Колебания напряжения у электроприемников
Колебания напряжения — это быстрые изменения напряжения, которые в современных электрических системах могут быть вызваны достаточно мощной нагрузкой, характеризующейся импульсным, резкопеременным характером потребления активной и реактивной мощностей.
При проектировании систем электроснабжения силового электрооборудования необходимо предусматривать мероприятия, устраняющие или снижающие до указанных выше значений колебания напряжения, вызываемые резко-переменными нагрузками крупных двигателей, мощных электропечей, выпрямителей и т. п.
Из таких мероприятий следует отметить:
приближение электроприемников с резкопеременными нагрузками к мощным источникам питания,
уменьшение реактивного сопротивления питающей сети,
выделение на отдельные линии или трансформаторы электроприемников с резкопеременной нагрузкой,
присоединения ударных и спокойных нагрузок на разные ветви трансформаторов с расщепленными обмотками,
применение продольной компенсации.
Колебания напряжений в сетях 6—10 кВ от резких изменений нагрузки могут быть ориентировочно определены по приближенной формуле, %
где ΔI — пиковый ток в сети 6—10 кВ, Iк — ток короткого замыкания на данном участке сети 6—10 кВ (с учетом дополнительной подпитки синхронными двигателями).
При питании синхронных двигателей с резкопеременной нагрузкой от достаточно мощной системы (если мощность всех источников питания системы в 10 раз и более превышает наброс мощности при пуске самого крупного двигателя) колебания напряжения в точке присоединения двигателей могут быть ориентировочно определены по формуле
где SK — мощность короткого замыкания в точке, в которой определяется δVt, MBА, ΔQ — изменение реактивной нагрузки (с положительным знаком — при увеличении потребляемой и при уменьшении отдаваемой мощности), Мвар.
Рис. 1. Схема питания пускаемого двигателя.
Остаточное напряжение при асинхронном пуске (или самозапуске) двигателей (рис. 1) рекомендуется определять по следующим формулам, выведенным для расчета (мощность двигателя Sд принимается за базисную), отн. ед.:
где Vд — снижение напряжения на зажимах двигателя, доли номинального, Vш — снижение напряжение на шинах, Кi — номинальная кратность пускового тока двигателя,
Источник
Колебания напряжения. Способы и средства уменьшения колебаний напряжения
Под единичным колебанием напряжения понимают его изменение в одну сторону (рисунок 4.6).
Рисунок 4.6 – Колебания напряжения
Если разброс ΔU и Δt не превышает 15 %, то в соответствии с рекомендациями определяют средние значения ΔUср и частоту повторения mср = 1/ tср и затем делают заключение о допустимости колебаний, пользуясь кривой (рисуннок 4.6).
Если разброс значений ΔU и Δt больше 15 %, можно использовать метод оценки допустимости колебаний, изложенный в [74]. Источниками колебаний напряжения являются, как правило, мощные ЭП, обладающие индуктивностью, при их пуске. К ним относятся электродвигатели, дуговые печи, сварочные и преобразовательные установки и т.п.
Рисунок 4.7 – Кривые допустимых размахов колебаний напряжения для ламп накаливания в зависимости от частоты колебаний m для интервала времени между ними Δt.
Колебания напряжения в значительной степени меняют освещенность рабочих поверхностей, неблагоприятно действуют на зрение работающих, приводят к утомляемости и, как следствие, к снижению производительности труда и возможно нарушению техники безопасности. Длительное воздействие колебаний освещенности может вызвать также расстройство психики. Значительные колебания напряжения могут привести к ложному срабатыванию РЗА, вычислительных машин и их комплексов, что в условиях крупного производства, оснащенного АСУП, приносит значительный ущерб.
Существуют два метода снижения δU: рациональное построение схемы СЭС и применение специальных технических средств.
При проектировании СЭС в целях снижения δU необходимо проводить следующие мероприятия:
1. Разделение питания «спокойной» и резкопеременной («ударной») нагрузок путем подключения их к разным обмоткам трансформаторов с расщепленными обмотками или на разные плечи сдвоенных реакторов (рисунок 4.8).
Рисунок 4.8 – Схема питания «спокойной» и «ударной» нагрузок при схеме со сдвоенным реактором
Потери напряжения в плече реактора со «спокойной нагрузкой можно определить по формуле
где Кс — коэффициент связи.
