- •1. Гостр 54149-2010
- •1.1 Основные определения.
- •1.2. Показателями кэ являются:
- •2. Классификация и характеристика показателей качества ээ.
- •2.1. Классификация.
- •2.2. Отклонения частоты.
- •2.3. Отклонения напряжения.
- •2.4. Влияние отклонений напряжения на на работу эп и эл. Сети.
- •2.8. Колебания напряжения.
- •2.5.Провалы и кратковременные исчезновения напряжения.
- •2.6.Временное перенапряжение.
- •2.7.Импульсное напряжение.
- •2.8.Несимметрия токов и напряжений.
- •2.8.3. Определение модулей напряжений симметричных составляющих по результатам измерения модулей линейных и фазных напряжений сети.
- •3. Несинусоидальность токов и напряжений.
- •3.1. Причина искажения кривой тока - эп с нелинейной вах.
- •3.2. Причина искажения кривой напряжения – потеря напряжения в сети.
- •3.3. Направление мощности, переносимой высшими гармониками у эп – источника гармоник.
- •3.4. Разложение периодических функций в ряд, метод наложения.
- •3.5. Особенности поведения высших гармоник (вг) в трехфазных сетях.
- •3.6. Особенность четных гармоник.
- •3.7. Токи, потребляемые из сети электроприемниками с нелинейной вах.
- •3.7.1. Вентильные преобразователи.
- •3.7.2. Телевизоры и персональные компьютеры.
- •3.7.3. Регуляторы мощности на встречно – параллельных тиристорах.
- •3.7.4. Электродуговые печи, электросварка.
- •3.7.5. Газоразрядные лампы.
- •3.8.1. Электродвигатели.
- •3.8.2. Дополнительные потери активной мощности в обмотках трансформатора:
- •3.8.3. Изоляция электроустановок.
- •3.8.4. Конденсаторные батареи.
- •3.8.5. Учет электроэнергии.
- •3.8.6. Системы автоматики и связи.
- •3.9. Расчет напряжения вг.
- •3.9.1.Сопротивление работающего асинхронного двигателя (ад) на вг.
- •3.9.2. Синхронные двигатели (сд).
- •3.9.3. Силовые трансформаторы и реакторы.
- •3.9.4. Расчет напряжения вг в сети с вентильными преобразователями.
- •3.10. Защита кб от резонанса токов на вг, фильтрокомпенсирующие устройства (фку).
- •Список литературы
3.9.2. Синхронные двигатели (сд).
Неявнополюсные СД: Хk = 0,9 · k · Х2,
Явнополюсные СД: Хk = 0,75 · k · Х2,
где Х2 – сопротивление обратной последовательности (приводится в каталогах на СД, приближенно можно принять Х2 = ХП).
3.9.3. Силовые трансформаторы и реакторы.
Сопротивление трансформатора или реактора на k-ой гармонике:
Хk = k · Х, где Х – индуктивное сопротивление на основной гармонике.
3.9.4. Расчет напряжения вг в сети с вентильными преобразователями.
Исходные данные: схема электрической сети, параметры элементов, токи ВГ, генерируемые источниками гармоник (ИГ).
Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения KU – это действующее значение напряжения ВГ в относительных единицах или в %:
о.е., где
KИГ – коэффициент использования гармонический – учитывает присутствие неканонических гармоник, KИГ = 1,1 – 1,2,
Uk – напряжение k-й гармоники: Uk = Ik · XЭk,
Ik – ток k-й гармоники,
XЭk – эквивалентное сопротивление схемы на k-й гармонике.
Для вентильных преобразователей: ,
где IH – номинальный ток вентильного преобразователя.
Тогда:
о.е.,
где n – количество учитываемых гармоник.
Пример. От ТП получают питание два выпрямителя электролизных ванн: трехфазный мост, Рн=150 кВт, КПД=94%, Cosφ=0,6 и пять АД: Рн=75кВт, КПД=93%, Cosφ=0,8, Кп=6,5, Cosφп=0,4, Sinφп=0,91 (рис.3.9.2).
Рис. 3.9.2. Пример расчета KU.
Сопротивление системы: мОм.
Сопротивление трансформатора мОм.
Полня пусковая мощность одного АД:
кВА.
Полное сопротивление двигателя при пуске:
Ом.
Реактивное сопротивление двигателя при пуске:
ХП=ZП·SinφП=0,244·0,91=0,224 Ом = 224 мОм.
Эквивалентное сопротивление 5-ти АД: мОм.
Эквивалентное индуктивное сопротивление сети относительно точки подключения ИГ (относительно шин 0,4 кВ):
мОм = 0,0079 Ом.
Номинальный ток ИГ (двух выпрямителей):
А.
Гармоники, генерируемые выпрямителями6 № 5, 7, 11, 13, 17, 19.
Если пренебречь гармониками 17 и 19, то n = 4. Тогда:
.
Если учесть 6 гармоник (n=6), то KU = 8,18%.
3.10. Защита кб от резонанса токов на вг, фильтрокомпенсирующие устройства (фку).
Электроприемники (ЭП), имеющие нелинейную вольтамперную характеристику (ВАХ), в первую очередь – выпрямители, потребляют из сети ток несинусоидальной формы. При этом также искажается и форма напряжения сети. Коэффициент искажения напряжения в первом приближении равен отношению мощности ЭП с нелинейной ВАХ Sэп к мощности КЗ на питающих шинах Sк: KU = Sэп / Sк (о.е.).
Точное значение коэффициента искажения синусоидальности напряжения:
, где Uk – напряжение k-й гармоники в Вольтах. Если напряжения гармоник заданы в процентах, то:%.
Известны три способа снижения несинусоидальности напряжения:
а) схемный способ заключается в питании нелинейных ЭП от отдельных систем шин по возможности с большой мощностью Sк;
б) улучшение характеристик нелинейных ЭП, сопровождаемое пониженной генерацией высших гармоник тока;
в) использование ФКУ, позволяющих компенсировать реактивную мощность основной (первой) гармоники и фильтровать (устранять) токи и напряжения высших гармоник.
ФКУ представляет собой последовательное соединение индуктивного и емкостного сопротивлений, настроенных в резонанс напряжений на частоту гармоники, которую нужно отфильтровать. Сопротивление ФКУ на этой частоте очень мало (в идеале равно нулю – режим КЗ) и напряжение соответствующей гармоники также становится очень малым.
Принципиальная схема одной фазы ФКУ приведена на рис.3.
ФКУ состоит из реактора XL(n) и конденсаторной батареи (КБ) XC(n), которые образуют последовательную цепь, настроенную в резонанс на частоте n-ой гармоники. Ток n-ой гармоники I(n), генерируемый источником гармоник ИГ, замыкается в основном через ФКУ (по пути наименьшего сопротивления).
Рис. 3. Принципиальная схема включения ФКУ.
Он не выходит в питающую сеть, имеющую сопротивление Хс и не проходит через соседние ЭП (Zн).
Рис.4. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) ФКУ.
Зависимость сопротивлений ФКУ от номера гармоники (от частоты) приведена на рис. 4. Индуктивное сопротивление реактора XL = ωL – прямая линия. Емкостное сопротивление XC = 1 / ωC обратно пропорционально зависит от частоты. Если пренебречь активным сопротивлением, то полное сопротивление ФКУ: Z = XL – XC. В данном случае оно равно нулю на частоте пятой гармоники, на которой наблюдается резонанс напряжений. На частотах ниже пятой полное сопротивление Z ФКУ отрицательно, т.е. имеет емкостный характер. В частности на основной (первой) гармонике ФКУ работает как конденсаторная батарея. На частотах гармоник выше пятой сопротивление ФКУ положительно, т.е. имеет индуктивный характер.
На резонансной частоте n: n ω L = 1 / n ω C.
Откуда индуктивность реактора: L = 1 / n2 ω2 C.
Полное сопротивление ФКУ на основной частоте (считая его положительным):
Х1 = XC1 – XL1 = 1/ ω C – ω L = 1/ ω C – ω / n2 ω2 C = n2 / n2 ω C – 1 / n2 ω C = ( n2 – 1 ) / (n2 ω C ) – меньше, чем сопротивление конденсаторной батареи на основной частоте (ХС1 =1 / ω C).
При известном напряжении основной частоты U1, приложенном к ФКУ можно определить ток первой гармоники через ФКУ:
I1 = U1 / Х1 = ω C U1 n2 / ( n2 – 1 ).
Этот ток протекает через реактор и КБ. Если его сравнить с током, который протекал бы через эту КБ без реактора:
I = ω C U1, то можно отметить, что в присутствии реактора ток увеличился, т.к. n2 / ( n2 – 1 ) > 1.
Напряжение первой гармоники на зажимах КБ в присутствии реактора также выше, чем U1:
U1кб = I1 · 1/ ω C = U1 n2 / ( n2 – 1 ).
Отсюда следует важный вывод: номинальное напряжение конденсаторов в ФКУ должно превышать номинальное напряжение сети.
КБ должна быть рассчитана на выработку реактивной мощности на первой гармонике и на пропуск тока резонансной гармоники I(n), поступающего от ИГ. Поэтому установленная мощность КБ:
Qуст = Q1кб + Q(n)кб = I12 / (ω C ) + I(n)2 / (n ω C ).
На рисунке 5 изображены различные варианты зависимости полного сопротивления |Z| распределительной сети относительно шин, где подключается КБ.
Эквивалентное сопротивление сети, имеющей преимущественно индуктивный характер Х=kωL в отсутствие КБ изображается прямой линией, проходящей через начало координат (рис. 5а,б).
Рис. 5. Варианты АЧХ электрической сети: а) КБ без защиты; б) КБ с защитным реактором; ФКУ 5-й гармоники.
Появление параллельного резонанса (резонанса токов) между незащищенной КБ и сетью приводит к резкому возрастанию «Z» и тока КБ на резонансных частотах 350-400 Гц (рис 5а).
Сопротивление контура реактора с последовательно включенной с ним КБ на частоте последовательного резонанса резко снижено. Поэтому АЧХ сети с такими контурами имеют минимумы на частотах 150-200 Гц, 250 Гц (рис. 5б).