Основные показатели, определяющие качество электроэнергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

21

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные показатели, определяющие качество электроэнергии

качество электроэнергия сеть напряжение

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. 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 (U 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.

Несинусоидальность напряжения сети характеризуется коэффициентом несинусоидальности (искажения) кривой напряжения. 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 Uном. Допустимое значение коэффициента 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.

2. Характеристика показателей качества электроэнергии

2.1 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 за период времени Т. Величина неодинаковости напряжения имеет размерность процент в квадрате. Единица неодинаковости 1%? или 1/10000. Например, при неодинаковости 25%? 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 Uск ? и величины среднего значения отклонения напряжения, %, за время Т.

2.2 Влияние отклонения напряжений на работу отдельных приемников электрической энергии

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 1 млн. 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 цветныхметаллов мощностью 3 (225 кВт привело к перерасходу электроэнергии 270 тыс.кВт*ч/год и удлинению технологического процесса. Наиболее чувствительны к отклонениям напряжения лампы накаливания. Для ламп накаливания повышение напряжения только на 1% сверхноминального вызывает увеличение потребляемой мощности приблизительно на1,5%, 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%.

2.3 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.

2.4 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 электроприемников, 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.

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.

2.5 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. Если эти мероприятия оказываются недостаточными, то предусматриваются специальные устройства и установки для уменьшения размахов изменений напряжения.

Специальные быстродействующие синхронные компенсаторы (СК). Наиболее эффективным средством для ограничения колебания напряжения является синхронный компенсатор толчковой нагрузки со специальными параметрами, с быстродействующим тиристорным возбуждением, с большой кратностью форсировки возбуждения, работающие в так называемом «режиме слежения» за реактивным током подключенных потребителей электроэнергии. Мощность СК определяют исходя из параметров графика нагрузки объекта, подлежащих компенсации. Предусматривается регулирование реактивного тока таким образом, чтобы емкостной реактивный ток СК соответствовал реактивной толчковой нагрузке, имеющий индуктивный характер.

Синхронные двигатели. Для ограничения размахов изменений напряжения при резкопеременных толчковых нагрузках используются также синхронные двигатели (СД) со спокойной нагрузкой, присоединяемые к общим шинам с вентильными преобразователями. При этом СД должны иметь необходимую располагаемую мощность, быстродействующее возбуждение (тиристорное) свысоким потолком форсировки и быстродействующий автоматический регулятор возбуждения. Статические источники реактивной мощности (ИРМ). ИРМ характеризуется высоким быстродействием, плавным изменением реактивной мощности, безинерционностью. Например схема статического ИРМ с параллельным включением регулируемой индуктивности и нерегулируемой емкости. В качестве индуктивности - управляемый реактор с подмагничиванием, в качестве емкости - конденсаторная батарея. Суммарная мощность ИРМ: Q=QL - QC, где QL - мощность, потребляемая реактором, QC - мощность. генерируемая конденсаторной батареей. Значение и направление мощности ИРМ в каждый момент зависят от регулируемой мощности QL. QC выбирается равной или несколько меньше ожидаемого наброса реактивной мощности. При набросе реактивной мощности ИРМ повышается до максимального значения, равного QC, а при сборе понижается до минимального значения.

2.6 Отклонения и колебания частоты

Нарушение баланса между мощностью, вырабатываемой генератором электростанции или энергосистемы, и мощностью требуемой промышленными предприятиями, приводит к изменению частоты тока электросети. Основной причиной возникновения колебаний частоты являются мощные приемники электроэнергии с резкопеременной активной нагрузкой (тиристорные преобразователи главных приводов прокатных станов). Активная мощность этих приемников изменяется от нуля до максимального значения за время менее 0,1с, вследствие чего колебания частоты могут достигать больших значений. Изменения частоты даже в небольших пределах влияют на работу электросетей и приемников электроэнергии. Понижение частоты тока приводит к увеличению потерь мощности и напряжения в электросетях и к недовыработке продукции. Влияние снижения частоты на потребляемую мощность электроприемников различно 1) потребляемая мощность приемниками электроосвещения, электропечами сопротивления и дуговыми электропечами практически незначительно зависит от частоты; 2) мощность забираемая механизмами с постоянным моментом на валу (металлорежущие станки, поршневые насосы, компрессоры и др.), пропорциональна частоте; 3) потери мощности в сети пропорционально квадрату частоты; 4) потребляемая механизмами с вентиляторным моментом сопротивления (центробежные насосы, вентиляторы, дымососы и др.) мощность пропорциональна частоте в третьей степени; 5) у центробежных насосов, работающих на сеть с большим статическим напором (противодавлением), например у питательных насосов котельных, потребляемая мощность пропорциональна частоте в степени выше третьей. Изменение частоты существенно влияет на работу приборов и аппаратов применяемых в телевидении, вычислительной технике.