При значительных бросках тока I2(I2 >> I1) и Кс = (0,5 — 0,7) ΔU1 будет иметь отрицательные значения и частично компенсирует увеличен потерь ΔUт.
2. Тщательный выбор схемы пуска крупных электродвигателей. Для АД мощностью более 2000 кВт применяют схемы АД — блок трансформатор или частотный пуск с применением тиристорных преобразователей частоты.
3. Использование ограничителей числа одновременно включаемых ЭТУ. Однако при этом необходимо учитывать, что снижается производительность технологических установок, а это не всегда допустимо.
4. Увеличение мощности короткого замыкания (Sкз) в точке подключения крупных ЭП, так как 
. Оптимальный уровень токов КЗ необходимо определять на основании ТЭР, так как значительное увеличение Sкз может привести к утяжелению (удорожанию) элементов электрической сети среднего напряжения. Повышение Sкз лимитируется разрывной мощностью выключателей (500 МВ·А для напряжения 10 кВ).
Увеличение Sкз может быть достигнуто глубоким вводом высокого напряжения (подключение мощных печных агрегатов, например к сети 110 — 220 кВ), увеличением мощности питающих трансформаторов и сечения питающих ЛЭП (применяется редко), включением элементов сети на параллельную работу (трансформаторов, расщепленных обмоток трансформаторов, реакторов и др.). При параллельной работе трансформаторов весьма перспективными являются бесконтактные коммутирующие и токоограничивающие аппараты с временем действия около 0,01 с, позволяющие повысить Sкз до 1000 МВ·А и 100 МВ·А соответственно для напряжений 6 — 10 кВ и 0,4 кВ.
К специальным техническим средствам по снижению δU относятся:
— специальные синхронные компенсаторы (ССК);
— СД с форсировкой возбуждения, с тиристорными возбудителями;
— установки продольной компенсации (УПК);
— статистические источники РМ.
При крутом фронте набросов РМ наиболее подходящими являются УПК и статические источники РМ. Необходимо учитывать, что обеспечение ПКЭ в допустимых пределах возможно только при проведении комплекса вышеперечисленных мероприятий.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Мероприятия и технические средства повышения качества электрической энергии
Для поддержания отклонений и колебаний напряжения в пределах значений, соответствующих нормам, необходимо регулирование напряжения .
Регулированием напряжения называют процесс изменения уровней напряжения в характерных точках системы электроснабжения с помощью специальных технических средств, который осуществляется автоматически по заранее заданному закону. Закон регулирования напряжения в центрах питания (ЦП) определяет энергоснабжающая организация, по возможности учитывая интересы большинства потребителей, присоединенных к данному ЦП.
Для обеспечения требуемого режима напряжений на зажимах приемников электроэнергии используют следующие способы регулирования напряжения: на шинах электростанций и подстанций (ЦП), на отходящих линиях, совместное и дополнительное.
При регулировании напряжения на шинах ЦП обеспечивают так называемое встречное регулирование напряжения. Под встречным регулированием напряжения понимают повышение напряжения до 5 — 8 % номинального в режиме наибольших нагрузок и понижение напряжения до номинального (или ниже) в режиме наименьших нагрузок при линейном изменении в зависимости от нагрузки.
Регулирование производят с помощью изменения коэффициента трансформации питающего трансформатора . Для этого трансформаторы оснащают средствами регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) . Трансформаторы с РПН позволяют регулировать напряжение в диапазоне от ±10 до ±16 % с дискретностью 1,25 — 2,5 %. Силовые трансформаторы 6 — 20/0,4 кВ оснащают устройствами регулирования ПБВ (переключение без возбуждения) с диапазоном ±5 % и шагом регулирования ±2,5 % (табл. 1).
Таблица 1. Добавки напряжения трансформаторов 6 — 20/0,4 кВ с ПБВ
Правильный выбор коэффициента трансформации трансформатора с ПБВ (например, при сезонном регулировании) обеспечивает по возможности наилучший режим напряжений при изменении нагрузки.
Целесообразность применения того или иного способа регулирования напряжения определяется местными условиями в зависимости от протяженности сети и ее схемы, резерва реактивной мощности и т.п.
