1

Раздел №14-2. Качество электрической энергии

Виновники ухудшения качества электрической энергии

Свойства электрической энергии, показатели и наиболее вероятные виновники ухудшения качества электрической энергии приведены в таблице 1:

Таблица 1. Свойства электрической энергии, показатели и наиболее вероятные виновники ухудшения качества электрической энергии.

От электрических сетей систем электроснабжения общего назначения питаются электроприемники различного назначения, рассмотрим промышленные электроприемники.

Наиболее характерными типами электроприемников, широко применяющимися на предприятиях различных отраслей промышленности, являются электродвигатели и установки электрического освещения. Значительное распространение находят электротермические установки, а также

2

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.

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. Лампы накаливания характеризуются номинальными параметрами: потребляемой мощностью Pном , световым потоком

Fном , световой отдачей ηном (равной отношению излучаемого лампой светового потока к ее мощности) и средним номинальным сроком службы Tном .Эти показатели в значительной мере зависят от напряжения на выводах ламп накаливания. Изменения напряжения приводят к соответствующим изменениям светового потока и освещенности, что, в конечном итоге, оказывает влияние на производительность труда и утомляемость человека.

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. 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. Высшие гармоники напряжения и тока неблагоприятно влияют на электрооборудование, системы автоматики, релейную защиту, телемеханику и связь. Появляются дополнительные потери в электрических машинах, трасформаторах и сетях, затрудняется компенсация реактивной мощности с помощью батарей конденсаторов, сокращается срок службы изоляции электрических машин. Коэффициент несинусоидальности

3

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 электропотербителей. 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). 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 .

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 электропотребителей 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. Кроме того они приводят к несинусоидальности токов, а, следовательно, и напряжений.

Основными потребителями электроэнергии в промышленных прдприятиях являются асинхронные электродвигатели. Отклонение напряжения от допустимых норм влияет на частоту их варщения, на потери активной и реактивной можности (снижение напряжения на 19 %

4

номинального вызывает увеличение потерь активной мощности на 3 %; повышение напряжения на 1 % приводит к росту потребления реактивной мощности на 3 %). Качественно отличается действие несимметричного режима по сравнению с симметричным. Особое значение имеет напряжение обратной последовательности. Сопротивление обратной последовательности электродвигателей примерно равно сопротивлению заторможенного двигателя и, следовательно, в 5÷8 раз меньше сопротивления прямой последовательности. Поэтому даже небольшая несимметрия напряжений вызывает значительные токи обратной последовательности. Токи обратной последовательности накладываются на токи прямой последовательности и вызывают дополнительный нагрев статора и ротора (особенно массивных частей ротора), что приводит к ускоренному старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности двигателя. Так, срок службы полностью загруженного асинхронного двигателя, работающего при несимметрии напряжения 4%, сокращается в 2 раза.

Способы и средства улучшения качества электрической энергии

Соответствие ПКЭ требованиям ГОСТ достигается схемными решениями или применением специальных технических средств. Выбор данных средств производится на основании технико-экономического обоснования, при этом задача сводится не к минимизации ущерба, а к выполнению требований ГОСТ.

Для улучшения всех ПКЭ целесообразно подключение электроприёмников с усложнёнными режимами работы к точкам ЭЭС с наибольшими значениям мощности КЗ. При выборе схемы электроснабжения предприятия учитывают ограничение токов КЗ до оптимального уровня с учётом задачи повышения ПКЭ.

Для снижения влияния на «спокойную» нагрузку вентильных электроприёмников и резкопеременной нагрузки, подключение таких приёмников выполняют на отдельные секции шинопроводы подстанций с трансформаторами с расщеплённой обмоткой или со сдвоенными реакторами.

5

Возможности улучшения каждого ПКЭ.

1.Способы снижения размахов колебаний частоты:

1.1увеличение мощности КЗ в точке присоединения приёмников с резкопеременной и «спокойной» нагрузок;

1.2питание резкопеременной и «спокойной» нагрузок через отдельные ветви расщеплённых обмоток трансформаторов.

2.Мероприятия для поддержания уровней напряжений в допустимых пределах:

2.1.Рациональное построение СЭС путём применения повышенного напряжения для линий питающих предприятие; использование глубоких вводов; оптимальная загрузка трансформаторов; обоснованное применение токопроводов в распределительных сетях.

2.2.Использование перемычек на напряжение до 1 кВ между цеховыми

ТП.

2.3Снижение внутреннего сопротивления СЭС предприятия включением на параллельную работу трансформаторов ГПП, если токи КЗ не превышают допустимых значений для коммутационнозащитной аппаратуру.

2.4Регулирование напряжения генераторов собственных источников питания.

2.5Использование регулировочных возможностей синхронных двигателей с автоматическим регулированием возбуждения (АРВ).

2.6Установка автотрансформаторов и устройств регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) у силовых двухобмоточных трансформаторов.

2.7Применение компенсирующих устройств.

3.Снижение колебания напряжения достигается путём использования:

3.1сдвоенных реакторов мощность резкопеременной нагрузки, которую можно подключить к одной ветви реактора, определяют

6

на шинах, подключённых к одной ветви реактора при работе резкопеременной нагрузки, подключённой к другой ветви; uк.з. −

напряжение короткого замыкания трансформатора, к которому подключён сдвоенный реактор; Sн.т. − номинальная мощность трансформатора; xв − сопротивление ветви реактора; Uн −

номинальное напряжение сети.

3.2трансформаторов с расщеплённой обмоткой максимальную мощность резкопеременной нагрузки, подключённой к одной обмотке, определяют по формуле Sр.н = 0,8Sн.т.δU t .

3.3установка быстродействующих статических компенсирующих устройств.

4.Способы борьбы с высшими гармониками:

4.1Увеличение числа фаз выпрямителя.

4.2Установка фильтров или фильтрокомпенсирующих устройств.

5.Методы борьбы с несимметрией (не требующие применения специальных устройств):

5.1Равномерное распределение однофазных нагрузок по фазам.

5.2Подключение несимметричных нагрузок на участки сети с большей мощностью К.З или увеличение мощности КЗ.

5.3Выделение несимметричных нагрузок на отдельные трансформаторы.

5.4Использование специальных приёмов для устранения несимметрии: 5.4.1 Замена трансформаторов со схемой соединения обмоток Y - Y0

на трансформаторы со схемой соединения ∆- Y0 (в сетях до

1 кВ). При этом токи нулевой последовательности, кратные трём, замыкаясь в первичной обмотке, уравновешивают систему, и сопротивление нулевой последовательности резко

7

уменьшается.

5.4.2Т.к. сети 6-10 кВ выполняются обычно с изолированной нейтралью, то снижение несимметричных составляющих достигается применением конденсаторных батарей (используемых для поперечной компенсации), включаемых в несимметричный или неполный треугольник. При этом распределение суммарной мощности БК между фазами сети выполняют таким образом, чтобы создаваемый ток обратной последовательности был близок по значению току обратной последовательности нагрузки.

5.4.3Эффективным средством является использование нерегулируемых устройств, например, устройства симметрирования однофазной нагрузки, построенного на основе схемы Штейнметца.

Вслучае если Zн = Rн , то

8