Лекции по " Качеству электроэнергии"

Лекции

Качество  электроэнергии 
 

Содержание

Основные  показатели, определяющие качество электроэнергии.

Отклонения  и колебания напряжения.

Отклонения  напряжения.

Влияние отклонения напряжений на работу отдельных  приемников электрической энергии.

Определение убытка при отклонениях напряжения.

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ.

Средства  регулирования напряжения в сетях  промышленных  предприятий.

УСТАНОВКИ ПРОДОЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИИ (УПК).

ВОЛЬТОДОБАВОЧНЫЕ  ТРАНСФОРМАТОРЫ.

Колебание напряжения.

Мероприятия по ограничению колебаний напряжения.

Специальные быстродействующие синхронные компенсаторы (СК).

Статические источники реактивной мощности (ИРМ).

ОТКЛОНЕНИЯ  И КОЛЕБАНИЯ ЧАСТОТЫ.

Схемные решения АЧР.

НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТЬ  ФОРМЫ КРИВОЙ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА.

ОСНОВНЫЕ  ИСТОЧНИКИ ВЫСШИХ ГАРМОНИК.

Вентильные  преобразователи.

Дуговые сталеплавильные электропечи.

ВЛИЯНИЕ ВЫСШИХ ГАРМОНИК НА РАБОТУ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ.

Способы уменьшения несинусоидальности напряжения в электрических сетях. 
 
 
 

      Основные  показатели, определяющие качество электроэнергии. 

      Под термином "качество электрической  энергии" понимается соответствие основных параметров энергосистемы установленным  нормам производства, передачи и распределения  электрической энергии.

      Количественная  характеристика качества электроэнергии выражается отклонениями напряжения и частоты, размахом колебаний напряжений и  частоты, коэффициентом несинусоидальности формы кривой напряжения, коэффициентом несимметрии напряжения основной частоты.

      Отклонение  частоты - разность усредненная за 10 мин. между фактическим значением основной частоты и номинальным её значением. Отклонение частоты от номинального значения в нормальном режиме работы допускается в пределах ±0,1 Гц . Кратковременные отклонения могут достигать ±0,2 Гц .

      Колебание частоты - разность между наибольшим и наименьшим значениями основной частоты в процессе достаточно быстрого изменения параметров режима, когда скорость изменения  частоты не меньше 0,2 Гц в секунду. Колебания частоты не должны превышать 0,2 Гц сверх допустимых отклонений 0,1 Гц

             

      Отклонения  напряжения - разность между фактическим значением напряжения и его номинальным значением для сети, возникающая при сравнительно медленном изменении режима работы, когда скорость изменения   напряжения меньше 1% в секунду.

         или   

      В условиях нормальной работы допускается  отклонение напряжения в следующих  пределах:

      -5¸+10% - на зажимах электродвигателей и аппаратов для их пуска и управления

      -2.5¸+5% - на зажимах приборов рабочего освещения

      ±5% - на зажимах остальных приемников электрической энергии

      В после аварийных режимах допускается  дополнительное понижение напряжения на 5%.

      Колебание напряжения

      Колебание напряжения оценивается следующими показателями:

1. Размахом изменения напряжения dU т.е. разностью между наибольшим и наименьшим действующими значениями напряжения в процессе достаточно быстрого изменения параметров режима, когда скорость изменения напряжения не менее 1% в секунду

2. Частотой  изменений напряжения (1/с, 1/мин., 1/ч.)

      F=m/T

где m- количество изменений напряжения со скоростью изменения более 1% в секунду за время Т.

3. Интервал  между следующими друг за другом  изменений напряжения Dt_kj  

      Несинусоидальность  напряжения сети характеризуется коэффициентом несинусоидальности (искажения) кривой напряжения, который определяется по формуле:

      

      где U_n - действующее значение напряжения n - й гармоники;

            U₁ - действующее значение первой или основной гармоники.

      Коэффициент несинусоидальности напряжения не должен превышать 5% на зажимах любого приемника электроэнергии.

      Под несимметрией напряжений понимают неравенство фазных или линейных напряжений по амплитуде и углам сдвига между ними.

      Нормируемым показателем несимметрии является коэффициент обратной последовательности напряжения, равный отношению напряжения обратной последовательности U₂ к номинальному линейному напряжению U_ном.

      

      Допустимое  значение коэффициента e₂ составляет 2%.

      При выходе показателей качества за установленные  пределы увеличиваются расход и  потери электроэнергии в системах электроснабжения, снижается уровень надежности работы электрооборудования, возникают нарушения технологических процессов и снижается выпуск продукции. 

      Отклонения  и колебания напряжения.

      Отклонения  напряжения  

      Каждый  электроприемник спроектирован для работы при номинальном напряжении и должен обеспечивать нормальное функционирование при отклонениях напряжения от номинального на заданную величину. При изменении напряжения в пределах этого диапазона  могут изменятся значения выходного параметра электроприемника ( температура в электротермической установке, освещенность у светильников, полезная мощность на валу электродвигателя и т.д.)

      Основными причинами отклонений напряжения в  системах электроснабжения предприятий  являются изменения режимов работы приемников электроэнергии, изменения режимов питающей энергосистемы, значительные индуктивные сопротивления линий 6-10 кВ. Изменения напряжения на зажимах приемника электроэнергии даже в установленных пределах вызывает изменение его технико-экономических показателей.

      Отклонения  напряжения зависят от очень многих случайных и к тому же часто  изменяющихся факторов. Последствия  от отклонений напряжения зависят не только от величины, но и от продолжительности  отклонения, а также от того, какой  процент потребителей подвергается большим отклонениям. Так, например, кратковременные и редкие, хотя даже и значительные отклонения напряжения у отдельных потребителей не могут оправдать расходов, связанных с удорожанием сети , которое будет необходимо для уменьшения или ликвидации этих  отклонений.

      Для характеристики качества напряжений в  настоящее время разработана  вероятная оценка, основанная на методе математической статистики. Этот метод  впервые был разработан П. Айере, доказавшим ,что количественную оценку влияния медленных изменений напряжения на экономичность работы электроприемников наиболее удобно и точно можно производить по среднему квадрату отклонения напряжения [(%)²] за период времени Т, названного автором метода неодинаковостью напряжения (U_cк)²(%)²

      

      где, (dUt)=(U_t-U_H)/U_H - отклонения напряжения в момент t

        U_t - напряжение в рассматриваемой точке сети в момент времени t

      Величина  неодинаковости напряжения имеет размерность  процент в квадрате. Единица неодинаковости 1(%)² или 1/10000 . Например, при неодинаковости  25(%)² квадрат относительных отклонений 25/10000   , а сами отклонения 5/100 или 5%.

      Для анализа режимов напряжения в  электросетях применяется специальные  статические анализаторы напряжения, позволяющие измерять квадрат среднеквадратичного отклонения (dUск)² и величины среднего значения отклонения напряжения, % , за время Т,

                  

      По  этим данным может быть определена дисперсия случайной величины, характеризующая  меру отклонения от среднего значения случайной величины

      

      По  полученным значениям величины s² , и Uср можно определить вероятность превышения заданных пределов отклонения, пользуясь таблицами нормальной функции распределения ( интеграл вероятности) 

      Влияние отклонения напряжений на работу отдельных  приемников электрической  энергии .

      В таблице приведены данные по влиянию  отклонения напряжения в пределах от-10 до +10% на характеристики асинхронных  электродвигателей. 

 

      Данные  приведенные в таблице показывают изменения характеризующих собственно двигателя показатели. Отклонения этих показателей от номинального значения влияют на технологическое оборудование вместе с которыми работает двигатель и вызывает некоторый экономический ущерб.

      Проведенные исследования показали следующие величины ущербов от некачественного напряжения.

      При среднем отклонении напряжения 3,86% номинального на установке электропечей для плавки цветных металлов общей мощностью 280 кВт был получен перерасход энергии 65000 кВт*ч/год

      При отклонении напряжения на 2,87% в цехе горячей вулканизации обувной фабрики  получается брак, а отклонения 1-2% ведут  к изменению температуры нагрева  и задержке в выпуске продукции, что дало бы ущерб более 1млн.руб/год.

      Электроплавильная печь мощностью 10000 кВА на заводе ферросплавов при номинальном напряжении работает с суточной производительностью 44 т. силикохрома. При снижении напряжения на 5-9% производительность уменьшается  до 38,8 т. т.е. примерно на 12%.

      Снижение  напряжения ухудшает качество сварочных  швов. Цикл времени сварки при снижении напряжения на 10 % удлиняется приблизительно на 20%.

      Если  в сети ткацкого цеха, где установлено 2220 станков марки АТ-120-5, напряжение на 5% ниже номинального будет держаться только в течении 1 час, то за это время будет недоотпущено 131 м. суровой ткани.

      Понижение напряжения на 6-7% на электрических  печах отжига цветных металлов мощностью 3´225 кВт привело к перерасходу электроэнергии 270 тыс.кВт*ч/год и удлинению технологического процесса. 

      Наиболее  чувствительны к отклонениям  напряжения лампы накаливания. На рис. Представлена зависимость мощности, светового потока и срока службы лампы от уровня напряжения сети.

        

1. Световой  поток F
2. Световая отдача h
3. Мощность Р
4. Средний срок службы Т ( в процентах)

 

      Для ламп накаливания повышение напряжения только на 1% сверх номинального вызывает увеличение потребляемой мощности приблизительно на 1,5%, светового потока на 3,7% и сокращение срока службы ламп накаливания на 14%. Увеличение напряжения на 3% сокращает срок службы ламп накаливания на 30%, а повышение напряжения на 5% приведет к сокращению срока службы ламп в 2 раза. Срок службы люминесцентных  ламп при повышении напряжения на 10% сокращается на 20-30%.