2. Несинусоидальность напряжения. Основные показатели. Последствия высших гармоник.

Несинусоидальностьнапряжения это искажение синусоидальной формы кривой напряжения.

Главной причиной искажений являются электроприемники с нелинейной вольтамперной характеристикой – электродуговые сталеплавильные печи, вентильные преобразователи, установки дуговой и контактной сварки, преобразователи частоты, индукционные печи, электронные технические средства (телевизионные приемники, компьютеры), газоразрядные лампы и др. Электронные приемники электроэнергии и газоразрядные лампы создают при своей работе невысокий уровень гармонических искажений на выходе, но из-за большого их количества могут значительно влиять на рассматриваемый показатель.

Из курса математики известно, что несинусоидальную функцию, можно представить в виде суммы постоянной величины и бесконечного ряда синусоидальных величин с кратными частотами. Такие синусоидальные составляющие называются гармоническими составляющими или гармониками. Синусоидальная составляющая, с частотой 50 Гц период которой равен периоду несинусоидальной периодической величины, называется основной или первой гармоникой. Остальные составляющие с частотами со второй по n-ую называют высшими гармониками. Несинусоидальность характеризуется двумя нормируемыми показателями: коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициентом n-ой гармонической составляющей напряжения.

Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения К_U определяется по выражению, % где U_(n) – действующее значение n-ой гармонической составляющей напряжения, В;

n – порядок гармонической составляющей напряжения;

N – порядок последней из учитываемых гармонических составляющих напряжения стандартом устанавливается N = 40;

U_ном – номинальное напряжение сети, В.

Установленные стандартом значения К_U приведены в таблице

Значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения

Напряжение сети, кВ	0,38	6 - 20	35	110 и выше
Нормально допустимое значение KU	8	5	4	2
Предельно допустимое значение KU	12	8	6	3

Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения это отношение n-ой гармонической составляющей напряжения к действующему значению гармонической составляющей основной частоты:

Установленные стандартом максимально допустимые значения K_U(n) приведены в таблице 11.3.

Значения коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения

Напряжение сети, кВ	0,38	6 - 20	35	110 и выше
Для нечетного порядка гармоник KU(n)	6	5	4	2
Для четного порядка гармоник KU(n)	3	2,5	2	1

Б-12.1. Назовите различия в методах упорядоченных диаграмм и расчетных коэффициентов.

Порядок расчёта по способу упорядоченных диаграмм:

1) все электроприёмники разбиваются на однородные по режиму работы группы с схожими значениями коэффициентов использования и коэффициентов мощности,

2) в каждой группе электроприёмников и по узлу в целом находят пределы их номинальных мощностей и приведённое число приёмников, при всем этом все электроприёмники приводятся к ПВ=100%,

3) подсчитывают номинальную мощность узла,

4) определяют для групп электроприёмников коэффициент использования и коэффициент мощности cosφпо справочным таблицам и по чертам оборудования,

5) определяют активную и реактивную потребляемую мощность за более загруженную смену: Qсм=Рсмtgφ,

6) определяют суммарную активную и реактивную нагрузку для узла для разнородных групп электроприёмников,

7) определяют средневзвешенное значение коэффициента использования узлаи коэффициента мощности по tgφуз:

8) определяют действенное приведённое число электроприёмниковnп,

9) с учётом коэффициента максимума определяют расчётную критическую нагрузку,

10) определяют полную мощность:

и расчётный ток:

При наличии данных о числе ЭП, их мощности и режимах их работы расчет силовых нагрузок до 1 кВ рекомендуется проводить по средней мощности (P_c) и расчетному коэффициенту (К_р). Расчетный коэффициент определяется по упорядоченным диаграммам. Поэтому данный метод носит название - метод упорядоченных диаграмм.

Для расчета нагрузок необходимы исходные данные по каждому ЭП: количество и номинальная мощность ЭП (р_н); коэффициент использования по активной мощности (k_и.а); коэффициент активной мощности (cos) и режим работы. При различных режимах работы ЭП, их необходимо привести к длительному режиму (ПВ=1).

Для определения расчетной мощности узла нагрузки по методу упорядоченных диаграмм все электроприемники разбиваются на подгруппы с учетом их подключения к узлу питания (силовой пункт, щит, сборка и т.п.). Необходимо отметить, что при формировании подгруппы, резервные ЭП не учитываются [3].

По сформированным подгруппам ЭП определяются эффективное число электроприемников и средневзвешенный коэффициент использования данной подгруппы.2 . Продольная и поперечная компенсация. Устройства продольной компенсации.

Поперечная компенсация

Поперечная компенсация применяется для уменьшения перетоков реактивной мощности в сети. Батареи конденсаторов в этом случае подключают на шины 6-10 кВ подстанций параллельно нагрузке. Это приводит к уменьшению потерь мощности и напряжения во всей сети до точки подключения БК

Если реактивная мощность (мнимая мощность) генерируется около нагрузки, то ток от источника уменьшается или сводится к минимуму, что снижает потери мощности и улучшает регулирование напряжения на нагрузке. Поперечную компенсацию можно осуществить тремя способами: с помощью конденсатора, источника тока или источника напряжения. В результате, система регулирования напряжения улучшается, и величина тока, требуемая от источника, уменьшается.

Продольная компенсация применяется для уменьшения реактивного сопротивления ЛЭП. Компенсация обеспечивается п оследовательным включением в рассечку ЛЭП емкостного сопротивления в виде конденсаторов. При введении УПК в рассечку ЛЭП уменьшается индуктивное сопротивление сети и составляющая падения в реактивном сопротивлении.

Достоинства УПК:

• автоматическое и безынерционное регулирование напряжения;

• отсутствие движущихся частей делает установки простыми и надежными в эксплуатации;

• при одинаковом регулирующем эффекте мощность БК, выбранной только для регулирования напряжения, меньше чем при поперечной компенсации.

Недостатки:

• возможны резонансные явления, которые вызывают качания роторов двигателей, мигание ламп накаливания;

• увеличение токов короткого замыкания;

• при коротких замыканиях возникает опасность появления на конденсаторах высокого напряжения. Поэтому для шунтирования БК при коротких замыканиях применяют быстродействующие разрядники.

Традиционно для компенсации реактивной мощности используются фиксированные или механически переключаемые конденсаторы или катушки индуктивности, или синхронные компенсаторы. Тем не менее, в последние несколько десятилетий появились два новых семейства генераторов реактивной мощности с использованием силовой электроники: статические тиристорные компенсаторы и самостоятельно коммутируемые статические преобразователи.

Б-13.1. Выбор местоположения источников питания. Картограмма нагрузок.

Главную питающую подстанцию или главный распределительный пункт, исходя из технико-экономических данных, желательно размещать в центре электрических нагрузок предприятия. Для определения центра нагрузок строится картограмма электрических нагрузок, представляющая собой генеральный план предприятия, на котором показаны силовые и осветительные нагрузки по каждому зданию.Однако далеко не всегда удается расположить ГПП или ГРП в центре нагрузок, поскольку определяющими факторами часто являются противопожарные, транспортные, а иногда и архитектурно-строительные особенности. Поэтому местоположение ГПП и ГРП следует находить, сопоставляя различные варианты с учетом этих факторов.В практике проектирования применяется система дробления цеховых подстанций, при которой подстанции располагаются вблизи или внутри производственных цехов. Мощность отдельных трансформаторов обычно не превышает 1000 кВа при напряжении цеховой сети 380/220 В. Такая система позволяет снизить расходы на сеть низкого напряжения как капитальные, так и эксплуатационные (последние в основном за счет сокращения потерь энергии в сети низкого напряжения). Вместе с тем при этом повышаются затраты на аппаратуру высокого напряжения. В целом система с мелкими подстанциями, приближенными к цехам, оказывается выгодной и применяется повсеместно. Места расположения цеховых  подстанций определяются так же, как и место ГРП, по картограмме электрических нагрузок. При размещении подстанций учитывается очередность строительства отдельных объектов и перспективный рост нагрузок. Во всех случаях необходимо стремиться, чтобы цеховые подстанции принимались встроенного или пристроенного типа, поскольку при этом снижаются затраты на устройство сети низкого напряжения и на строительную часть.

Для учета перспективного роста нагрузок целесообразно при сооружении ТП предусматривать возможность установки в ней силового трансформатора большей мощности. Так, например, при установке трансформатора 400 кВа предусматриваются габариты камеры под трансформатор 630 кВа и т.д.Подстанция (главная понизительная ГПП, главная распределительная ГРП, цеховая трансформаторная ТП) является одним из основных звеньев системы электроснабжения любого промышленного предприятия. Поэтому оптимальное размещение подстанций на территории промышленного предприятия – важнейший вопрос при построении рациональных систем электроснабжения.

Одной из основных задач проектирования является оптимальное размещение ГПП, ГРП и ТП на территории промышленного предприятия. Это означает, что размещение всех подстанций должно соответствовать наиболее рациональному сочетанию капитальных затрат на сооружение системы электроснабжения и эксплуатационных расходов.

Картограмма нагрузок предприятия составляется для определения местоположения ГПП, ГРП и ТП. Картограмма нагрузок представляет собой размещенные на генеральном плане промышленного предприятия окружности, причем площадь, ограниченная этими окружностями, в выбранном масштабе равна расчетным нагрузкам цехов.Центр нагрузок цеха или предприятия является символическим центром потребления электрической энергии цеха. ГПП, ГРП и ТП следует располагать как можно ближе к центру нагрузок, т.к. это позволяет приблизить высокое напряжение к центру потребления электрической энергии и значительно сократить протяженность как распределительных сетей высокого напряжения предприятия, так и цеховых электрических сетей низкого напряжения, уменьшить расход проводникового материала и снизить потери электрической энергии.

Площадь каждой окружности πr i2 в выбранном масштабе m равна расчетной нагрузке соответствующего цеха Р_i:

Из этого выражения радиус окружности:

где m – масштаб для определения площади круга.

Каждый круг может быть разделен на секторы, соответствующие осветительной и силовой нагрузкам.Однако картограммы следует наносить на генеральный план промышленного предприятия отдельно для активной и реактивной нагрузок. Причиной этого является то обстоятельство, что питание активных и реактивных нагрузок производится от разных источников.