Разгрузка энергосистемы при образовавшемся недостатке мощности осуществляется устройствами автоматической частотной разгрузки (АЧР) или вручную персоналом энергосистемы путем отключения потребителей по питающим линиям (трансформаторам) по специально разработанному так называемому аварийному графику (АГ). Устройства АЧР предназначены для разгрузки энергосистемы при авариях, вызывающий большой дефицит мощности. Величина АЧР принимается не менее 50% нагрузки энергосистемы с разбивкой на очереди с различными объемами разгрузки и различными установками автоматов по частоте и выдержке времени. Разгрузка энергосистемы персоналом вручную по аварийному графику (АГ) применяется также в случае возникновения дефицита мощности из-за аварии. График АГ разрабатывается в размере 15% нагрузки системы с разбивкой на очереди по мощности. Частотная разгрузка применяется совместно с частотным автоматическим повторным включением (ЧАПВ), восстанавливающим электроснабжение отключенных потребителей. Устройства АВР используются на предприятиях без учета общих интересов электроснабжения потребителей при возникающих дефицитах мощности в энергосистеме. Резервирование потребителями отключенной АЧР нагрузки с помощью АВР на оставленные в работе линии снижает эффективность АЧР, что может привести к развитию аварии в энергосистеме. Правильное использование АВР в сетях потребителей может быть обеспечено за счет рационального размещения АВР и согласования действия АВР с действиями АЧР.

2.7 Несинусоидальность формы кривой напряжения и тока

На современных промышленных предприятиях значительное распространение получили нагрузки, вольтамперные характеристики которых нелинейны. K их числу относятся тиристорные преобразователи, установки дуговой и контактной сварки, электродуговые сталеплавильные и руднотермические печи, газоразрядные лампы и др. Эти нагрузки потребляют из сети ток, кривая которого оказывается несинусоидальной, в результате возникают нелинейные искажения кривой напряжения сети или, несинусоидальные режимы. Несинусоидальные режимы неблагоприятно сказываются на работе силового электрооборудования, систем релейной защиты, автоматики, телемеханики и связи. Возникающие при этом экономические ущербы обусловлены главным образом, ухудшением энергетических показателей, снижением надежности функционирования электросетей и сокращение срока службы электрооборудования. Основной круг вопросов, составляющих содержание проблемы несинусоидальности, сводится к следующим: - оценка электромагнитной совместимости источников высших гармоник и других нагрузок; - количественная оценка высших гармоник тока, генерируемых различными нелинейными нагрузками, и прогнозирование значений высших гармоник тока и напряжения в электросетях. - снижение уровней высших гармоник.

Известно, что любую несинусоидальную периодическую функцию f((t) можно представить в виде суммы постоянной величины и бесконечного ряда синусоидальных величин с кратными частотами. Такие синусоидальные составляющие называются гармониками. Синусоидальная составляющая, период которой равен периоду несинусоидальной периодической величины, называется основной гармоникой. Остальные составляющие синусоиды с частотами со второй по n-ю называются высшими гармониками. Токи высших гармоник, проходя по элементам сети, вызывают падения напряжения в сопротивлениях этих элементов, которые, накладываясь на основную синусоиду напряжения, приводят к искажению формы кривой напряжения.

