Влияние качества электроэнергии на работу электроприемников

Лекция № 1 5

 

по дисциплине: «Электроснабжение»

 

 

Тема: Контроль показателей качества электроэнергии.

 

Цель: Изучить основные методы контроля качества электроэнергии и оценить влияние показателей качества электроэнергии на работу потребителей.

 

План лекции:

 

1. Влияние показателей качества электроэнергии на работу потребителей.

2. Контроль показателей качества электроэнергии и пути их улучшения.

 

Литература

 

1. ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».
2. ГОСТ 29322-92. Стандартные напряжения. Межгосударственный стандарт МКС 29.020 ОКП 01 1000 Дата введения 1993-01-01.
3. ГОСТ 30804.4.30-2013 (IEC 61000-4-30:2008) Межгосударственный стандарт. Методы измерений показателей качества электрической энергии. Electric energy. Electromagnetic compatibility of technical equipment. Power quality measurement methods.
4. Карташев И. И., «Качество электроэнергии в системах электроснабжения» Москва Издательство МЭИ 2001. Карташев И. И., Пономаренко И. С., Ярославский В. Н. Требования к средствам измерения показателей качества электроэнергии//Электричество. 2000 г. № 4.
5. Сапунов М. Вопросы качества электроэнергии//Новости электротехники. 2001 г. № 4 (10).
6. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебник для вузов. – М.: Интермет Инжиниринг, 2015 г.
7. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. М.: Энергоатомиздат, 1986 г.

 

Влияние отклонений напряжения

Вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения на его выводах. При снижении напряжения уменьшается вращающий момент и частота вращения ротора двигателя, так как увеличивается его скольжение.

Для двигателей, работающих с полной нагрузкой, понижение напряжения приводит к уменьшению частоты вращения. Если производительность механизмов зависит от частоты вращения двигателя, то на выводах таких двигателей рекомендуется поддерживать напряжение не ниже номинального. При значительном снижении напряжения на выводах двигателей, работающих с полной нагрузкой, момент сопротивления механизма может превысить вращающий момент, что приведет к "опрокидыванию" двигателя, т. е. к его остановке.

Снижение напряжения ухудшает и условия пуска двигателя, так как при этом уменьшается его пусковой момент. В случае снижения напряжения на зажимах двигателя реактивная мощность намагничивания уменьшается (на 2—3 % при снижении напряжения на 1 %), при той же потребляемой мощности увеличивается ток двигателя (можно считать, что при U= —10 %, ток двигателя возрастет на 10 % от /ном), что вызывает перегрев изоляции.
Если двигатель длительно работает при пониженном напряжении, то из-за ускоренного износа изоляции срок службы двигателя уменьшается.
Снижение напряжения приводит также к заметному росту реактивной мощности, теряемой в реактивных сопротивлениях рассеяния линий, трансформаторов и АД.

Повышение напряжения на выводах двигателя приводит к увеличению потребляемой им реактивной мощности. При этом удельное потребление реактивной мощности растет с уменьшением коэффициента загрузки двигателя. В среднем на каждый процент повышения напряжения потребляемая реактивная мощность увеличивается на 3 % и более, что, в свою очередь, приводит к увеличению потерь активной мощности в элементах электрической сети.

В табл.1. приведены характеристики АД и допустимые значения отклонения напряжения.

Таблица 1. Характеристики АД и допустимые значения отклонения напряжения

Характеристики АД	отклонения напряжения%
	-10 % ином	+10 % ином
1. Пусковой и максимальный вращающий момент	-19	+21
2. Скольжение	+23	-17
3. КПД:
при номинальной нагрузке	-2	+1
75 % от номинальной нагрузки	-2	+1
50 % от номинальной нагрузки	-(1...2)	(1—2)
4. Ток ротора	+14	-11
5. Ток статора	+10	-7

Синхронные двигатели (СД).

Влияние изменения напряжения на СД во многом аналогично описанному выше для АД. Основные отличия состоят в том, что частота вращения не зависит от напряжения. Ток возбуждения для машинного возбудителя не зависит от напряжения сети, а при возбуждении от выпрямительной установки — пропорционален напряжению.
С изменением напряжения сети изменяется реактивная мощность СД, что имеет важное значение, если СД используется для компенсации реактивной мощности в СЭС. Характер изменения реактивной мощности, зависящей от режима тепловой нагрузки СД, при отклонении напряжения сети определяется рядом конструктивных параметров и показателей режима работы СД.

Машины постоянного тока. Изменение амплитудных значений напряжения оказывает заметное влияние на работу электрических машин постоянного тока. При этом существенное значение имеют система возбуждения машины и степень насыщения магнитных цепей. Частота вращения для двигателей постоянного тока с независимым возбуждением меняется прямо пропорционально изменению напряжения сети. Напряжение между пластинами коллектора, а следовательно, и его износ также зависит от напряжения сети.

Лампы накаливания характеризуются номинальными параметрами: потребляемой мощностью Рном, световым потоком световой отдачей (равной отношению излучаемого лампой светового потока к ее мощности) и средним номинальным сроком службы . Эти показатели в значительной мере зависят от напряжения на выводах ламп накаливания.

Из кривых на рис. 1 видно, что со снижением напряжения наиболее заметно падает световой поток. При повышении напряжения сверх номинального увеличивается световой поток F, мощность лампы Р и световая отдача г), но резко снижается срок службы ламп Т ив результате они быстро перегорают. При этом имеет место и перерасход электроэнергии.

 

Рисунок 1 - Зависимости характеристик ламп накаливания от напряжения:
1 — потребляемая мощность; 2 — световой поток; 3 — световая отдача; 4 — срок службы

Люминесцентные лампы менее чувствительны к отклонениям напряжения. При повышении напряжения потребляемая мощность и световой поток увеличиваются, а при снижении — уменьшаются, но не в такой степени как у ламп накаливания. При пониженном напряжении условия зажигания люминесцентных ламп ухудшаются, поэтому срок их службы, определяемый распылением оксидного покрытия электродов, сокращается как при отрицательных, так и при положительных отклонениях напряжения.

При отклонениях напряжения bU = ± 10 % срок службы люминесцентных ламп в среднем снижается на 20—25 %. Существенным недостатком люминесцентных ламп является потребление ими реактивной мощности, которая растет с увеличением подводимого к ним напряжения. Отклонения напряжения отрицательно влияют на качество работы и срок службы бытовой электронной техники (радиоприемники, телевизоры, телефонно- телеграфная связь, компьютерная техника).

Вентильные преобразователи обычно имеют систему автоматического регулирования постоянного тока путем фазового управления. При повышении напряжения в сети угол регулирования автоматически увеличивается, а при понижении напряжения уменьшается. Повышение напряжения на 1 % приводит к увеличению потребления реактивной мощности преобразователем примерно на 1—1,4 %, что приводит к ухудшению коэффициента мощности. В то же время другие показатели вентильных преобразователей с повышением напряжения улучшаются, и поэтому выгодно повышать напряжение на их выводах в пределах допустимых значений.

Электрические печи чувствительны к отклонениям напряжения. Понижение напряжения электродуговых печей, например, на 7 % приводит к удлинению процесса плавки стали в 1,5 раза. Повышение напряжения выше 1,05 UHOM приводит к перерасходу электроэнергии.

Отклонения напряжения отрицательно влияют на работу электросварочных машин: например, для машин точечной сварки при &U= ± 15 % получается 100 %-ный брак продукции.

Конденсаторные установки. Отклонения напряжения в сети оказывают значительное влияние на работу конденсаторных установок, используемых для компенсации реактивной мощности.

В часы малых нагрузок имеют место наиболее высокие уровни напряжения в сети, которые могут представлять опасность для электросетевого оборудования, в том числе самих конденсаторов. В свою очередь, повышенные уровни напряжения способствуют увеличению отдаваемой в сеть реактивной мощности и еще большему увеличению уровня напряжения; и наоборот, в часы максимальных нагрузок имеет место повышенное потребление реактивной мощности и пониженные уровня напряжения. Это приводит к снижению реальной мощности конденсаторов, повышенному потреблению реактивной мощности из сети, росту потерь напряжения в ней и дальнейшему ухудшению качества ЭЭ.
Поскольку колебания напряжения имеют ограниченную длительность, существенно меньшую, чем постоянная времени нагрева наиболее чувствительных к КЭ элементов коммутационной аппаратуры, то преобладающим воздействующим фактором применительно к коммутационным аппаратам является отклонение напряжения достаточно большой длительности.

