Тема 2. Характерные режимы сэс возникающие при работе

электроприемников, и общие вопросы по их управлению

Общие сведения о режимах питающих электросетей, возникающих при работе электроприемников: отклонение и колебание напряжения, несинусоидальность и несимметрия напряжения, отклонение частоты. Влияние режимов на работу электроприемников. Задачи по нормализации качества электроэнергии.

[1], гл. 12; [7], [8].

Методические указания

Электроприемники изготавливаются с определенными электрическими параметрами (напряжением, частотой). Отклонения от этих параметров ухудшают их работу, а при значительных отклонениях может привести к выходу этих устройств из строя. Поэтому подводимая к выводам электроприемников электроэнергия должна иметь нормируемые показатели качества. В настоящее время действует ГОСТ 13109-99, устанавливающий показатели и нормы качества электрической энергии в электрических сетях, к которым присоединяются потребители электрической энергии. Обеспечение нормируемых показателей качества электроэнергии возможно при использовании различных методов и средств.

Наиболее часто возникающими в электрических сетях режимами являются: отклонение и колебание напряжения, несинусоидальность и несимметрия напряжения, отклонение частоты.

Под установившимся отклонением напряжения понимают отклонение разности между действительным значением напряжения и его номинальным значением к номинальному напряжению для данной сети. Величина напряжения в электросети зависит от величины реактивной мощности. Факторами, вызывающими отклонение напряжения, являются:

1. Изменение режима источника питания.

2. Изменение режимов работы электроприемников.

3. Изменение реактивной электроэнергии в узле нагрузки.

4. Неправильный выбор сечений токоведущих элементов и обмоток силовых трансформаторов.

5. Неправильное построение электрических схем и т.д.

При снижении напряжения электросети увеличиваются потери активной мощности в электродвигателях, сокращается срок их службы, для других электроприемников возможен брак выпускаемой продукции, снижение производительности труда и т.д.

Увеличение напряжения на зажимах электродвигателей приводит к росту потребляемой ими реактивной мощности за счет увеличения тока холостого хода, а также сокращает срок службы электрических ламп и т.д.

Регулирование напряжения в сети достигают за счет регулирования реактивной мощности, вырабатываемой источниками: синхронными генераторами, компенсаторами, электродвигателями и конденсаторными установками.

Для обеспечения на вводах подстанций постоянного уровня напряжения производят:

1. Встречное регулирование напряжения на шинах электростанций. По мере снижения напряжения у потребителей, обусловленного ростом их нагрузки, увеличивают ток возбуждения генераторов, повышая выработку реактивной мощности.

2. Соблюдение баланса реактивной мощности в узлах нагрузки.

3. Регулирование напряжения в узлах нагрузки с помощью автотрансформаторов, трансформаторов с РПН, линейных регуляторов синхронных компенсаторов и электродвигателей, управляемых конденсаторных установок.

4. Повышение напряжения в линиях устройствами продольной компенсации.

Регулирование напряжения обеспечивает компенсацию потерь напряжения и поддержание напряжения необходимого для электроприемников.

Колебанием напряжения называют непредсказуемые изменения напряжения в течение короткого отрезка времени, равного 1-2 секундам.

Причинами, вызывающими колебания напряжения, являются: пуск короткозамкнутых асинхронных электродвигателей, работа сварочных аппаратов, дуговых электропечей и вентильных преобразователей.

Для ограничения колебания напряжения следует:

1. Приближать приемники с резкопеременной нагрузкой к основным мощным источникам питания и питать их отдельными линиями.

2. Разделять приемники с резкопеременной и спокойной нагрузками через трансформаторы с расцепленной вторичной обмоткой или реакторы

3. Уменьшать индуктивное сопротивление воздушных линий.

4. Ограничивать пусковые токи и токи самозапуска электродвигателей.

5. Предусматривать раздельную работу питающих линий и силовых трансформаторов.

6. Предусматривать питание осветительных установок от отдельных силовых трансформаторов.

Эффективным является применение продольной компенсации, с помощью которой обеспечивается мгновенное регулирование напряжения и предотвращения его сильных колебаний.

Несинусоидальность напряжений является результатом работы электродуговых печей, электросварочных установок, вентильных и тиристорных преобразователей, т.е. электроприемников, имеющих нелинейную вольт-амперную характеристику. Характерной особенностью этих устройств является потребление из сети несинусоидальных токов при подведении к их зажимам синусоидального напряжения.

Возникающие при этом режиме высшие гармонические составляющие токов и напряжений приводят к следующему:

1. Дополнительному отклонению напряжения у осветительных и нагревательных установок.

2. Дополнительному нагреву ротора электродвигателей и диэлектрика в конденсаторных установках.

3. Увеличению потери мощности в электросетях и электроприемниках.

4. Снижению срока службы электроприемников, изоляции кабелей.

5. Затруднению компенсации реактивной мощности конденсаторными установками.

Для снижения высших гармоник в электрических сетях применяют:

1. Резонансные фильтры высших гармоник.

2. Увеличивают фазность выпрямления преобразователей до 12 и выше.

3. Раздельное питание электроприемников, вызывающих несинусоидальность токов и напряжений, с другими электроприемниками.

4. Подключение электроприемников, вызывающих несинусоидальность, к точкам электросети с наибольшей мощностью короткого замыкания.

Несимметрия напряжений является следствием включения в трехфазную сеть однофазных электроприемников (поперечная несимметрия), а также различия параметров фаз на отдельных участках сети (продольная несимметрия).

Кратковременная несимметрия возникает при коротком замыкании, обрыве 1-го или 2-х проводов ВЛ с замыканием на землю. Длительная несимметрия возникает при неравномерном распределении электрической нагрузки между фазами электросети.

Несимметрия напряжений неблагоприятно влияет на работу электродвигателей, сокращая срок их службы, уменьшая их располагаемую мощность, создавая противодействующий вращающий момент. Конденсаторные установки при несимметрии неравномерно загружаются по фазам, что сокращает срок их службы и создает еще большую несимметрию в электросети.

Способами снижения несимметрии являются:

1. Рациональное пофазное распределение электрических нагрузок.

2. Применение специальных симметрирующих устройств.

Под отклонением частоты понимают разность между действительным и номинальным ее значениями. Величина частоты в электросети зависит от величины активной мощности.

Фактором, вызывающим изменение частоты, может являться изменение режима источника питания и т.п.

Изменения свыше нормы частоты оказывают неблагоприятное влияние на электросети и, в конечном итоге, на работу технологического оборудования: увеличиваются потери мощности и напряжения, выходят из строя конденсаторные установки из-за их перегрузки по току, снижается производительность электродвигателей и других механизмов. При этом растет потребляемая электродвигателями активная мощность. Характеристики таких электроприемников как электропечи сопротивления и лампы накаливания не зависят от изменения частоты.

Функции регулирования частоты в энергосистеме разделяются между электростанциями. При медленном изменении активной нагрузки часть электростанций в соответствии с графиком нагрузки изменят число работающих генераторов, на других электростанциях производится регулирование мощности без отключения-включения генераторов. быстрые изменения активной нагрузки имеют случайный характер. Для регулирования частоты при наличии случайных колебаний нагрузки в системе 1-2 электростанции работают в режиме частоторегулирующих, т.е. они снабжены быстродействующими устройствами автоматического регулирования частоты, обеспечивающими быстрое изменение нагрузки частоторегулирующих станций.

На промышленных предприятиях для поддержания нормативных значений частоты используют автоматическую частотную разгрузку, при которой отключают часть активной нагрузки третьей категории.