Лекции по " Качеству электроэнергии"

      

                          U₂I₂R₁                        U₂                 I₂X_C   

                                                                            U₁

              j       j₁ j₂                                               j₁      j₂

                                      I₂                                                                               I₂

      а) без конденсаторов     б) при включении трансформаторов 

      При наличии в сети только активного  R₁  и индуктивного X_L cопротивлений напряжения U₂ уменьшается за счет падения напряжений - активного I₂R₁ и индуктивного  I₂X_L . В этом случае U₂<U₁,   DU=U₁-U₂>0.

      При включении емкостного сопротивления X_C получается третье падение напряжения I₂X_C направленное противоположно I₂X_L. I₂X_C может быть подобрана таким образом, что вектор U₂ будет равен вектору U₁ или даже больше его, т.е. DU=0 или DU<0.

      Величина  X_C выбирается в зависимости от потери напряжения без УПК DU%, допустимой потери напряжения DUдоп%, номинального напряжения Uн, тока нагрузки Im и sinj₂

         

      Достоинства УПК:

1. Автоматическое регулирование напряжения.
2. При одинаковом регулирующем эффекте мощность конденсаторов УПК получается в 4-6 раз меньше, чем мощность КБ при поперечной компенсации.
3. Применение конденсаторов, рассчитанных только на перепад напряжения IX_C.

 

Недостатки  УПК:

1. Возможность появления резонансных явлений
2. Недопустимость сквозных токов к.з.

3) Повышение  уровня токов к.з. 

       ВОЛЬТОДОБАВОЧНЫЕ  ТРАНСФОРМАТОРЫ 

      Вольтодобавочные  трансформаторы имеют одну обмотку, включенную последовательно с линией, в которой регулируется напряжение. Эта обмотка получает питание  от вспомогательного трансформатора, первичная обмотка которого питается от сети или постороннего источника тока.

      На  рис (а) показана принципиальная схема  ВДТ

        

1. основной  трансформатор
2. последовательный трансформатор
3. регулировочный трансформатор

            
 

      Здесь к  возбуждающей обмотке вольтодобавочного  транс-форматора подводится напряжение, сдвинутое по фазе на 90⁰ по отношению к напряжению данной фазы. Так для создания добавочного напряжения Ерег в фазе А к возбуждающей обмотке этой фазы подводят линейное напряжение U_ВС .

      Тогда вектор добавочного напряжения Ерег будет перпендикулярен вектору фазного напряжения U_A1, а вектор напряжения на выходе регулятора U_A2 ,будет сдвинут на угол a, по отношению к вектору U_A1. При этом угол a  может быть как опережающим, так и отстающим.

      Такой способ регулирования называется поперечным регулированием.

      Схема продольного вида регулирования  напряжения показана на рис (б).

      При продольном регулировании к каждой фазе возбуждающего трансформатора подводится напряжение той же фазы. Тогда вектор добавочного напряжения Ерег будет совпадать по фазе с вектором U_A1, а вектор напряжения на выходе регулятора U_A2 ,будет равен алгебраической сумме векторов U_A1, и Ерег. 

                        Колебание напряжения 

      При работе электроприемников с резкопеременной  ударной нагрузкой в электросети  возникают резкие толчки потребляемой мощности. Это вызывает изменения напряжения сети, размахи которых могут достигнуть больших значений. Эти явления имеют место при работе прокатных электродвигателей, дуговых электропечей, сварочных машин и т.д. Указанные обстоятельства крайне неблагоприятно отражаются на работе всех электроприем-ников, подключенных к данной сети, в том числе и электроприемников вызывающих эти изменения.

      Так, например, время сварки у контактных машин в пределах от 0,02 до 0,4 с, то колебания напряжения даже малой  длительности сказываются на качестве сварки.

      При колебаниях напряжения, в результате которых напряжение снижается более  чем на 15% ниже номинального, возможно отключение магнитных пускателей, работающих электродвигателей.

      На  предприятиях с существенной синхронной нагрузкой колебания напряжения могут приводить к выпадению привода из синхронизма и расстройству технологического процесса.

      Колебания напряжения отрицательно сказывается  на работе осветительных приемников. Они приводят к миганиям ламп, которые  при превышении порога раздражительности могут отражаться на длительном восприятии людей.

      Колебания напряжения, имеющие место при  работе крупных синхронных двигателей с резкопеременной нагрузкой, определяются с учетом переходных процессов, т.к. при этом мощность, потребляемая электродвигателем, значительно отличается от мощности установившегося режима.

      В соответствующих точках системы  колебание напряжения, вызываемое изменениями (набросами) активной нагрузки на DР и реактивной нагрузки на DQ, может быть ориентировачно определено по формуле:

      

  где dU - потеря напряжения, отн.ед.

 DР, DQ - изменения (набросы) активной  и реактивной трехфазной мощности электроприемника [МВт и МВАр]

 R, X - активное и реактивное сопротивление на фазу   Ом

 Z - полное сопротивление

 S_K - мощность к.з. в точке, в которой проверяется колебания напряжения. 

      Соотношения между активными и индуктивными сопротивлениями элементов сети r/x - составляют:

      Воздушные линии 110¸220 кВ                          0,125¸0,5

      Кабельные линии  6¸10 кВ                              1,25¸5

      Токопроводы    6¸10 кВ                                     0,04¸0,11

      Трансформаторы 2,5¸6,3                                   0,06¸0,143

      Тоже                 63¸500 МВА                             0,02¸0,05

      Реакторы   РБА 6¸10 кВ    до 1000 А                  0,02¸0,067

      Паротурбинные генераторы 12¸60 МВт            0,012¸0,02

      Тоже                                  100¸500 МВт           0,0075¸0,01

      Подстанции  в распределительных сетях           0,067 и выше 

      Активное сопротивление всех элементов сети, кроме кабелей, значительно меньше индуктивного. Но в заводских сетях крупных предприятий при широком внедрении токопроводов 6¸10 кВ и глубоких вводов 110¸220 кВ. Они становятся малопротяженными и их доля резко снижается. Поэтому они не оказывают большого влияния на результирующее значение отношения r/x в целом по предприятию. Это позволит упрощенно рассчитать колебания напряжения при резкопеременных ударных нагрузках.

      Исходя  из выше приведенных соотношений  r/x при расчетах колебания напряжения в среднем можно принять, что лежит она в пределах 0, 1¸0,03.  При этом отношение z/x получается примерно равны 1. С учетом этих допущений:

      

      Учитывая  малое отношение r/x элементов сети, активным сопротивлением вообще можно пренебречь. Тогда, колебания напряжения можно определить по еще простой формуле

                    

      На  основе изложенного можно сделать  вывод о том, что при заданных набросах DР и DQ значение колебаний определяется мощностью к.з. питающей сети и чем последняя выше, тем меньше колебания.

      Вторым  существенным источником колебаний  напряжения являются дуговые сталеплавильные  печи (ДСП). При работе ДСП имеют  место частые отключения, число которых  достигают 10 и более в течение  одной плавки. Наиболее тяжелые условия  получаются в период расплавления металла и в начале окисления. При этом возникают эксплуатационные толчки тока.  Значение тока при толчке зависит от вместимости печи, параметров печного трансформатора, полного сопротивления короткой сети. 

      Для отечественных ДСП можно принять:

Вместимость печи, т.      0,5¸6             10¸50                 100¸200

 Iк.з.                            (3,6¸3,2)Iн      (3,2¸2,3)Iн           (1,4¸2,2)Iн 

      При совместном питании ДСП и так  называемой "спокойной" общецеховой  нагрузки размах изменения напряжения dU на шинах вторичного напряжения 6¸10 кВ понизительного трансформатора ГПП можно с достаточной для практических целей точностью определить по формуле

    

      Таким образом, значения размахов изменения  напряжения в основном определяется мощностью к.з. питающей сети. 
 

      График  нагрузки дуговой сталеплавильной  печи ДСП вместимостью 100 т 

      Мероприятия по ограничению колебаний  напряжения.

            В первую очередь  предусматриваются оптимальные решения схемы электроснабжения с минимальными дополнительными затратами, к числу которых относятся:

- приближение  источников высшего напряжения  к электроприемникам с резкопеременной  нагрузкой

- питание  резкопеременных и спокойных  нагрузок от отдельных трансформаторов

-  соблюдение оптимального уровня  мощности к.з. в сетях, питающих  электрориемники с резкопеременной  нагрузкой в пределах 750¸10000 МВА.