Чрезмерно высокие отклонения напряжения могут представлять опасность с точки зрения электрического пробоя главной изоляции аппаратов напряжением выше 1 кВ. При этом, чем выше класс номинального напряжения аппарата, тем больше опасность потенциального пробоя изоляции. Чрезмерное повышение напряжения в сети приводит к росту токов нагрузок и мощности КЗ, что вызывает ускоренный износ коммутационных аппаратов и может сказаться на их коммутационной способности. Для аппаратов с электрическими схемами включения реальную опасность представляет перегрев и преждевременный выход из строя элементов схемы управления, находящихся во включенном состоянии достаточно длительное время. Понижение напряжения ниже номинального может сказаться только на качестве выполняемых коммутационных операций.

 

 

Влияние отклонения частоты

Жесткие требования стандарта к отклонениям частоты питающего напряжения обусловлены значительным влиянием частоты на режимы работы электрооборудования и ход технологических процессов производства.

Анализ работы предприятий с непрерывным циклом производства показал, что большинство основных технологических линий оборудовано механизмами с постоянным и вентиляторным моментами сопротивлений, а их приводами служат асинхронные двигатели. Частота вращения роторов двигателей пропорциональна изменению частоты сети, а производительность технологических линий зависит от частоты вращения двигателя.

Наиболее чувствительны к понижению частоты двигатели собственных нужд электростанций. Снижение частоты приводит к уменьшению их производительности, что сопровождается снижением располагаемой мощности генераторов и дальнейшим дефицитом активной мощности и снижением частоты (имеет место лавина частоты).
Такие ЭП, как лампы накаливания, печи сопротивления, дуговые электрические печи на изменение частоты практически не реагируют.
Кроме этого, пониженная частота в электрической сети влияет на срок службы оборудования, содержащего элементы со сталью (электродвигатели, трансформаторы, реакторы со стальным магнитопроводом), за счет увеличения тока намагничивания в таких аппаратах и дополнительного нагрева стальных сердечников.

Требования стандарта к контролю качества электроэнергии

Контроль за соблюдением требований стандарта энергоснабжающими организациями и потребителями электрической энергии должны осуществлять органы надзора и аккредитованные испытательные лаборатории по КЭ.

Контроль КЭ в точках общего присоединения потребителей электрической энергии к системам общего назначения проводят энергоснабжающие организации (точки контроля выбираются в соответствии с нормативными документами). Периодичность измерений ПКЭ:

- для установившегося отклонения напряжения - не реже двух раз в год в зависимости от сезонного изменения нагрузок в распределительной сети центра питания, а при наличии автоматического встречного регулирования напряжения в центре питания не реже одного раза в год;

- для остальных ПКЭ - не реже одного раза в два года при неизменности схемы сети и ее элементов и незначительном изменении характера электрических нагрузок потребителя, ухудшающего КЭ.

Потребители электроэнергии, ухудшающие КЭ, должны проводить контроль в точках собственных сетей, ближайших к точкам общего присоединения указанных сетей к электрической сети общего назначения, а также на выводах приемников электрической энергии, искажающих КЭ.

Периодичность контроля КЭ устанавливает потребитель электрической энергии по согласованию с энергоснабжающей организацией.

Контроль КЭ, отпускаемой тяговыми подстанциями переменного тока в электрические сети напряжением 6 - 35 кВ, следует проводить:

• для электрических сетей 6 - 35 кВ, находящихся в ведении энергосистем, в точках присоединения этих сетей к тяговым подстанциям;

• для электрических сетей 6 - 35 кВ, не находящихся в ведении энергосистем, в точках выбранных по согласованию между тяговыми подстанциями и потребителями электроэнергии, а для вновь строящихся и реконструируемых (с заменой трансформаторов) тяговых подстанций - в точках присоединения потребителей электрической энергии к этим сетям..

 

Вопросы для самопроверки по лекции №1 5

 

1. Влияние колебания и отклонения напряжения на работу потребителей.

2. Влияние колебания и отклонения частоты на работу потребителей.

3. Влияние несимметрии напряжения на работу потребителей.

4. Влияние несинусоидальности напряжения на работу потребителей.

1. Виды и задачи контроля качества электроэнергии.
2. Диагностический контроль качества электроэнергии.
3. Инспекционный контроль качества электроэнергии.
4. Оперативный контроль качества электроэнергии.
5. Коммерческий контроль качества электроэнергии.