Показатель отклонения напряжения зависит от потерь напряжения в сети зависит от сопротивления сети и нагрузки. Практически изменение сопротивлений сети связывают с изменением напряжений в ней при выборе сечений проводов и жил кабелей с учетом отклонений напряжения у приемников электроэнергии (по допустимой потере напряжения), а также при применении последовательного включения конденсаторов в воздушных линиях (установки продольной компенсации — УПК) .
Последовательно включенные конденсаторы компенсируют часть индуктивного сопротивления линии, тем самым уменьшается реактивная слагающая в линии и создается как бы некоторая добавка напряжения в сети, зависящая от нагрузки.
Последовательное включение конденсаторов целесообразно лишь при значительной реактивной мощности нагрузки (tg φ > 0,75-1,0). Если коэффициент реактивной мощности близок к нулю, потери напряжения в линии определяются в основном активным сопротивлением и активной мощностью. В этих случаях компенсация индуктивного сопротивления нецелесообразна.
Применение УПК очень эффективно при резких колебаниях нагрузки, так как регулирующий эффект конденсаторов (значение добавки напряжения) пропорционален току нагрузки и автоматически изменяется практически без инерции. Поэтому последовательное включение конденсаторов следует применять в воздушных линиях напряжением 35 кВ и ниже, питающих резкопеременные нагрузки с относительно низким коэффициентом мощности. Их используют также в промышленных сетях с резкопеременными нагрузками.
К уменьшению потерь напряжения, а следовательно, к увеличению напряжения в конце линии помимо выше рассмотренных мер по уменьшению сопротивления сети приводят меры по изменению нагрузок сети, особенно реактивных. Это возможно осуществить, применяя установки поперечной компенсации (включение батарей конденсаторов параллельно нагрузке) и быстродействующие источники реактивной мощности (ИРМ), отрабатывающие реальный график изменения реактивной мощности.
Для улучшения режима напряжения сети, снижения отклонений и колебаний напряжения возможно использование мощных синхронных двигателей с автоматическим регулированием возбуждения.
Для улучшения таких показателей качества электроэнергии целесообразно подключение искажающих КЭ электроприемников в точках системы с наибольшими значениями мощности КЗ. А применение средств ограничения токов КЗ в сетях, содержащих специфические нагрузки, следует производить только в пределах, необходимых для обеспечения надежной работы коммутационных аппаратов и электрооборудования.
Основные способы уменьшения влияния несинусоидальности напряжения. Среди технических средств применяют: фильтровые устройства: включение параллельно нагрузке узкополосных резонансных фильтров, фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ), фильтросимметрирующих устройств (ФСУ), ИРМ, содержащих ФКУ, специальное оборудование, характеризующееся пониженным уровнем генерации высших гармоник, «ненасыщающиеся» трансформаторы, многофазные преобразователи с улучшенными энергетическими показателями.
На рис. 1, а показана схема поперечного (параллельного) пассивного фильтра высших гармоник. Звено фильтра представляет собой контур из последовательно соединенных индуктивности и емкости, настроенных на частоту определенной гармоники.
Рис. 1. Принципиальные схемы фильтров высших гармоник: а — пассивного, б — активного фильтра (АФ) как источника напряжения, в — АФ как источника тока, ВП — вентильный преобразователь, Ф5, Ф7 — соответственно звенья фильтра на 5-ю и 7-ю гармоники, u с — напряжение сети, u АФ — напряжение АФ, u н — напряжение на нагрузке, I с — ток сети, I Аф — ток, генерируемый АФ, I н — ток нагрузки
Сопротивление звена фильтра токам высших гармоник Хфп=Х Ln -Х c / n , где XL, Хс — сопротивления соответственно реактора и батареи конденсаторов току промышленной частоты, n — номер гармонической составляющей.
С увеличением частоты индуктивное сопротивление реактора увеличивается пропорционально, а батареи конденсаторов — уменьшается обратно пропорционально номеру гармоники. На частоте одной из гармоник индуктивное сопротивление реактора становится равным емкостному сопротивлению батареи конденсаторов, и в цепи звена фильтра возникает резонанс напряжений. При этом сопротивление звена фильтра n току резонансной частоты равно нулю и оно шунтирует электрическую систему на этой частоте. Номер гармоники яр резонансной частоты вычисляют по формуле
Идеальный фильтр полностью отфильтровывает токи гармоник, на частоты которых настроены его звенья. Однако практически наличие активных сопротивлений реакторов и батарей конденсаторов и неточная настройка звеньев фильтра приводят к неполной фильтрации гармоник. Параллельный фильтр представляет собой ряд звеньев, каждое из которых настроено на резонанс для частоты определенной гармоники.
Количество звеньев в фильтре может быть любым. На практике обычно применяют фильтры, состоящие из двух или четырех звеньев, настроенных на частоты 5, 7, 11, 13, 23 и 25-й гармоник. Поперечные фильтры присоединяют как в местах возникновения высших гармоник, так и в пунктах их усиления. Поперечный фильтр является одновременно и источником реактивной мощности, и средством компенсации реактивных нагрузок.
Параметры фильтров подбирают таким образом, чтобы звенья были настроены в резонанс на частоты фильтруемых гармоник, а их емкости позволяли генерировать необходимую реактивную мощность на промышленной частоте. В ряде случаев для компенсации реактивной мощности параллельно фильтру включают батарею конденсаторов. Такое устройство называют фильтрокомпенсирующим (ФКУ) . Фильтрокомпенсирующие устройства выполняют и функцию фильтрации гармоник, и функцию компенсации реактивной мощности.
В настоящее время помимо пассивных узкополосных фильтров применяют и активные фильтры (АФ) . Активный фильтр — преобразователь переменно-постоянного тока с емкостным или индуктивным накопителем электрической энергии на стороне постоянного тока, формирующий методом импульсной модуляции определенное значение напряжения или тока. В его составе интегрированные силовые ключи, соединенные по типовым схемам. Подключение АФ в сеть в качестве источника напряжения показано на рис. 1, б, в качестве источника тока — на рис. 1, в.
Снижение систематической несимметрии в сетях низкого напряжения осуществляется рациональным распределением однофазных нагрузок между фазами с таким расчетом, чтобы сопротивления этих нагрузок были примерно равны между собой. Если несимметрию напряжения не удается уменьшить с помощью схемных решений, то применяют специальные устройства: несимметричное включение конденсаторных батарей (рис. 2) или схемы симметрирования (рис. 3) однофазных нагрузок.
Рис. 2. Симметрирующее устройство с конденсаторной батареей
Рис. 3. Специальная схема симметрирующего устройства
Если несимметрия меняется по вероятностному закону, то для ее снижения применяют автоматические симметрирующие устройства, схема одного из которых представлена на рис. 4. Регулируемые симметричные устройства дороги и сложны, их применение порождает новые проблемы (в частности, несинусоидальность напряжения). Поэтому положительного опыта использования симметрирующих устройств в России нет.
Рис. 4. Типовая схема симметрирующего устройства
Для защиты от перенапряжений применяются ограничители перенапряжений . От кратковременного снижения и провалов напряжений могут использоваться динамические компенсаторы искажений напряжения (ДКИН) , которые решают многие проблемы качества электроэнергии, включая провалы (в том числе и импульсные) и перенапряжения питающего напряжения.
Основные преимущества ДКИН:
нет батарей и всех проблем, связанных с ними,
время реакции на кратковременные нарушения электроснабжения 2 мс,
эффективность работы устройства ДКИН более 99 % при 50 %-ной нагрузке и более 98,8 % при 100 %-ной нагрузке,
низкая потребляемая мощность и малые эксплуатационные затраты,
компенсация гармонических составляющих, фликеров,
синусоидальная форма выходного напряжения,
Снижение уровня негативного влияния на сеть от приемников электроэнергии специфических нагрузок (ударных, с нелинейными вольт-амперными характеристиками, несимметричных) достигается нормированием их и разделением питания специфических и «спокойных» нагрузок.
Помимо выделения отдельного ввода для специфических нагрузок возможны и другие решения рационального построения схем электроснабжения:
четырехсекционная схема главной понижающей подстанции на напряжении 6—10 кВ с трансформаторами с расщепленными вторичными обмотками и со сдвоенными реакторами для раздельного питания «спокойной» и специфической нагрузки,
перевод трансформаторов главной понизительной подстанции (ГПП) на параллельную работу включением секционного выключателя напряжением 6—10 кВ, когда это допустимо по токам КЗ. Это мероприятие можно применять и временно, например в периоды пуска крупных двигателей,
осуществление в цеховых сетях питания осветительной нагрузки отдельно от силовой резкопеременной (например, от сварочных агрегатов).
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник