Лекции по " Качеству электроэнергии"

      Определение убытка при отклонениях  напряжения. 

      Характеристики  работы приемников электроэнергии по напряжению можно разделить на технические  и экономические. Технические характеристики  - это зависимости, например, частоты  вращения двигателей, времени плавки в электропечах, светового потока осветительных приборов, активной мощности, потребляемой двигателями и т.д. от напряжения на их зажимах.

      При наличии данных о количественном влиянии напряжения на технические  характеристики приемника можно  определить экономический убыток при отклонениях напряжения. 

      Y=3(U) - 3(U_ном) 

      3(U) - затраты для выработки продукции при фактическом U

      3(U_ном) - затраты для выработки продукции при номиналь-

      ном U

      Зависимость убытка от отклонений напряжения на зажимах  приемника называется экономической характеристикой :

      Y= f(U)

      Пользуясь экономическими характеристиками, можно  определить оптимальные  режимы напряжения и эффективные способы его  поддержания.

      На  результирующую экономическую характеристику наибольшее влияние оказывает изменение количества выпускаемой продукции, кроме этого оказывает влияние убыток от перерасхода электроэнергии и убыток от изменения срока службы приемника.

      Работа  асинхронного двигателя работающего  с производственным механизмом при  отклонении напряжения вызывает суммарный убыток :

      Y=Y₁+Y₂+Y₃+Y₄

      Здесь:

      Y₁- убыток вызванный изменением производительности механизма

      Y₁=(П_ном-П)at

      где П_ном  и П - часовая производительность работы двигателя соответственно с номинальным напряжением и с отклонением от номинального напряжения

      a- стоимость единицы продукции, выпускаемой данным механизмом

      t - время, за которое определяется убыток.

      Составляющие  суммарного убытка от изменения потребления  активной Y₂ и реактивной мощности Y₃ асинхронным двигателем.

      Y₂=(P-P_ном)C₀t     ;      Y₃=(Q-Q_ном)C₀tk_ип

        P_ном , P - потребляемая активная мощность при работе двигателя соответственно с номинальным напряжением и с отклонением от номинального напряжения;

        Q,Q_ном - то же для реактивной мощности

      C₀ - стоимость 1 кВт*ч потерянной электроэнергии

      k_ип - коэффициент изменения потерь кВт/ кВАр

      Убыток  от изменения срока службы двигателя  при отклонениях напряжения равен

      

      Где С_дв - стоимость двигателя

             В- срок службы двигателя при  номинальном напряжении относительный  износ изоляции.

      

        где К_З коэффициент загрузки двигателя 

      РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ 

      Способы регулирования напряжения в системах электроснабжения промышленных предприятий  можно классифицировать следующим  образом

      а) Регулирование на шинах электростанций и п/ станций

      На  шинах эл.станций изменением тока возбуждения генераторов повышают напряжения в часы максимума нагрузки и снижают напряжения в часы минимума нагрузок.

      Регулирование напряжения на шинах понизительной  п/cт 6-10 кВ может осуществляться при помощи трансформаторов, статистических конденсаторов, синхронных компенсаторов и т.д.

      б) Регулирование на отходящих линиях

      Индивидуальное  регулирование напряжения на каждой отходящей от шин п/ст линии является эффективным способом. В этом случае могут быть использованы трансформаторы с РНП, ВДТ и конденсаторы для продольной компенсации.

      в) Совместное регулирование напряжения включает в себя первый и второй способы регулирования

      г) Дополнительное регулирование напряжения применяется в том случае, когда не удается обеспечить требуемое качество напряжения у некоторой части потребителей эл.энергии.

      д) Регулирование изменением схемы электроснабжения   

      В схеме электроснабжения  осуществляют мероприятия позволяющие изменить величину  и направление реактивной мощности и сопротивления отдельных  участков, в результате чего изменяются уровни напряжения в отдельных точках сети.

      Для поддержания уровней напряжения в допустимых пределах используют различные  методы, которые можно разделить  на 2 группы: не требующие затрат на установку специальных регулирующих устройств и связанные с установкой таких устройств. 

