Установившееся отклонение напряжения

Отклонение напряжения – отличие фактического действующего значения напряжения в установившемся режиме работы системы электроснабжения от его номинального значения (см. рис.1).

Причины отклонения напряжения от номинальных значений:

– суточные, сезонные, технологические изменения электрической нагрузки потребителей;

– изменения мощности источников реактивной энергии;

– регулирование напряжения на генераторах энергосистемы и в узлах нагрузки;

– изменения схемы и параметров электрических сетей.

Влияние отклонения напряжения от номинальных значений на работу электроприемников:

При отклонениях напряжения изменяется световой поток, потребляемая мощность и срок службы источников искусственного освещения. Наиболее чувствительны – лампы накаливания. При снижении напряжения световой поток ламп снижается, а срок службы наоборот увеличивается []. В случае длительной работы ламп накаливания на напряжении 1,1 U_ном срок их службы сокращается в 3,5 – 4 раза. Менее чувствительны к отклонениям напряжения газоразрядные и люминесцентные лампы.

Рис. 1. Установившееся отклонение напряжения

Отклонения напряжения оказывают влияние на работу установок электротермии. При понижении напряжения снижается производительность печей, возрастает удельный расход электроэнергии на единицу продукции. Однако брака при этом в большинстве установок нет.

Отклонение напряжения оказывает влияние на качество продукции сварочных машин различного типа. Качество сварного шва напрямую зависит от количества тепла, выделенного в месте сварки, определяющегося выражением

,

где I_св – ток сварки, R_св – электрическое сопротивление места сварки, t_св – время сварки.

Как правило, у сварочных автоматов время сварки неизменно, поэтому ток сварки, а значит, и количество тепла зависит от уровня напряжения. При отклонениях напряжения выше  10 % вероятность брака значительна (см. табл.2.)[].

Табл.1. Зависимости производительности, удельного расхода электроэнергии и потерь мощности от отклонения напряжения

Виды электроприемников	Уравнения регрессии для ΔП*, Δωуд*, ΔР*, %·10-3
Металлорежущие станки с приводом от АД	ΔП*=35δU-0,5δU2 ΔP*=290δU+3δU2
Кривошипно-шатунные прессы	ΔП*=16δU-0,4δU2 ΔP*=290δU+3δU2
Печи сопротивления периодического действия	ΔП*=900δU-10δU2 Δωуд*=2,5δU2-275δU
Печи сопротивления методического действия	Производительность не зависит от величины отклонения напряжения Δωуд*=7,5δU2-425δU
Дуговые сталеплавильные печи емкостью до 10 т (дуплекс-процесс)	ΔП*=675δU-25δU2 Δωуд*=4δU2-580δU
Индукционные тигельные печи	ΔП*=2200δU Δωуд*=1,5δU2-185δU
Тиристорные преобразователи частоты (индукционный нагрев)	Производительность не зависит от величины отклонения напряжения Δωуд*=10δU2+200δU
Ламповые генераторы (индукционный нагрев)	Производительность не зависит от величины отклонения напряжения Δωуд*=25δU2-450δU
Электромашинные преобразователи частоты (индукционный нагрев)	Δωуд* не зависит от δU ΔP*=2δU2+200δU

Табл.2. Данные по влиянию напряжения на качество точечной сварки

Толщина металла, мм	Тип машины	Sпасп, кВА	tсв, с	Границы напряжения, за которыми наблюдался брак при сварке, %
1,2…3,0	МТП-150	150	0,16	-11…+10
1,0…1,0	МТП-150	150	0,14	-12…+10
1,0…1,0	МТПП-75	75	0,2	-10…+13
1,0…0,8	МТ-1607	56	0,1	-10…+10
1,0…1,0	МТП-75	75	0,12	-11…+10
3,0…5,0	МРП-400	400	0,4	-12…+14
1,2…1,5	МТП-75	75	0,18	-10…+10
1,5…1,5	МТПП-75	75	0,2	-10…+10
1,5…1,5	МТПГ-150	150	0,4	-10…+10
0,8…2,0	МТП-75	75	0,22	-10…+10
0,6…1,0	МТПП75	75	0,12	-10,5…+10
0,8…0,6	ЕРН-72	72	0,1	-10…+10
1,0…1,0	МТП-75	75	0,16	-10…+10
0,8…0,8	МТПГ-75	75	0,12	-10…+10
1,0…2,5	МТПГ-75	75	0,16	-10…+10

Снижение напряжения на зажимах асинхронных двигателей приводит к изменению механических характеристик и понижению нагрузочной способности (см. рис. 2). Вращающий момент пропорционален квадрату напряжения на зажимах статора двигателя. Как видно на рис. 2, при неизменном статическом моменте и понижении напряжения питания возрастает скольжение двигателя. В результате фактическая скорость вращения ротора двигателя определяется выражением

, (6.1)

где n_с – синхронная скорость, k_з – коэффициент загрузки, S_ном – номинальная мощность, U_ном и U_факт, соответственно, номинальное и фактическое напряжение на выводах двигателя.

Рис. 2. Механические характеристики асинхронного двигателя: М₁ – при номинальном напряжении, М₂ – при пониженном напряжении

Таким образом, выражение (6.1) и рис. 2 показывают, что динамические, механические и электрические характеристики двигателя ухудшаются. Вращающийся вал двигателя при понижении напряжения на зажимах статора может остановиться, а в случае пуска под нагрузкой, двигатель может не запуститься из-за уменьшения пускового момента. Кроме того, при работе на пониженном напряжении токи обмоток превышают номинальные значения, что влечет за собой увеличение температуры обмоток и сокращение срока службы двигателя. Повышение напряжения на зажимах статора двигателя способствует возрастанию потребляемой реактивной мощности. Это негативно сказывается как на эффективности использования самого двигателя, так и питающей его сети.

Методика определения установившегося отклонения напряжения:

В условиях эксплуатации для оценки соответствия нормам необходимо измерять в электрических сетях однофазного тока – действующее значение напряжения основной частоты U₍₁₎, а в электрических сетях трехфазного тока – действующее значение каждого междуфазного напряжения основной частоты. Затем для трехфазных электрических сетей вычисляют действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты по формуле

,

(6.2)

где U_AB(1), U_BC(1), U_CA(1) - действующие значения междуфазных напряжений основной частоты, В, кВ.

Если коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности в исследуемой точке трехфазной сети соответствует нормам, то допускается вычислять действующее значение напряжения прямой последовательности по упрощенной формуле

.

(6.3)

Если коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения не превышает 5 %, то можно вычислять напряжение прямой последовательности не по основной гармонике, а по действующему значению напряжения с учетом высших гармонических составляющих, пользуясь формулами (6.2) или (6.3).

Затем находят усредненное значение напряжения на интервале времени, равном 1 мин

,

(6.4)

где U_i – значение напряжения U_(1)i или U_1(1)i в i-ом измерении в В, кВ;

N – число измерений на интервале времени усреднения 1 мин, которое должно быть не менее восемнадцати.

Зная усредненное значение напряжения, вычисляют относительное значение установившегося отклонения напряжения по формуле

, %

(6.5)

где U_ном – номинальное междуфазное (фазное) напряжение, в В, кВ.

После того, как найдены усредненные значения отклонения напряжения за каждую минуту расчетного периода, можно произвести оценку соответствия этого показателя КЭ согласно следующим нормам:

– нормально допустимое значение ±5 %;

– предельно допустимое значение ±10 %.

Выражение (6.5) можно применять для расчетов в проектной практике, если в место U_у подставить расчетное значение напряжения, определенное в узле нагрузки с учетом потерь напряжения на элементах электрической сети.