

где m - число изменений напряжения за время Т,

Т - интервал времени измерения, принимаемый равным 10 мин.

Примечание. Значение частоты повторения изменений напряжения, равное двум изменениям напряжения в секунду, соответствует 1 Гц.

Интервал времени между изменениями напряжения в секундах или минутах (в соответствии с рис. 4) вычисляют по формуле

,

где - начальные моменты следующих один за другим изменений напряжения, с, мин.

Рис. 4. Колебания напряжения произвольной формы (а) и имеющие форму меандра (б)

Если интервал времени между окончанием одного изменения и началом следующего, происходящего в том же направлении, менее 30 мс, то эти изменения рассматривают как одно.

Размах изменений напряжения в точке общего присоединения при периодических колебаниях напряжения, имеющих форму меандра, считают соответствующим требованиям стандарта, если измеренное значение размаха изменений напряжения не превышает значений, определяемых по кривым рис. 4 для соответствующей частоты повторения изменений напряжения или интервала между изменениями напряжения .

Дозу фликера (кратковременную и длительную) при колебаниях напряжения любой формы определяют следующим образом.

Измеряют с помощью фликерметра за интервал времени T_sh, равный 10 мин, уровни фликера Р, (%)², соответствующие интегральной вероятности, равной 0,1; 0,7; 1,0; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0; 13,0; 17,0; 30,0; 50,0; 80,0 %.

Определяют с помощью фликерметра или вычисляют сглаженные уровни фликера Р_д (%)², по формулам:

, (5)

где - сглаженные уровни фликера при интегральной вероятности, равной 1,0; 3,0; 10,0; 50,0 соответственно.

Определяют с помощью фликерметра или вычисляют кратковременную дозу фликера отн. ед., на интервале времени по формуле

Определяют с помощью фликерметра или вычисляют длительную дозу фликера , отн. ед., на интервале времени , равном 2 ч, по формуле

, (6)

где - кратковременная доза фликера на k-м интервале времени в течение длительного периода наблюдения .

Дозу фликера считают соответствующей требованиям стандарта, если каждая кратковременная и длительная дозы фликера, определенные путем измерения в течение 24 ч или расчета, не превышают предельно допустимых значений.

Предельно допустимое значение суммы установившегося отклонения напряжения и размаха изменений напряжения в точках присоединения к электрическим сетям напряженности 0,38 кВ равно ± 10 % от номинального напряжения.

Предельно допустимое значение для кратковременной дозы фликера при колебаниях напряжения с формой, отличающейся от меандра, равно 1,38, а для длительной дозы фликера при тех же колебаниях напряжения равно 1,0.

Кратковременную дозу фликера определяют на интервале времени наблюдения, равном 10 мин. Длительную дозу фликера определяют на интервале времени наблюдения, равном 2 ч.

Предельно допустимое значение для кратковременной дозы фликера в точках общего присоединения потребителей электрической энергии, располагающих лампами накаливания в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение, при колебаниях напряжения с формой, отличающейся от меандра, равно 1,0, а для длительной дозы фликера в этих же точках равно 0,74.

Задача

Для заданной сети рассчитать возможные отклонения напряжения от требований ГОСТ 13109-99 в максимальном и минимальном режиме и наметить и наметить мероприятия по обеспечению показателей КЭ на зажимах приемников

Рисунок 3.1

Таблица 3.1 - Исходные данные

Параметр
Номинальное напряжение Uн, кВ	6,3
Напряжение max	6,4
Напряжение min	6,3
Мощность потребителя, кВт	250
cos ц	0,7
Трансформатор, SкВА	400
Uк	4,5
Pк.з.	5,5
ПБВ±2х2,5	+

1. Активное сопротивление линии определяется по формуле:

R_л = r₀ • l;

где r₀ - удельное активное сопротивление линии, для провода АС-35

r₀ = 0,777 Ом/км;

R_л = 0,777 • 5 = 3,885 Ом;

Реактивное сопротивление линии определяется по формуле:

Х_л = х₀ • l;

где х₀ - удельное реактивное сопротивление линии, для провода АС-35

х₀ = 0,376 Ом/км;

Х_л = 0,376 • 5 = 1,88 Ом.

Активное и реактивное сопротивления трансформаторов определяются по формулам: электроприемник фликер отклонение

Суммарное активное и реактивное сопротивления сети равны:

R_У = R_л + R_тр;

R_У = 3,885 + 1,364 = 5,249 Ом;

Х_У = Х_л + Х_тр;

Х_У = 1,880 + 4,465 = 6,345 Ом.

По формуле

;

рассчитываем напряжение на шинах 6,3 кВ подстанции для максимального и минимального режима,

где Q - реактивная мощность потребителя

Q = P • tgц = P • tg (arcos(cosц)),

Q = 250 • tg (arcos(0,8)) = 187,5 квар.

В максимальном режиме

в минимальном режиме

На шинах 0,4 кВ подстанции напряжение определим по формуле:

В максимальном режиме

в минимальном режиме

Используя положения ПБВ и выбрав U_жел подберем общее положение ПБВ.

В соответствии с ПУЭ задаемся желаемым напряжением на шинах НН подстанции U_жел = 0,4 кВ.

при положении ПБВ + 2х2,5 U_{НН ном} = 0,42 кВ;

при положении ПБВ + 1х2,5 U_{НН ном} = 0,41 кВ;

при положении ПБВ 0 U_{НН ном} = 0,41 кВ;

при положении ПБВ - 1х2,5 U_{НН ном} = 0,39 кВ;

при положении ПБВ - 2х2,5 U_{НН ном} = 0,38 кВ.

С учетом исходных данных принимаем положение ПБВ +2х2,5%.

Определяем действительное напряжение на шинах 0,4кВ в максимальном и минимальном режимах.

В максимальном режиме

в минимальном режиме

Определим отклонения напряжения дU и сравним этот показатель качества с требованиями ГОСТ-13109-97.

В максимальном режиме

в минимальном режиме

Согласно ГОСТ 13109-97 отклонение напряжения в нормальном режиме работы не должно быть больше 5%. Таким образом, полученные значения отклонений напряжения в максимальном и минимальном режимах работы удовлетворяют предъявляемым требованиям, а значит никаких дополнительных мероприятий проводить не требуется.

Список использованных источников

1. Баркан Я. Д., Эксплуатация электрических систем. М.: Высшая школа, 1990 г. - 304 с.

2. ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».

Размещено на Allbest.ru

...