      Первая  группа мероприятий включает в себя: 

1. Рациональное построение системы электроснабжения (применение повышенного напряжения для линий , питающих предприятие, применение глубоких вводов, применение трансформаторов с оптимальным коэффициентом загрузки, применение токопроводов для распределительных сетей и т.д.)
2. Правильный выбор ответвлений обмоток у трансформаторов, имеющих устройство переключения обмоток без возбуждения (ПБВ).
3. Использование перемычек на напряжение до 1 кВ между цеховыми трансформаторами.
4. Снижение сопротивления системы внутризаводского электроснабжения включением на параллельную работу трансформаторов ГПП.
5. Регулирование напряжения генераторов собственных источников питания предприятия.
6. Использование регулировочных возможностей синхронных электродвигателей.

 

Ко  второй группе мероприятий по регулированию напряжения относятся:

1. Установка на ГПП трансформаторов, имеющих устройство регулирования напряжения под нагрузкой (РНП)
2. Применение компенсирующих устройств
3. Применение специальных регуляторов напряжения.

 

 Средства регулирования напряжения в сетях промышленных  предприятий 

      Анализ  средств регулирования напряжения удобнее всего провести из рассмотрения общей формулы напряжения у электроприемников  U₂ в зависимости от напряжения генератора U₁, добавочного напряжения U_доб , создаваемого регулирующими устройствами, и потери напряжения, обусловленной активной нагрузкой P_M , реактивной Q_M, активным сопротивлением сети R и реактивным X_L.

      

1. Регулирование напряжения генераторов 
2. Изменение коэффициента трансформации трансформа-торов
3. Вольтодобавочные трансформаторы
4. Линейные регуляторы ( трансформаторы)
5. Индукционные регуляторы или потенциал регуляторы
6. Бесконтактные автоматические регуляторы напряжения
7. Синхронные двигатели.
8. Параллельно включенные  конденсаторные батареи
9. Синхронные компенсаторы.
10. Компенсирующие преобразователи.
11. Статические источники реактивной мощности.
12. Сети с минимальным реактивным сопротивлением.
13. Продольная компенсация.
14. Сдвоенные реакторы.

 

      Рассмотрим  некоторые из технических средств  регулиро-вания напряжения.

      Трансформаторы  с регулированием напряжения под нагрузкой

      Регулировочные  ответвления располагаются обычно в обмотке высшего напряжения. В зависимости от величины мощности и напряжения регулируемые трансформаторы имеют различные схемы соединения обмоток и диапазоны регулирования.

      На  рис. Показана схема включения обмоток  и переключателей ответвления для трансформаторов напряжением 35, 10, 6 кВ мощностью от 60 до 630 вКА. Регулирование напряжения осуществляется в пределах [4´(+2.5)  и 2´(-2,5)]%.

      Переключатель приводится в действие от электродвигателя. Переключение ответвлений обычно автоматизировано. 

      Рис . Схема регулируемых трансформаторов  с шестью ступенями регулирования.

        

      /—трансформатор; 2—переключатель ответвлений; 3— рабочий контакт переключателя; 4—вспомогательный контакт; 5—неподвижный контакт; 6—редуктор привода; 7—электродвигатели привода; 8—система автоматического управления; 9—трансформатор напряжения типа ТСМАН-630/35;  /О—соединительные провода;, II—обмотка низшего напряжения; 12—обмотка высшего напряжения 

      На  ГПП устанавливается трансформаторы с переключаю-щими устройствами, имеющими большое число ступеней и размещенными в отдельном баке. Так для трансформатора типа ТМН с мощностью 5,6 МВА напряжением 35/10 кВ применяют переключатели типа РНТ-9 с реактором с восемью ступенями по 2,5% или более совершенные переключатели с мелкими ступенями регулирования по 1,5% .

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Рис  . Схема многоступенчатого регулирования  напряжения трансформаторов: 
 
 
 

Установки продольной компенсации (УПК). 

      Принцип действия УПК поясняет векторная  диаграмма 

                   U₁

                                      R₁           X_L      X_C  U₂  I₂     

                                  

     

                     cosj₁                                   cosj₂  

      

                                                                  I₂X_L

                   U₁          I₂X_L                            

                                                                   I₂R₁