Лекция № 1 5

 

по дисциплине: «Электроснабжение»

 

 

Тема: Контроль показателей качества электроэнергии.

 

Цель: Изучить основные методы контроля качества электроэнергии и оценить влияние показателей качества электроэнергии на работу потребителей.

 

План лекции:

 

1. Влияние показателей качества электроэнергии на работу потребителей.

2. Контроль показателей качества электроэнергии и пути их улучшения.

 

Литература

 

1. ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».
2. ГОСТ 29322-92. Стандартные напряжения. Межгосударственный стандарт МКС 29.020 ОКП 01 1000 Дата введения 1993-01-01.
3. ГОСТ 30804.4.30-2013 (IEC 61000-4-30:2008) Межгосударственный стандарт. Методы измерений показателей качества электрической энергии. Electric energy. Electromagnetic compatibility of technical equipment. Power quality measurement methods.
4. Карташев И. И., «Качество электроэнергии в системах электроснабжения» Москва Издательство МЭИ 2001. Карташев И. И., Пономаренко И. С., Ярославский В. Н. Требования к средствам измерения показателей качества электроэнергии//Электричество. 2000 г. № 4.
5. Сапунов М. Вопросы качества электроэнергии//Новости электротехники. 2001 г. № 4 (10).
6. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебник для вузов. – М.: Интермет Инжиниринг, 2015 г.
7. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. М.: Энергоатомиздат, 1986 г.

 

Влияние качества электроэнергии на работу электроприемников

Отклонения ПКЭ от нормируемых значений ухудшают условия эксплуатации электрооборудования энергоснабжающих организаций и потребителей электроэнергии, могут привести к значительным убыткам как в промышленности, так и в бытовом секторе, обуславливают технологический и электромагнитный ущербы.

Электрическая энергия, вырабатываемая источниками питания и предназначенная для работы электроприёмников, должна иметь такие качественные показатели, которые определяют надёжность и экономичность их работы. Качественные показатели электроэнергии нормируются государственными стандартами; на эти нормы ориентированы технические условия работы электроприёмников, выпускаемых промышленностью.

Расчет производится для таких показателей качества электроэнергии как отклонение напряжения и несинусоидальность напряжения. Проведение расчета необходимо для того, чтобы установить, насколько эти показатели соответствуют установленным на них нормам. Нормирование показателей необходимо вследствие негативного влияния на работу других электроприемников:

- отклонение напряжения создают при своей работе любые электроприемники, т.к. изменение группового графика нагрузки в течении суток приводит к изменению потерь напряжения элементов электрических сетей. Отклонение напряжения может привести к изменению производительности данной установки или агрегата, к браку продукции в данной установке или агрегате, к изменению потребления активной и реактивной мощности, к изменению потерь активной мощности, а так же к изменению срока службы самого электроприемника и изоляции проводников, питающих его;

- колебания напряжения создают при своей работе электроприемники с импульсными и резкопеременными режимами работы (эл.сварочные установки, дуговые печи). Колебания напряжения наибольшее влияние оказывает на освещение и на различную электронную технику (ПК, телевизоры,и т.д.). На электродвигатели и электротехнологические установки колебание напряжения практически не оказывает влияния, т.к. длительность колебаний небольшая. Колебание напряжения сказывается на релейной защите;

-несинусоидальность напряжения вызывают электроприемники, имеющие нелинейную вольт-амперную характеристику (эл.сварочные установки, дуговые печи, газоразрядные лампы). Несинусоидальность напряжения вызывает дополнительные потери мощности за счет протекания высших гармоник, уменьшается срок службы изоляции, из-за высших гармоник в системах управления могут быть сбои;

- несимметрию напряжения создают все однофазные электроприемники (индукционные печи, освещение, дуговые сталеплавильные печи). Несимметрия напряжения в основном оказывает влияние на электродвигатели: если в нормальной трехфазной сети момент вращения направлен в одну сторону, то в несимметричной сети возникает обратный тормозной момент, что вызывает перегрев электродвигателя и сокращение срока службы.

Отклонения ПКЭ от нормируемых значений ухудшают условия эксплуатации электрооборудования энергоснабжающих организаций и потребителей электроэнергии, могут привести к значительным убыткам как в промышленности, так и в бытовом секторе, обуславливают технологический и электромагнитный ущербы.
От электрических сетей систем электроснабжения общего назначения питаются ЭП различного назначения.

Наиболее характерными типами ЭП, широко применяющимися на предприятиях различных отраслей промышленности, являются электродвигатели и установки электрического освещения. Значительное распространение находят электротермические установки, а также вентильные преобразователи.

Электродвигатели применяют в приводах различных производственных механизмов. В установках, не требующих регулирования частоты вращения в процессе работы, применяют асинхронные и синхронные электродвигатели.

Установлена наиболее экономичная область применения асинхронных и синхронных электродвигателей в зависимости от напряжения. При напряжении до 1 кВ и мощности до 100 кВт экономичнее применять асинхронные двигатели, а свыше 100 кВт — синхронные, при напряжении до 6 кВ и мощности до 300 кВт — асинхронные двигатели, а выше 300 кВт — синхронные, при напряжении 10 кВ и мощности до 400 кВт — асинхронные двигатели, выше 400 кВт — синхронные.
Синхронные двигатели имеют ряд преимуществ по сравнению с асинхронными двигателями: обычно используются в качестве источников реактивной мощности, их вращающий момент меньше зависит от напряжения на зажимах, во многих случаях они имеют более высокий КПД. В то же время синхронные двигатели являются более дорогими и сложными в изготовлении и эксплуатации.

Установки электрического освещения с лампами накаливания, люминесцентными, дуговыми, ртутными, натриевыми, ксеноно- выми применяют на всех предприятиях для внутреннего и наружного освещения.
Электросварочные установки переменного тока дуговой и контактной сварки представляют собой однофазную неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким коэффициентом мощности: 0,3 для дуговой сварки и 0,7 для контактной.

Вентильные преобразователи в силу специфики их регулирования являются потребителями реактивной мощности (коэффициент мощности вентильных преобразователей колеблется от 0,3 до 0,8), что вызывает значительные отклонения напряжения в питающей сети; коэффициент несинусоидальности при работе тиристорных преобразователей может достигать значения более 30 % на стороне 10 кВ питающего их напряжения, на симметрию напряжения в силу симметричности их нагрузок вентильные преобразователи не влияют.

Электросварочные установки могут являться причиной нарушения нормальных условий работы для других ЭП. В частности, сварочные агрегаты, мощность которых достигает 1500 кВт в единице, вызывают значительно большие колебания напряжения в электрических сетях, чем, например, пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Кроме того, эти колебания напряжения происходят длительно и с широким диапазоном частот, в том числе и в самом неприятном для установок электрического освещения диапазоне (порядка 10 Гц).
Электротермические установки. Неблагоприятное влияние на питающую сеть оказывают, например, дуговые печи, которые могут иметь мощность до 10 МВт, сооружаются как однофазные. Это приводит к нарушению симметрии токов и напряжений. Кроме того, дуговые печи, как и вентильные установки, являются нелинейными ЭП с малой инерционностью. Поэтому они приводят к несинусоидальности токов, а, следовательно, и напряжений.

Современная электрическая нагрузка квартиры (коттеджа) характеризуется широким спектром бытовых ЭП, которые по их назначению и влиянию на электрическую сеть можно разделить на следующие группы: пассивные потребители активной мощности (лампы накаливания, нагревательные элементы утюгов, плит, обогревателей); ЭП с асинхронными двигателями, работающими в трехфазном режиме (привод лифтов, насосов — в системе водоснабжения и отопления и др.); ЭП с асинхронными двигателями, работающими в однофазном режиме (привод компрессоров холодильников, стиральных машин и др.); ЭП с коллекторными двигателями (привод пылесосов, электродвигателей и др.); сварочные агрегаты переменного и постоянного тока (для ремонтных работ в мастерской и др.); выпрямительные устройства (для зарядки аккумуляторов и др.); радиоэлектронная аппаратура (теле- визоры, компьютерная техника и др.); высокочастотные установки (печи СВЧ и др.); лампы люминесцентного освещения.

Воздействие каждого отдельно взятого бытового ЭП незначительно, совокупность же ЭП, подключаемых к шинам 0,4 кВ трансформаторной подстанции, оказывает существенное влияние на питающую сеть.

 

1234Следующая ⇒

Поделиться: