
- •«Эксплуатация электрооборудования»
- •Модуль 1 Теоретические основы эксплуатации электрооборудования Лекция №1. Основные понятия и определения теории эксплуатации
- •Лекция №3 Особенности эксплуатации электроприемников и их влияние на работу электрооборудования
- •Оптимизация режимов работы электрооборудования
- •Нагрузочная способность электрооборудования
- •Основные понятия и определения
- •Виды испытаний Испытание электрооборудования и средств автоматизации включает в себя: приёмо-сдаточные, профилактические, браковочные, пооперационные, контрольные, типовые (специальные).
- •Диагностирование изоляции
- •Учет температуры при измерении сопротивления изоляции
- •Лекция №7 Профилактические испытания
- •Прогнозирование технического состояния оборудования по результатам измерения сопротивления изоляции
- •Система технического обслуживания и ремонта оборудования энергохозяйств промышленных предприятий
- •Модуль 2 Техническая эксплуатация электрооборудования
- •Общие сведения
- •Провода воздушных линий
- •Изоляторы воздушных линий
- •Опоры воздушных линий
- •Общие требования к устройству вл
- •Приемка воздушных линий в эксплуатацию
- •Эксплуатационные мероприятия по обслуживанию воздушных линий электропередач
- •Соблюдение режимов токовой нагрузки воздушных электропередач
- •Осмотры вл
- •Профилактические испытания измерения на вл
- •Охрана вл 0.38...35 кВ
- •Общие сведения Конструкции кабелей
- •Способы прокладки кабелей напряжением 6...10 кВ
- •Приемка кабельной линии в эксплуатацию
- •Эксплуатационные мероприятия по обслуживанию кабельных линий
- •Соблюдение токовых и тепловых режимов
- •Осмотры кабельных линий
- •Лекция 11. Эксплуатация кабельных линий Блуждающие токи, их измерение и защита кабелей от коррозии
- •Профилактические испытания
- •Определение мест повреждений кабельных линий
- •Прожигание поврежденных мест изоляции кабелей
- •Ремонт кабельных линий
- •Общие сведения
- •Общие требования к эксплуатации силовых трансформаторов
- •Приемка трансформаторов в эксплуатацию
- •Условие включения трансформаторов в эксплуатацию без сушки
- •Сушка трансформаторов
- •Лекция №13. Нагрузочная способность трансформаторов
- •Техническое обслуживание трансформаторов
- •Трансформаторное масло Характеристики трансформаторного масла
- •Очистка, сушка и регенерация масла
- •Лекция №14. Эксплуатация и ремонт распределительных устройств напряжением выше 1000 в Общие сведения
- •Эксплуатация основного электрооборудования
- •О смотры ру
- •Техническое обслуживание
- •Профилактические испытания оборудования
- •Техника безопасности при эксплуатации и ремонте ру
- •Лекция №15. Эксплуатация электродвигателей Общие сведения
- •Приемка электродвигателей в эксплуатацию
- •Обеспечение эксплуатационной надежности электродвигателей
- •Техническое обслуживание электродвигателей
- •Текущий ремонт
- •Способы сушки изоляции электрических машин
- •Особенности эксплуатации погружных электродвигателей
- •Список использованных источников
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
КАЗАХСКИЙ АГРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. С. СЕЙФУЛЛИНА
Энергетический факультет
Кафедра эксплуатации электрооборудования
Пястолова И.А.
КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«Эксплуатация электрооборудования»
для специальности «Электроэнергетика»
специализация 2104
АСТАНА 2008
Модуль 1 Теоретические основы эксплуатации электрооборудования Лекция №1. Основные понятия и определения теории эксплуатации
Длительное время положения об эксплуатации электрооборудования в сельском хозяйстве основывались лишь на опыте сельских электриков или заимствовались из промышленности. На первых этапах электрификации это не вызывало заметных негативных последствий. В последние годы масштабы использования электрооборудования резко возросли, а ответственность выполняемых им функций заметно повысилась. От технического состояния электрооборудования стали непосредственно зависеть количество, качество и себестоимость выпускаемой продукции, т.е. конечные результаты производства. Естественно, что такие перемены привели к резкому возрастанию роли эксплуатации электрооборудования и появлению новых эксплуатационных задач, которые не удается решить на эмпирической основе. Это вызвало необходимость в разработке теории эксплуатации электрооборудования.
Теория призвана дать целостное научное представление о закономерностях эксплуатации электрооборудования.
На современном этапе техническая база любого производства создается и функционирует на основе комплексного учета возможностей разработки, изготовления технических средств, а также требований по их эксплуатации. Только при таком комплексном подходе обеспечивается эффективность использования техники.
Эксплуатация электрооборудования – это совокупность всех фаз его существования с момента изготовления: транспортировка к месту установки, монтаж и подготовка к пуску, работа по назначению, техническое обслуживание, хранение в периоды простоя, капитальный ремонт и модернизация. Окончание эксплуатации определяется предельным состоянием изделия, когда возникают неустранимые нарушения требований безопасности, или неустранимые отклонения параметров за установленные пределы, или неустранимое снижение эффективности эксплуатации.
Электрооборудование применяют для выполнения конкретных функций. С народнохозяйственных позиций эксплуатация заключается в реализации потребительских свойств электрооборудования. При этом выделяют два вида эксплуатации: производственную и техническую.
Производственная эксплуатация – это процесс использования электрооборудования по своему назначению, в результате которого электрическая энергия преобразуется в другие виды. В этом процессе участвует не только электротехнический персонал, но и персонал, обслуживающий технические объекты (на станке - рабочий, на насосной станции - дежурный и т.п.). Результатом процесса использования служит преобразованная и переданная технологическому объекту энергия.
Техническая эксплуатация - это процесс обеспечения и поддержания требуемого состояния электрооборудования, заключающийся в восстановлении его свойств, утрачиваемых при использовании или хранении. Техническую эксплуатацию осуществляют специалисты энергетической службы предприятия или промышленного объединения.
На длительную и надёжную работу электрооборудования существенное влияние оказывают условия эксплуатации.
Цель эксплуатации. Электрооборудование всегда является частью какой-либо установки, предназначенной для выполнения некоторой функций или выпуска продукции.
Другими словами, оно является частью производственной системы, предназначенной для выпуска определенной продукции. На рис. 1.1 показана упрощенная схема такой системы. Она содержит подсистемы ресурсов (трудовые - Тр, материальные - Мр и энергетические – Эр) и подсистему технологического объекта - Т, осуществляющего преобразование исходных материалов в конечную продукцию. Оборудование как подсистема энергоресурсов обеспечивает энергией производственный процесс.
Рисунок 1.1- Упрощенная схема производственной системы
Цель производственной системы – удовлетворять растущие потребности общества за счет увеличения выпуска продукции, повышения ее качества и снижения себестоимости. Для этого необходимо, чтобы работа всех в совокупности элементов, в том числе и электрооборудование, была подчинена производственной системе. Поэтому цель эксплуатации состоит в обеспечении эффективной работы электрифицированных технологических объектов за счет поддержания требуемой надежности и рационального использования электрооборудование.
Объект изучения рассмотрим на примере электрооборудования. На достижение требуемого качества эксплуатации электрооборудования основное влияние оказывают: источник электроснабжения, определяющий качество электроэнергии; эксплуатационные свойства используемого электрооборудования, характеризующие его пригодность к эксплуатации; технологический объект, определяющий режимы использования и условия окружающей среды; служба эксплуатации, от которой зависит качество обслуживания, ремонта и других работ по обеспечению надежности электрооборудование. Система названных элементов (рис. 1.2.) составляет обобщенный объект изучения теории эксплуатации электрооборудование и обозначается для краткости: источник – электроприемник – технологический объект – служба эксплуатации (система И-Э-Т-С). Каждый выделенный элемент системы дает обобщенное представление о реальных объектах.
Рисунок 1.2- Обобщенная схема системы И-Э-Т-С
Источник – это электрооборудование системы сельского электроснабжения.
Электроприемник – это совокупность электрооборудования от ввода в помещение до рабочего органа или рабочей зоны технологического объекта, включающая три функциональных звена: Эи – устройство присоединения к источнику (внутренняя проводка, пускозащитная аппаратура, средства автоматики и т. п.); Эп – непосредственно электроприемник-преобразователь энергии (электрическая машина, электронагреватель и т. п.); Эт – устройство передачи энергии от электроприемника к технологическому объекту.
Технологический объект – это любая электрифицированная машина, установка, поточно-технологическая линия и другая сельскохозяйственная техника.
Служба эксплуатации – это специалисты электротехнической службы (ЭТС) хозяйства или района, которые контролируют использование и осуществляют обслуживание (ремонт), а также их ремонтно-обслуживающая база.
Наряду с пространственными границами объект изучения характеризуются временными границами, которые охватывают процессы использования, обслуживания и комплектования. Необходимость учета процесса комплектования на стадии эксплуатации обусловлена тем, что для изделий массового применения требования потребителей настолько разнообразны, что на стадии создания электрооборудования их невозможно учесть достаточно подробно и заводу-изготовителю приходится ориентироваться на некоторые усредненные условия эксплуатации, которые иногда не совпадают с конкретной системой И-Э-Т-С. Чтобы в этом случае добиться качественного и эффективного использования электрооборудования, эксплуатационный персонал должен проверить правильность его комплектования и при необходимости подобрать другие типоразмеры или режимы работы, наиболее подходящие для конкретных условий эксплуатации.
Взаимосвязь процессов обслуживания, использования и комплектования, определяющие временные границы объекта изучения, показана на рисунке 1.3.
Система И-Э-Т-С относится к типу «человек-машина», через технологический объект она связана с животными, растениями и с биотехническими системами сельскохозяйственного производства. Неодинаковая природа связей, возникающих между биологическими и техническими звеньями, многообразие элементов и связей между ними и ряд других признаков, присущих данной системе, относят ее к числу сложных. Чтобы упростить исследование, общую систему И-Э-Т-С разделяют на несколько уровней, на каждом из которых конкретизируют взаимосвязь специалиста (группы специалистов) ЭТС с элементами технической системы: от эксплуатации отдельного вида электрооборудования до эксплуатации целого парка электрооборудования.
Условия эксплуатации – это совокупность всех внешних факторов, от которых зависит эффективность эксплуатации электрооборудования. К ним относятся условия: использования, окружающей среды, электроснабжения и обслуживания.
Условия использования зависят от особенностей технологического объекта. Их определяют режимом работы, характером и уровнем нагрузки, занятостью в течение суток, месяца и года, а также ответственностью объекта, которая характеризуется размером технологического ущерба, возникающего при отказе электрооборудования.
Условия окружающей среды характеризуют дестабилизирующие воздействия на электрооборудование в периоды работы и простоя. В этой группе выделяют климатические условия, место размещения, загазованность, влажность, уровень вибрации и другие воздействия, вызывающие ухудшение свойств электрооборудования.
Условия электроснабжения оценивают влияние источника электроэнергии на надёжность и процессы работы электрооборудования. Они характеризуются качеством напряжения в установившемся и пусковом режимах, потерями энергии в системе её передачи и распределения, а также удельными затратами на электроэнергию.
Условия обслуживания дают сведения о качестве технического обслуживания, текущего и капитального ремонтов, оперативности устранения отказов и затратах ресурсов на все эксплуатационные работы.
Эффективность эксплуатации. В общем случае под эффективностью понимают успешность выполнения поставленной задачи или достижения определенной цели. Для измерения эффективности принимают некоторые характеристики изучаемой системы в качестве критериев эффективности. При этом учитывают, что правильный их выбор имеет важное народнохозяйственное значение, так как ошибочный критерий исказит оценку результатов работы коллектива исполнителей и направит их деятельность по ложному пути.
В соответствии с действующей методикой оценки капитальных вложений и новой техники критерием эффективности служат приведенные затраты. Они состоят из суммы капитальных вложений К, приведенных к одному году при помощи коэффициента нормативной эффективности Ен, и годовых текущих затрат, т.е. издержек производства И:
З = Ен К + И
Этот критерий можно использовать при поиске оптимальных решений эксплуатационных задач в тех случаях, когда сравниваемы варианты равноценны по конечному результату. Обычно намечаемые эксплуатационные мероприятия приводят к изменениям затрат потребляемой энергии и конечных результатов производственного процесса. В этом случае применяют критерий удельных приведенных затрат
где У – ущерб производственной системы, обусловленный некачественным функционированием электрооборудования; W – количество потребляемой электроэнергии за год.
Ежегодные издержки производства, зависящие от электрооборудования, определяют по выражению:
И = Ирен+Икр+Иэ+Ито+Итр+Ипр ,
где Ирен– амортизационные отчисления на реновацию, предназначенные для полного возмещения основных фондов по истечении срока службы электрооборудования; Икр– амортизационные отчисления на капитальный ремонт; Иэ– затраты на электроэнергию; Ито– затраты на техническое обслуживание (оперативное и плановое); Итр– затраты на текущий ремонт; Ипр – прочие затраты.
Принято считать, что вариант решения, для которого критерий имеет наименьшее из возможных значений, наиболее эффективен.
Эксплуатация электрооборудования, при которой потребность производственного процесса в энергии удовлетворяется полностью при наименьших приведенных удельных затратах, назвается оптимальной по удельным затратам.
Практическая ценность результатов исследования тем выше, чем полнее учтены реальные условия эксплуатации при их математическом описании. Чтобы повысить абсолютный эффект оптимизации, приходится усложнять вычислительные процедуры за счет учета случайного характера изменения характеристик системы И-Э-Т-С, неопределенности информации и многокритериальности эксплуатационных задач.
Предмет и методы изучения курса. Предметом изучения в курсе «Эксплуатация электрооборудования» служат основные закономерности, правила и способы выбора (комплектования), использования, технического обслуживания и ремонта электрооборудования, а также методы решения эксплуатационных задач. Теоретические вопросы изучают на примере обобщенных моделей, в которых используются понятия: объект, изделие, оборудование. Они могут заменять любые конкретные виды энергетического оборудования.
Содержание предмета изучения показано на рис. 2.1. Все темы условно разделены на пять разделов и ряд подразделов. Предметом изучения в первом разделе служат исходные сведения об изучаемом оборудовании, основные свойства оборудования, задачи и условия эксплуатации оборудования на предприятиях агропромышленного комплекса.
Второй раздел это теоретические основы эксплуатации энергетического оборудования. Здесь рассмотрены общие закономерности получения наибольшей пользы от энергетического оборудования за счет управления его состоянием в периоды использования и обслуживания.
Рисунок 1.4- Примерное содержание предмета изучения
Третий раздел посвящен изучению закономерностей рационального использования энергооборудования. В отличие от многочисленных материалов по эксплуатации энергооборудования, где приводят рекомендации по организации обслуживания и ремонта лишь применительно к сложившимся на практике условиям использования, в этом разделе рассматриваются методы проверки комплектования энергетических установок, обоснования оптимальных уровней нагрузки, занятости и резервирования энергооборудования.
Важное место занимает четвертый раздел - техническая эксплуатация оборудования. Здесь предметом изучения являются правила, технологические процессы и приемы технического обслуживания, текущего ремонта и хранения конкретных видов энергооборудования, используемого в производстве и в быту.
В пятом разделе приведены способы организации эксплуатации и построения энергетических служб. Научно-технический прогресс непрерывно повышает требования к специалистам-эксплуатационникам. Они должны не только хорошо знать достигнутое в науке и практике эксплуатации энергооборудования, но и уметь самостоятельно ставить и решать новые эксплуатационные задачи, направленные на ускорение развития агропромышленного комплекса. Поэтому при изучении курса ставится задача привить навыки технического творчества и методической культуры. Особенность эксплуатационных задач состоит в том, что они имеют не только техническое, но и организационное, управленческое и социальное содержание. Все они по своей сущности являются технико-экономическими задачами. При их решении необходимо учитывать гораздо больше факторов, чем при изучении рабочих процессов энергооборудования. Многие из них, в том числе и человеческий фактор, имеющий решающее влияние на результаты эксплуатации, не имеют четкого количественного описания. Поэтому при изучении курса применяют различные методы познания: эксперимент, аналогию, сравнение, анализ, синтез, системный подход и т.п. Эксперимент как метод научного познания - один из самых древних и самых распространенных. Благодаря наглядности и убедительности он имеет большую познавательную роль. Методы экспериментирования плодотворно развиваются. В последние годы нашли широкое применение методы активного планирования эксперимента. При изучении эксплуатации энергооборудования многие зависимости выявляются лишь по экспериментальным данным (связь показателей надежности с условиями эксплуатации, влияние качества электроэнергии на КПД энергооборудования и т.п.).
При использовании системного подхода в объекте изучения (например, в системе И-Э-Т-С) следует выделить и взаимоувязать следующие аспекты: структурный, позволяющий проанализировать элементный состав объекта; функциональный, показывающий взаимосвязь различных функций системы; технико-экономический, рассматривающий технические характеристики во взаимосвязи с экономическими законами и задачами; социальный, раскрывающий производственные отношения в коллективе и индивидуальные интересы работников, обслуживающих технику; кибернетический, определяющий внутреннюю организацию и управление системой; исторический, раскрывающий возникновение системы, основные тенденции и перспективы ее развития.
При изучении курса применяют различные методы познания: эксперимент, аналогию, сравнение, анализ, синтез, системный подход и т.п. Эксперимент как метод научного познания – один из самых древних и самых распространенных. Благодаря наглядности и убедительности он имеет большое познавательное значение. Методы экспериментирования плодотворно развиваются. В последние годы нашли широкое применение методы активного планирования эксперимента. При изучении эксплуатации электрооборудования многие зависимости выявляются лишь по экспериментальным данным (связь показателей надежности с условиями эксплуатации, влияние качества электроэнергии на КПД электрооборудования и т.п.).
Задачи и условия рациональной эксплуатации электрооборудования. Главная цель эксплуатации электрооборудования, как показано в исходных положениях теории эксплуатации, состоит в поддержании таких уровней его надежности и использования, при которых обеспечивается эффективная работа технологических объектов, оснащенных этим оборудованием.
Анализируя содержание главной цели, в ней можно выделить три промежуточные цели: обеспечение требуемой надежности электрооборудования, обеспечение рационального использования электрооборудования, снижение эксплуатационных затрат.
Каждая из выделенных целей ставит перед эксплуатацией ряд технических, технологических, социальных и экономических задач, взаимосвязь которых показана в табл. 1.1.
Таблица 1.1- Классификация целей и задач эксплуатации
Поддержание требуемой надежности |
||||||||||||
Технические задачи |
Организационные задачи |
|||||||||||
Совершенствование и замена устаревшего электрооборудования |
Предупреждение аварийных режимов источника и технологического объекта |
Совершенствование ремонтно-обслуживающей базы |
Повышение квалификации и совершенствование системы стимулирования персонала |
Совершенствование учета отказов, простоев |
Совершенствование организации технической эксплуатации |
|||||||
Рациональное использование электрооборудования |
||||||||||||
Технико-технологические задачи |
Организационные задачи |
|||||||||||
Повышение суточной и годовой занятости |
Поддержание оптимальной нагрузки |
Применение принудительных режимов работы |
Разработка нормативов оптимального использования |
Совершенствование учета и системы стимулирования результатов использования |
||||||||
Поддержание оптимального уровня затрат на эксплуатацию |
||||||||||||
Социальные задачи |
Организационные задачи |
|||||||||||
Формирование трудовых коллективов |
Внедрение научной организации труда |
Улучшение жилищно-бытовых условий |
Повышение производительности труда |
Повышение фондовооруженности |
Совершенствование системы оценки результатов работы |
Решение технических задач связано с повышением качества оборудования за счет его совершенствования и своевременной замены устаревших изделий, улучшения обслуживания, оптимизации режимов использования и внедрения автоматизации. Технологические задачи направлены на более тщательное согласование технологических процессов с возможностями оборудования, на снижение энергоемкости процессов и повышение качества выпускаемой продукции.
Социальные задачи, имеющие большое, но часто недооцениваемое значение, состоят в улучшении моральных, трудовых и бытовых условий специалистов энергетических служб (ЭНС). Организационные задачи направлены на совершенствование формы, структуры, принципов управления ЭНС; на улучшение способов выполнения технического обслуживания, текущих и капитальных ремонтов; на достижение четкого взаимодействия подразделений и специалистов службы.
Лекция №2 Показатели и нормативы качества электроэнергии Влияние качества электрической энергии на работу электроприемников
Показатели качества электроэнергии
Положительный эффект от электрификации может быть получен при условии снабжения потребителей качественной электроэнергией. При снижении его не только ухудшаются показатели функционирования электрооборудования и энергетических установок, использующих электроэнергию, но и наносится серьезный ущерб электрифицированному производству.
Требования к качеству электрической энергии у нас в стране регламентирована ГОСТ 13109-99 «Электрическая энергия. Требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения». Стандарт устанавливает требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются приемники или потребители электрической энергии, кроме: электрических сетей специального назначения (контактные тяговые, связи), сетей передвижных установок (поездов, самолетов) автономных систем электроснабжения; сетей временного назначения, сетей присоединенных к передвижным источникам питания.
По ГОСТу показатели качества электрической энергии (ПКЭ) разделены на две группы:
ПКЭ основные
ПКЭ дополнительные.
Основные ПКЭ определяют свойства электрической энергии, характеризующие ее качество. Следует отметить, что показатели связанные с напряжением зависят от протяженности сети и количества трансформации. Чем выше класс напряжения, тем жестче требования к нормам качества электрической энергии. Частота сети является общесистемным параметром качества и является одинаковой для всех классов напряжения.
ГОСТ устанавливает 11 основных ПКЭ:
- отклонение частоты
;
- установившееся
отклонение напряжения
;
- размах изменения
напряжения
;
- дозу фликера
(мерцания или колебания)
;
- коэффициент
искажения синусоидальности кривой
напряжения
;
- коэффициент
-й
гармонической составляющей напряжения
;
- коэффициент
несимметрии напряжений по обратной
последовательности
;
- коэффициент
несимметрии напряжений по нулевой
последовательности
;
- глубину и
длительность провала напряжения
;
- импульсное
напряжение
;
- коэффициент
временного перенапряжения
При определении значений некоторых показателей КЭ используют следующие вспомогательные параметры электрической энергии:
- частоту повторения
изменений напряжения
;
- интервал между
изменениями напряжения
;
- глубину провала
напряжения
;
- частота появления
провалов напряжения
;
- длительность
импульса по уровню 0,5 его амплитуды
;
- длительность
временного перенапряжения
Установлены два вида норм ПКЭ: нормально допустимые (норм.) и предельно допустимые (пред.).
Рассмотрим наиболее применимые из основных показатели качества электроэнергии.
