ESP_dlya_FMA

Колебания напряжения, в сравнении отклонениями, представляют собой более динамичный процесс. Появление колебаний напряжения вызвано резкими изменениями режимов работы ЭП и их групп. К числу таких ЭП относятся: сварочные установки, дуговые электропечи, прокатные станы,

подъемно-транспортное оборудование и т. д. К колебаниям относят изменения напряжения продолжительностью менее 1 мин, в том числе одиночные быстрые изменения напряжения. Величина колебания измеряется размахом колебания напряжения

U	t			Ui Ui 1					100% ,	(5.3)
				2		Uн

где Ui , Ui 1 - мгновенные значения следующих друг за другом во времени экстремумов напряжения; Uн - действующее значение номинального напряжения в контролируемой точке.

Кроме этого, колебания характеризуются параметром, который называется «фликер». Необходимость в этом параметре возникла в связи с тем, что в установках электрического освещения колебания напряжения приводят к появлению колебаний светового потока источников света.

Фликер это есть ощущение неустойчивости зрительного восприятия,

вызванное световым источником, яркость или спектральный состав которого изменяется во времени. Понятие «доза фликера» характеризует интегральное накапливающееся физиологическое воздействие на зрительный аппарат человека. Большая доза фликера может вызвать ухудшение зрения или заболевание глаз человека.

Устранить или уменьшить колебания напряжения можно подключением источника колебаний к точке находящейся как можно ближе к мощной сети

(силовой шкаф, подстанция). В тех случаях, когда это не возможно необходимо стабилизировать напряжения с помощью специальных технических средств.

3. Несинусоидальность напряжения.

В процессе работы некоторых ЭП в точках их подключения возникают искажения кривых (синусоид) напряжения – несинусоидальность.

Существуют две причины этого явления:

Нелинейность вольт-амперных характеристик ЭП. Вольт-амперной характеристикой ЭП называется зависимость тока в цепи его питания и напряжения на его зажимах.

Искажение кривой напряжения, как результат коммутации тока в электрической сети (выпрямительные и преобразовательные установки).

Независимо от причины искажения, кривая напряжения удовлетворяет условия Дирихле (периодичность и отсутствие разрывов) и может быть представлена в виде ряда Фурье как совокупность гармонических составляющих (гармоник)

40
U (t) U0 Un sin(n t n ) ,	(5.4)

n 1

где U0 - постоянная составляющая напряжения; n – количество гармоник; 40

– предел суммирования, который указывает на реально учитываемое количество гармоник при решении практических задач по оценке качества электроэнергии в соответствии с рекомендациями стандарта; Un - амплитуда n-ной гармоники; - угловая частота несущей (первой) гармоники; n -

начальная фаза n-ной гармоники.

Степень искажения кривой напряжения (несинусоидальности)

измеряется двумя показателями:

Коэффициент n-ной гармонической составляющей (гармоники)

напряжения, вычисленный по результатам i-того наблюдения в контролируемой точке сети.

К	Uni	100%	,	(5.5)
Uni	U1

где Uni - действующее значение напряжения n-ной гармоники в i-том наблюдении на суточном интервале времени (24 часа); U1 - действующее значение напряжения первой гармонической составляющей.

По результатам совокупности наблюдений вычисляют среднеквадратическое значение коэффициента гармоники

	m
	КUni
КUn	1		,	(5.6)
	m
где m – количество наблюдений n-той гармоники;
Качество		электроэнергии по коэффициенту гармоники		КUn считается

удовлетворяющим стандарт, если значения коэффициента осредненные на интервале времени 10 мин, не превышают значений, установленных в ГОСТ

[2], в течение 95 % времени интервала в одну неделю. Нормально

допустимые значения									К	норм указаны в стандарте. Предельно допустимые
									Un
значения определяют по формуле К пред 1,5 К норм
										Un	Un
	Суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения
KU
				40
				Un2
	КU			n 2				100% ,			(5.7)
				U1
	где n – номер гармоники; Un - действующее значение напряжения n -
ной гармоники; U1										- действующее значение напряжения первой
гармонической составляющей напряжения в контролируемой точке сети.
	Величина				КU				по	результатам	m измерений определяется как
среднеквадратическое значение
				m
				КUi2
	КU			i 1		,					(5.8)
				m

где КUi - суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения, определенный по результатам i-того измерения.

Качество электроэнергии по суммарному коэффициенту гармонических составляющих напряжения считается соответствующим стандарту, если его значение осредненное на интервале времени 10 мин, не превышает значения,

установленного ГОСТ, в течение 95 % времени интервала за одну неделю.

Искажения напряжения вызывают ряд отрицательных последствий,

связанных с работой некоторых ЭП и питающих их силовых сетей:

появляются дополнительные потери электроэнергии в линиях электропередачи, силовых трансформаторах и электрических двигателях;

наблюдаются сбои в работе устройств технологической автоматики, связи,

релейной защиты и телемеханики;

уменьшается точность электрических измерений;

ускоряется износ изоляции;

ухудшаются условия работы вентильных установок (ложные коммутации вентильных блоков);

перегружаются токами высокой частоты силовые конденсаторные установки.

Все указанные выше последствия искажения напряжения являются источниками ущербов промышленного производства. Совокупный ущерб может быть весьма существенным, а в некоторых случаях частые сбои в работе основного технологического оборудования не позволяют организовать стабильно функционирующий технологический процесс. В

связи с этим, необходимо принимать эффективные меры для предотвращения или уменьшения степени искажения напряжения и снижения влияния гармоник на ЭП и электрические сети:

включение источника искажений к точкам питающей сети, которые имеют наибольшее значение тока короткого замыкания. Чем больше ток короткого замыкания, тем меньше сопротивление цепи от источника электроэнергии до рассматриваемой точки сети. Величина этого

сопротивления определяет степень искажения. Например, если подключить источник искажений к шинам бесконечной мощности, то искажения будут отсутствовать;

использование многофазных схем выпрямления и преобразования переменного тока;

применение схем с раздельным питанием источников искажений и обычных ЭП;

Выбор режимов работы ЭП с целью смещения рабочей точки на его вольтамперной характеристике в область ее линейной части и ограничение тока нагрузки;

Применение специальных фильтров высших составляющих напряжения.

Фильтр представляет собой силовое резонансное устройство, состоящее из включенных последовательно индуктивности и емкости.

Рис. 5.1. Схемы силовых резонансных фильтров.

а, б - возможные варианты схем фильтра. в – изображение фильтра на принципиальной однолинейной схеме.

Колебательный контур, образованный фильтром, настраивается на частоту выбранной гармоники. Идеальный фильтр (колебательный контур высокой добротности) полностью поглощает и рассеивает энергию гармоники, превращая в тепловую энергию на активном сопротивлении фильтра. В некоторых случаях степень и характер искажения напряжения в процессе работы ЭП изменяются, что приводит к нестабильности состава гармоник. При нестабильном составе гармоник применяются фильтры с низкой добротностью. При этом гармоники, попадающие в рабочий диапазон

частот фильтра, уничтожаются не полностью, а частично. В целом, степень искажения снижается. При широком диапазоне частот применяют несколько фильтров с соответствующей настройкой. Одиночный фильтр или группа фильтров включаются между источником искажений и прочей нагрузкой

Рис. 5.2. Схема включений фильтра.

ИИ– источник искажений напряжения.

4.Несимметрия напряжения.

Режим несимметричного напряжения характерен появлением в контролируемой точке отличающихся по величине фазных и междуфазных напряжений. Несимметрия может возникать в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах. Аварийная несимметрия возникает кратковременно как результат несимметричных коротких замыканий,

недопустимых перегрузок элементов сети, обрыве проводников в линиях электропередачи, замыкания фазы на землю в сетях с изолированной нейтралью. Продолжительная несимметрия возникает в нормальных эксплуатационных режимах как следствие несимметричности элементов сети или подключения несимметричных нагрузок. Для систем электроснабжения наиболее существенна несимметрия, вызванная несимметричной нагрузкой.

Анализ и расчет несимметричных режимов производятся с помощью метода симметричных составляющих. Величина несимметрии напряжения оценивается двумя показателями:

коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности фаз, который определяется с помощью выражения

		m
		К22Ui
	К2U	1	,	(5.9)
		m
	где К2Ui -		коэффициент несимметрии напряжения	по обратной

последовательности фаз напряжения определенный по результатам i-того

измерения; m – количество измерений.

К	2Ui		U2i		100% ,	(5.10)
			U1
где U2i -				действующее значение напряжения обратной последовательности
основной					частоты в i-том измерении; U1	- действующее значение

напряжения прямой последовательности фаз.

Величину U2i определяют методом симметричных составляющих или с

помощью упрощенного выражения
U2i 0,62(Uнбi Uнмi ) ,	(5.11)
где Uнбi , Uнмi - наибольшее и наименьшее действующие значения	из трех
линейных напряжений основной частоты в i-том измерении.

Коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности

фаз, который определяется с помощью выражения

		m
		К02Ui
	К0U	1	,	(5.12)
		m
	где К0Ui	- коэффициент несимметрии напряжения по		нулевой

последовательности фаз определенный по результатам i-того измерения; m – количество измерений.

К	0Ui		U0i	100%	,	(5.13)
			U1

где U0i - действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты в i-том измерении; U1 - действующее значение

напряжения прямой последовательности.

Величину U0i определяют методом симметричных составляющих или с помощью упрощенного выражения

U0i 0,62(Uнбфi Uнмфi ) ,

(5.14)

где Uнбфi , Uнмфi - наибольшее и наименьшее действующие значения из трех фазных напряжений основной частоты в i-том измерении.

Качество электроэнергии по коэффициентам несимметрии напряжения считается соответствующим ГОСТ в нормальном режиме, если значения коэффициентов несимметрии напряжения по обратной последовательности

К2U и несимметрии напряжений по нулевой последовательности К0U в

точке передачи электрической энергии, осредненные на интервале времени

10 мин, не превышают 2 % в течение 95 % времени интервала за одну неделю.

Качество электроэнергии по коэффициентам несимметрии напряжения считается соответствующим ГОСТ в предельно допустимом режиме, если значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности К2U и несимметрии напряжения по нулевой последовательности К0U , осредненные на интервале времени 10 мин, не превышают 4 % в течение 100 % времени интервала за одну неделю.

Несимметрия напряжения оказывает существенное негативное влияние на технико-экономические характеристики ЭП. В синхронных электродвигателях токи обратной последовательности создают тормозящее встречно вращающееся магнитное поле. В обмотках возбуждения наводится пульсирующее с частотой 100 Гц магнитное поле вызывающее вибрацию корпуса машины. Таким образом, в результате действия на синхронный двигатель несимметричного напряжения, в нем возникают дополнительные потери электроэнергии, уменьшается располагаемая мощность на валу,

снижается запас статической устойчивости, увеличивается механический износ. Асинхронные электродвигатели еще более сильно подвержены воздействию несимметричного напряжения, чем синхронные. Сопротивление асинхронных двигателей токам обратной последовательности в 5 7 раз меньше сопротивления токам прямой последовательности, поэтому даже

незначительное нарушение симметрии напряжения вызывает появление значительных токов обратной последовательности.

Основными мероприятиями по восстановлению симметрии напряжения являются:

перераспределение однофазной нагрузки по фазам;

применение специальных симметрирующих устройств.

5.Отклонение частоты.

Отклонение частоты является интегральным показателем качества электроэнергии. Величина отклонения частоты зависит от степени загрузки генераторов энергосистемы и наличия резервных генерирующих мощностей.

Каждый из ПЭ влияет на частоту тока в ЭЭС пропорционально мощности его нагрузки в составе нагрузки ЭЭС. Частота изменяется при нарушении энергобаланса между генераторами электрических станций и потребителями электроэнергии. Снижение нагрузки приводит к увеличению частоты, а

наброс нагрузки вызывает ее уменьшение. Величина отклонения частоты характеризуется одноименным показателем

f fср fн ,	(5.15)
где f - отклонение частоты;	fср - значение основной частоты напряжения,

измеренное в интервале времени 10 с; fн - номинальное значение частоты

(50 Гц).

			m
			fi
f	ср		1	,				(5.16)
			m
где m – количество измерений частоты;							fi - значение частоты, полученное в
i-том измерении.
Для отклонения частоты установлены следующие нормы:
			отклонение		частоты	в	синхронизированных	системах

электроснабжения не должно превышать ± 0,2 Гц в течение 95 % времени интервала за одну неделю в нормальном режиме работы и ± 0,4 Гц ― в

течение 100 % времени интервала за одну неделю в предельно допустимом режиме работы;

отклонение частоты в изолированных системах электроснабжения с автономными генераторными установками, не подключенными к синхронизированным системам передачи электрической энергии,

не должно превышать ± 1 Гц в течение 95 % времени интервала за одну неделю в нормальном режиме работы и ± 5 Гц ― в течение 100 % времени интервала за одну неделю в предельно допустимом режиме работы.

6. Провал напряжения.

Провалом напряжения называют резкое его снижение с последующим восстановлением. Основной причиной появления провалов напряжения являются различные аварии в электрических сетях энергоснабжающего предприятия или в системах электроснабжения потребителей. Кроме этого провал напряжения может быть вызван подключением мощной нагрузки.

Провал напряжения рассматривается как электромагнитная помеха,

интенсивность которой определяется как напряжением, так и длительностью.

В трехфазных системах электроснабжения за начало провала напряжения tн

принимают момент, когда напряжение хотя бы в одной из фаз падает ниже порогового значения начала провала напряжения, за окончание провала напряжения принимают момент tк , когда напряжение во всех фазах возрастает выше порогового значения окончания провала напряжения.

Длительность провала напряжения может составлять от 10 мс до 1 мин.

Провал напряжения характеризуется несколькими параметрами:

Длительность провала напряжения.

tп tк tн ,						(5.17)
		Глубина провала напряжения.
U	п		Uн U мин	100%	,	(5.18)
			Uн

где Uн - номинальное напряжение; U мин - напряжение в момент провала.