Отклонение частоты и причины его возникновения
Отклонение частоты
в электрической системе, Гц, характеризует
разность между действительным
и номинальным значениями частоты fном
переменного тока в системе электроснабжения
и определяется по выражению:
Допустимые нормы по отклонениям частоты составляют:
= ±0,2 Гц;
= ±0,4 Гц.
Отклонение частоты обусловлено дисбалансом между активной мощностью генераторе электростанций и мощностью, потребляемой нагрузкой с учетом потерь мощности на передачу в электрической сети.
Отклонение напряжения
Отклонение
напряжения характеризуется показателем
установившегося отклонения текущего
значения напряжения
от номинального значения
:
Отклонение напряжения обусловлено изменением потерь напряжения, вызываемых изменением мощностей нагрузок. Отклонение напряжения нормируется на выводах приемников электрической энергии:
Нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения равны соответственно ±5 и ±10% от номинального значения напряжения.
Размах изменения напряжения
Размах изменения
напряжения – разность между следующими
друг за другом действующих значений
напряжения любой формы, т. е. между
следующими друг за другом максимальным
и минимальным
значениями огибающей действующих
значений напряжения.
Предельно допустимое значение суммы установившегося отклонения напряжения и размаха изменений напряжения , в точках присоединения к электрическим сетям напряжением 0,38 кВ равно ±10% от номинального напряжения.
Доза фликера
Фликер (мерцание) – субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения вызванных колебаниями напряжения в электрической сети, питаю щей эти источники.
Доза фликера – мера восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный промежуток времени, т. е. интегральная характеристика колебаний напряжения, вызывающих у человека накапливающееся за установленный период времени раздражение мерцаниями (миганиями) светового потока.
Предельно допустимое значение для кратковременной дозы фликера колебаниях напряжения 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, равно 1,0, а для длительной дозы фликера в этих же точках равно 0,74.
Несинусоидальность напряжения
Несинусоидальность
напряжения появляется потому, что в
кри-1вой напряжения, помимо гармоники
основной частоты
,
имеют место гармоники
других высших частот, кратных основной
частоте (
= 2, 3,4 …
).
Причиной возникновения несинусоидальности напряжения является наличие потребителей электроэнергии с нелинейной вольтамперной характеристикой. Основной вклад в несинусоидальность напряжения вносят тиристорные преобразователи электрической энергии.
Несинусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями:
- коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения;
- коэффициентом -й гармонической составляющей напряжения.
Коэффициент
искажения синусоидальности кривой
напряжения
,
%, является отношением суммарного
действующего значения всех высших
гармоник к действующему значению
напряжения основной гармоники, причем
:
Таблица 2.1- Значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения, %
Нормально допустимое значение при
|
Предельно допустимое значение при
|
||||||
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 |
При определении коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в практике не учитывают гармоники порядка 13 и выше.
Коэффициент
-й
гармонической составляющей
,
% является отношением действующего
значения напряжения
-й
гармоники
к действующему значению напряжения
первой гармоники:
Несимметрия напряжения
Несимметрия трехфазной системы напряжений появляется при наличии в трехфазной электрической сети напряжений обратной и нулевой последовательностей, значительно меньших по величине соответствующих составляющих напряжения прямой (основной) последовательности.
Основной причиной возникновения несимметрии напряжения являются потребители с несимметричным потреблением мощности по фазам. К ним относятся: однофазные потребители, включаемые на фазное либо междуфазное напряжения; трехфазные потребители с несимметричным потреблением мощности по фазам (в частности, дуговые сталеплавильные печи, сварочные установки). Причиной несимметрии напряжений может быть также несимметрия сопротивлений сети по фазам.
Несимметрия трехфазной системы напряжений характеризуется коэффициентами несимметрии обратной последовательности , %, и нулевой последовательности , %, которые представляют собой отношение действующего значения напряжения соответственно обратной и нулевой последовательности к действующему значению напряжения прямой последовательности (к номинальному напряжению):
где
и
– действующие значения напряжения
соответственно обратной и нулевой
последовательностей основной частоты
трехфазной системы напряжений, В и
кВ.
Нормальные и предельно допустимые значения К2 и К0 не должны превышать соответственно 2 и 4%.
В приложении к Госту конкретно поясняется, как следует определять действующие значения напряжений обратной и нулевой последовательности. Приведены также конкретные рекомендации по определению дополнительных ПКЭ и вспомогательных ПКЭ.
Приближенные формулы для определения напряжений обратной и нулевой последовательностей:
,
где
и
– наибольшее и наименьшее значение из
трех междуфазных напряжений основной
частоты, В, кВ.
,
где
и
– наибольшее и наименьшее значение из
трех фазных напряжений основной частоты,
В, кВ.
Влияние качества электрической энергии на работу электроприемников
Из всех показателей первостепенное значение имеют отклонения и колебания напряжения. Это обусловлено двумя причинами: во-первых, отклонение напряжения существенно влияет на технико-экономические параметры всех видов электрооборудования; во-вторых, отклонение напряжения в большей мере, чем другие показатели, не соответствуют норме.
Степень влияния отклонений напряжения зависит от их значения, знака и продолжительности, а также типа электроприемника.
Основной потребитель электроэнергии в сельскохозяйственном производстве – трехфазный асинхронный двигатель. Поэтому наиболее подробно рассмотрим работу асинхронного двигателя при неноминальных условиях.
Работа трехфазных асинхронных двигателей при неноминальных условиях
Работа асинхронного двигателя при напряжении выше номинального
Рассмотрим влияние
повышения напряжения при частоте сети
,
равной номинальной
и моменте нагрузки на валу
равному или близкому к номинальному
.
Если пренебречь потерей напряжения, то:
,
где ω1 - число витков обмоток статора;
kоб.1 - обмоточный коэффициент;
Ф1 - магнитный поток, Вб.
Из вышеприведенного
выражения следует, что при
увеличение напряжения приводит к
увеличению магнитного потока машины.
Увеличение магнитного потока приводит
к увеличению реактивной составляющей
тока холостого хода
,
и следовательно, к увеличению тока
холостого асинхронного двигателя
.
С другой стороны:
,
где
- ток ротора асинхронного двигателя или
нагрузочная составляющая тока статора,
откуда следует, что при
увеличение
приводит к уменьшению тока
и нагрузочной составляющей первичного
тока. Первичный ток
определяется выражением:
,
Причем одна
составляющая этого выражения возрастает,
а другая уменьшается. Изменение
при увеличении
до
10% зависит от соотношения
/
При
первичный
ток возрастает, при
первичный
ток остается неизменным и даже может
уменьшиться. При увеличении
более 10% первичный ток возрастает в
обоих случаях.
Нагрев электрической
машины происходит вследствие потерь в
обмотках и стали. Увеличение
приводит к увеличению магнитной индукции
.
Потери в стали приблизительно
пропорциональны квадрату индукции и
квадрату частоты, а потери в обмотке
квадрату протекающего по ним тока.
Электрические машины сконструированы
таким образом, что при увеличении
напряжения до 10% потери в стали остаются
в пределах допустимых.
Следовательно,
при увеличении напряжения асинхронный
двигатель перегревается вследствие
повышения потерь в обмотке статора и
стали машины. Перегрев асинхронного
двигателя выше допустимого приводит к
уменьшению его срока службы
.
Также ухудшаются и другие эксплуатационные
показатели: уменьшается
и коэффициент полезного действия
.
Работа асинхронного двигателя при напряжении ниже номинального
Рассмотрим
уменьшение напряжения на зажимах
асинхронного двигателя при условиях
аналогичных вышеприведенным. Анализ
предыдущих выражений приводит к
следующему выводу. В результате уменьшения
уменьшается
увеличивается ток
.
Изменение первичного
тока в этом случае определяется загрузкой
электрического двигателя
Как было установлено, при большой нагрузке асинхронного двигателя уменьшение напряжения на его зажимах приводит к перегрузке обмоток двигателя токами со всеми вытекающими отсюда последствиями (увеличение потерь, уменьшение кпд, перегрев обмоток). Если двигатель длительно работает при понижении напряжении, то из-за большого нагрева износ изоляции ускоряется и срок службы уменьшается в 1,5 раза. Приближенно эту связь записывают следующей формулой:
где
- срок службы изоляции при номинальном
напряжении и номинальной загрузке;
- загрузка;
- отклонение напряжения.
Если двигатель
нагружен слабо, например до 35 – 40% от
номинальной мощности, то уменьшение
может привести к улучшению энергетических
показателей двигателя. Действительно,
намагничивающий ток
в результате уменьшения потока при этом
весьма значительно уменьшается, и,
следовательно, коэффициент мощности
заметно увеличивается. Уменьшаются
пропорционально
также магнитные потери. Хотя при
уменьшение
будет вызывать соответствующее
увеличение
,
вследствие недогрузки двигателя
величина
может не превышать номинального значения.
Нагрузочная составляющая
увеличивается так же, как
,
но ввиду уменьшения
результирующая величина
может даже уменьшиться. В результате
указанных причин величина кпд может
увеличиться. По ряду причин некоторые
асинхронные двигатели в условиях
эксплуатации могут быть сильно
недогруженными. Если обмотки статора
таких двигателей нормально соединены
в треугольник, то для улучшения их
и кпд может оказаться целесообразным
переключение их в звезду. Напряжения
фаз при этом уменьшатся в
раза, что вызовет также уменьшение
раза, уменьшение
в 2 – 2,5 раза и при условии
– увеличение
в
раза. Если при этом кпд улучшится или
даже останется неизменным, то для
улучшения
сети целесообразно переключить
обмотки статора в звезду. Величина
нагрузки, ниже которой такое переключение
для данного двигателя целесообразно,
должна быть установлена путем расчета
или экспериментально.
Работа асинхронного двигателя при изменении частоты
Частота сети
может отличаться от номинальной
в особенности в маломощных автономных
энергетических установках (транспорт,
лесоразработки, изолированные строительные
объекты и пр.). Рассмотрим влияние
изменения частоты на работу двигателя,
когда
и момент нагрузки на валу
равен или близок номинальному.
Если пренебречь падениями напряжения, то
откуда следует,
что при
и
изменение
приводит к изменению потока двигателя
.
С другой стороны,
откуда следует, что при изменение приводит к изменению вторичного тока и нагрузочной составляющей первичного тока.
Ввиду заметного
насыщения магнитной цепи асинхронных
двигателей уменьшение
и соответствующее ему увеличение
приводят к значительному увеличению
намагничивающего тока
.
Например, уменьшение
на 10% обычно вызывает увеличение
на 20—30°о. Хотя при увеличении
и
ток
соответственно уменьшается, более
значительное увеличение намагничивающего
тока может вызвать общее увеличение
первичного тока и перегрев первичной
обмотки.
Увеличение и соответствующее ему уменьшение приводят к заметному уменьшению намагничивающего тока. При этом, однако, при растет ток , что приводит к перегрузке током обмотки ротора, а при определенных условиях также и к перегрузке обмотки статора.
Таким образом, как уменьшение, так и увеличение частоты вызывают ухудшение условий работы асинхронных двигателей, работающих при нагрузках, близких к номинальным. Поэтому колебания частоты сети должны быть ограничены. По ГОСТ двигатели должны отдавать номинальную мощность при отклонениях частоты от номинального значения до ±5%.
При одновременном отклонении напряжения и частоты двигатели переменного тока, согласно ГОСТ, должны отдавать номинальную мощность, если сумма процентных значений этих отклонений без учета знаков не превосходит 10%.
Величина моментов
в механической характеристике асинхронного
электродвигателя прямо пропорционально
напряжению на его зажимах. Снижение
напряжения существенно уменьшает
крутящий момент. При изменении
на 10%
изменяется на 19%. Отрицательное отклонение
может настолько снизить момент, что
затруднит пуск электродвигателя или
вызовет его “опрокидывание” при работе
под нагрузкой. При работе сельскохозяйственных
машин это факторы необходимо учитывать
наряду с оптимизацией нагрузки
электродвигатель должен быть проверен
на возможность пуска.
Работа трехфазного асинхронного двигателя при искажении
симметрии напряжения
Несимметричные режимы работы асинхронных машин целесообразно исследовать с помощью метода симметричных составляющих, пренебрегая насыщением и пользуясь методом наложения. Составляющие нулевой последовательности в токах обмоток асинхронных двигателей обычно не возникают, так как нулевые точки этих обмоток, если обмотки соединены в звезду, обычно изолированы. Поэтому следует рассмотреть поведение асинхронных машин по отношению к прямой и обратной составляющим напряжений и токов.
Пусть система
трехфазных напряжений, приложенных
к первичной обмотке асинхронной машины,
несимметрична и содержит составляющие
прямой (
)
и обратной (
)
последовательности. Введя дополнительный
индекс 1 для обозначения прямой
последовательности, а затем
распространим эти результаты на
напряжения и токи обратной
последовательности (с дополнительным
индексом 2).
Напряжения
вызывают в первичной цепи машины токи
прямой, последовательности
.
Эти токи создают магнитное поле и поток
прямой последовательности, которые
вращаются со скоростью:
и индуктируют токи
прямой последовательности
во вторичной обмотке. Токи
и
создают общее магнитное поле прямой
последовательности, вращающееся со
скоростью
Скольжение ротора относительно этого
поля есть скольжение прямой
последовательности г
где – скорость вращения ротора, положительная в случае, когда ротор вращается в сторону поля прямой последовательности.
Для системы токов и напряжений прямой последовательности действительна схема замещения рис. 6.1, а. Эта схема позволяет рассчитать токи и ( если известны и параметры машины.
Рисунок 2.1 - Схемы замещения асинхронной машины для токов и напряжений прямой (а) и обратной (б) последовательности
Токи и поле прямой последовательности создают вращающий момент прямой последовательности:
Напряжения обратной
последовательности
,
приложенные к первичной обмотке, вызывают
в ней токи обратной последовательности
.
Токи
создают поле обратной последовательности,
вращающееся с той же скоростью, что и
поле прямой последовательности, но
в обратную сторону, так как эти токи
имеют обратное чередование фаз.
Следовательно, скорость поля обратной
последовательности:
Это поле индуктирует
во вторичной цепи токи обратной
последовательности
.
Токи
и
создают общее магнитное поле обратной
последовательности. Скольжение ротора
относительно этого поля, или скольжение
обратной последовательности:
Для системы токов
и напряжений обратной последовательности
действительна схема замещения рис. 6-1,
б, которая аналогична схеме рис. 6-1, а,
однако вместо
скольжение
.
Токи и поле обратной последовательности создают .вращающий момент обратной последовательности:
Знак минус здесь
введен по той причине, что при
>
0 момент
действует в сторону вращения обратного
поля и является поэтому отрицательным.
На ротор машины действует общий вращающий момент:
Необходимо отметить,
что, кроме моментов
и
,
в результате взаимодействия токов
обратной последовательности ротора с
прямым полем и взаимодействия токов
прямой последовательности ротора с
обратным полем возникают также добавочные
составляющие вращающего момента.
Однако эти добавочные моменты пульсируют
с большой частотой, равной
и средняя величина их равна нулю. Поэтому
они практически не оказывают влияния
на движение ротора. Вместе с тем в
результате взаимодействия прямых и
обратных полей возникают вибрационные
радиальные силы частоты
.
Рассматривая характерный для
практики случай соединения обмоток по
схеме звезда без нулевого провода»,
можно установить, что вращающий момент
двигателя снизится за счет противодействия
момента обратной последовательности.
Поскольку сопротивление обратной последовательности асинхронных двигателей в 5... 7 раз меньше сопротивления прямой последовательности, то при наличии даже небольшой составляющей обратной последовательности возникает значительный ток. Этот ток накладывается на ток прямой последовательности и вызывает перегрев двигателя, в результате чего уменьшается его располагаемая мощность. Быстро стареет изоляция и т.д. Опасность несимметрии заключается в том, что ток одной из фаз увеличивается, вызывая ее перегрев и преждевременный выход из строя. Поэтому для соблюдения нормируемого перегрева при 5%-ной несимметрии рекомендуют снижать нагрузку электронагревателя на 5…10% против номинальной, 10% - на 25 – 40, 1 – 2% – на 3 – 4%.Так, срок службы полностью загруженного двигателя, работающего при коэффициенте несимметрии 4%, сокращается в два раза.
Поскольку сопротивление обратной последовательности асинхронных двигателей в 5... 7 раз меньше сопротивления прямой последовательности, то при наличии даже небольшой составляющей обратной последовательности возникает значительный ток. Этот ток накладывается на ток прямой последовательности и вызывает перегрев двигателя, в результате чего уменьшается его располагаемая мощность. Быстро стареет изоляция и т.д. Так, срок службы полностью загруженного двигателя, работающего при коэффициенте несимметрии 4%, сокращается в два раза.
Значительное внимание следует обращать на величину фазных токов. Для асинхронных двигателей с большой кратностью тока короткого замыкания асимметрия токов в фазах превышает асимметрию в 3…8 раз, что вызывает её перегрев и преждевременный выход из строя.
Поэтому для соблюдения нормируемого перегрева при 5%-ной несимметрии рекомендуют снижать нагрузку электронагревателя на 5…10% против номинальной, 10% - на 25 – 40, 1 – 2% – на 3 – 4%.
Несинусоидальность приложенного напряжения приводит к появлению тока высших гармоник, что проявляется в поверхностном эффекте (вытеснение тока к поверхности проводника), что приводит к дополнительным потерям тепла, нагреву изоляции электрооборудования и снижению срока его службы.
В целом несинусоидальные режимы обладают теми же недостатками, что и несимметричные. Однако несинусоидальные токи приводят к большему дополнительному нагреву вращающихся машин, наряду с этим растут вибрационные нагрузки.
Работа осветительных установок при отклонении напряжения
Особенно
чувствительны к изменению напряжения
осветительные установки. Их основные
параметры, световой поток и срок службы
имеют следующую связь с напряжением,
выраженным относительно номинального
значения
для ламп накаливания:
мощность
световой поток
световая отдача
срок службы
В лампах накаливания при снижении напряжения заметно падает световой поток, что отрицательно сказывается на освещенности рабочих мест, а это, в свою очередь, влияет на производительность труда, утомляемость работников и ухудшение условий безопасности при выполнение технологических операций. Для нормальной освещённости при пониженном напряжении требуется увеличение числа ламп накаливания или их мощности, что приводит к перерасходу электрической энергии.
При повышенном напряжении сверх номинального резко сокращается срок службы лампы и имеет место перерасход электрической энергии.
Повышение напряжения катастрофически опасно для ламп накаливания. Если отклонения составляют 4 – 10%, то срок службы снижается в 5 раз. При повышении напряжения на 15% лампа служит не более 90 ч, т. е. всего одну неделю. В таких случаях экономически оправдано применение местных средств регулирования напряжения, например вольтдобавочных трансформаторов
для люминесцентных ламп:
срок службы
световой поток
Люминесцентные лампы менее резко реагируют на изменение напряжения, но при снижении напряжения до 93…94% от номинального лампы могут не загореться. При повышении напряжения на 6…7% перегревается вспомогательная аппаратура. С увеличением подводимого напряжения возрастает потребление люминесцентными лампами реактивной мощности, что приводит к дополнительным потерям энергии и ухудшает . Следует также отметить, что в отличие от ламп накаливания, срок службы люминесцентных ламп сокращается не только при повышении напряжении, но и при его снижении. При отклонениях напряжения в пределах ±10% срок службы люминесцентных ламп в среднем снижается на 20…25%
для ДРЛ:
срок службы
световой поток
Работа специальных установок при отклонении ПКЭ от номинальных
Электронагревательные и термические установки очень чувствительны к отклонениям напряжения. Общим для всех типов электронагревательных установок является то, что потребляемая мощность (активная) зависит от квадрата приложенного напряжения. Поэтому при снижении напряжения производительность электронагревательных установок снижается пропорционально квадрату напряжения, что требует увеличения времени работы установки и сопровождается увеличением расхода энергии на единицу продукции. При повышении напряжения происходит увеличение потребляемой мощности электронагревательной установкой и резко сокращается срок службы нагревательных элементов. Таким образом, как снижение, так и повышение напряжения для электронагревательных установок нежелательны.
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.
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 0,9
время сварки увеличивается на 20 %, а при
выходе его за пределы (0,9... 1,1)
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.
Конденсаторы. Реактивная мощность конденсаторов, как и любого постоянного сопротивления, пропорциональна квадрату напряжения. Это значит, что при понижении напряжения в сети мощность конденсаторов снижается пропорционально квадрату напряжения.
При появлении в трехфазной сети напряжения нулевой последовательности ухудшаются режимы напряжений для однофазных приемников. Токи нулевой последовательности постоянно протекают через заземлители и значительно высушивают грунт, увеличивая сопротивление заземляющих устройств.
Несимметрия напряжения значительно ухудшает режимы работы многофазных вентильных выпрямителей. В результате различия напряжения по фазам значительно увеличивается пульсация выпрямленного напряжения. Значительное отрицательное влияние несимметрия напряжения может оказывать на систему импульсно-фазового управления тиристорных преобразователей.
Конденсаторные установки при несимметрии напряжений неравномерно загружаются реактивной мощностью по фазам, что делает невозможным полное использование установленной мощности. Кроме того, конденсаторные установки в этом случае усиливают уже существующую несимметрию, так как отдаче реактивной мощности в сеть в фазе с наименьшим напряжением будет меньше, чем в остальных фазах (пропорционально квадрату напряжения).
Несимметрия напряжения значительно влияет и на однофазные потребители. Если фазные напряжения неодинаковы, то, например, лампы накаливания, подключенные к фазе с более высоким напряжением, имеют больший световой поток, но значительно меньший срок службы по сравнению с лампами, подключенными к фазе с меньшим напряжением.
Несимметрия усложняет работу релейной защиты, ведет к ошибкам при работе счетчиков электроэнергии и т.д.
В производстве и быту широкое распространение получают электроприёмники с нелинейными вольт-амперными характеристиками: тиристорные преобразователи, электросварочные установки, газоразрядные лампы, феррорезонансные стабилизаторы и пр. Они потребляют из сети несинусоидальный, а иногда и непериодический ток. В результате возникают нелинейные искажения кривой питающего напряжения, которые неблагоприятно сказываются на работе систем релейной защиты, автоматики, радиоэлектронной аппаратуры и силового электрооборудования.
Как уже отмечалось выше, несинусоидальные режимы обладают теми же недостатками, что и несимметричные. Они приводят к увеличению диэлектрических потерь в конденсаторах и котлах.
Проникновение высших гармоник в сеть приводит к нарушениям работы устройств телемеханики автоматически, релейной защиты. В сети возможно возникновение резонансных режимов на высших гармоник, при этом резко возрастают токи и напряжения на отдельных участках сети.