2.8 Основные источники высших гармоник

Вентильные преобразователи. Полупроводниковые преобразовательные устройства находят широкое применение на заводах черной и цветной металлургии и предприятиях химической промышленности. Потребителями постоянного тока на предприятиях являются регулируемый электропривод, электролизные установки, гальванические ванны, электрифицированный железнодорожный транспорт, магнитные сепараторы и др. технологические установки. На промышленных предприятиях наибольшее применение получили трехфазные мостовые схемы. Эти схемы являются также основой для построения более сложных схем многомостовых преобразователей. Проведенные исследования показали, что в амплитудных спектрах первичных токов преобразователей содержатся как канонические гармоники (5,7,11,13,17,19…), так и неканонические или анормальные гармоники (2,3,4,6,8…). Основной причиной появления анормальных гармоник является асимметрия импульсов управления, свойственная всем системам управления. Амплитуды анормальных гармоник по сравнению с амплитудами канонических гармоник как правило, невелики. На базе трехфазной мостовой схемы реализуются ряд схем преобразователей применяемых в электроприводе: - Тиристорный электропривод на базе вентильного двигателя; - Асихронный вентильный каскад; - Скомпенсированный вентильный электропривод; - Привод на базе асинхронного двигателя с использованием частотного регулирования частоты вращения.

Дуговые сталеплавильные электропечи. Нелинейность вольтамперной характеристики дуги приводит к генерации печами токов высших гармоник. Формы кривых тока печей в большой степени зависят от режима горения дуги в разные периоды плавки. В начальный период расплавления ток печи колеблется между токами режима холостого хода и короткого замыкания, форма кривых токов значительно отличается от синусоидальной. С появлением жидкого металла плавку ведут при короткой дуге, колебания тока сравнительно меньше. Форма кривых тока улучшается и приближается к синусоидальной. В сравнении с вентильными преобразователями той же мощности уровни гармоник, генерируемых дуговыми печами, оказываются в 3-4 раза меньше. Сказанное относится к периоду расплавления, поэтому для практических целей важно знать уровни гармоник для периода расплаления. Уровень 5,7,11 и 13-й гармоник тока, генерируемых электродуговыми печами, относительно невелик. Эквивалентное действующее значение их не превосходит 10% тока 1-й гармоники. В токах дуговых электропечей содержатся также анормальные 2,3,4,6-я гармоники. Основными причинами появления анормальных гармоник являются непрерывное изменение условий горения дуг печи и неполное выравнивание сопротивлений короткой сети. Эквивалентное действующее значение токов высших гармоник в токе за счет анормальных гармоник возрастает в 1,8-2 раза.

Установки электродуговой и контактной сварки. Для установок электродуговой сварки в качестве источника питания используются полупроводниковые выпрямители. Токи высших гармоник, генерируемые сварочными выпрямителями, различны для отдельных режимов работы сварочных установок. В зависимости от нагрузки выпрямитель может работать в одном из трех режимов: режиме прерывистых токов при малых нагрузках, которому соответствует двухвентильная коммутация А; средних нагрузках В; режиме трехвентильной коммутации при больших нагрузках С. Режим А практического значения не имеет. В режиме В уровни 5-й и 7-й гармоник тока оказываются весьма нестабильными. Уровень высших гармоник тока в режиме С значительно ниже, чем в режиме В. Установки контактной электросварки включаются в сеть с помощью тиристорных ключей. Для плавного регулирования сварочного тока вентильные устройства снабжаются системами фазового регулирования. Применение фазового регулирования приводит к искажению формы тока, потребляемого сварочными машинами. Определяющими гармониками при разложении тока являются 1,3 и 5-я. Кроме нечетных гармоник присутствуют также четные гармоники. Появление четных гармоник объясняется разбросом углов регулирования вентилей. Влияние четных высших гармоник на несинусоидальность токов сварочных машин невелико.

2.9 Влияние высших гармоник на работу электрооборудования

Высшие гармоники в системах электроснабжения предприятий нежелательны по ряду причин: появляются дополнительные потери в электрических машинах, трансформаторах и сетях; затрудняется компенсация реактивной мощности с помощью батарей конденсаторов; сокращается срок службы изоляции электрических машин и аппаратов; ухудшается работа устройств автоматики, телемеханики и вязи. При работе асинхронного двигателя в условиях несинусоидального напряжения немного снижается его коэффициент мощности и вращающий момент на валу. Искажение формы кривой напряжения заметно сказывается на возникновении и протекании ионизационных процессов в изоляции электрических машин и трансформаторов. При наличии газовых включений в изоляции возникает ионизация, сущность которой заключается в образовании объемных зарядов и последующей нейтрализации их. Нейтрализация зарядов связана с рассеиванием энергии, следствием которого является электрическое, механическое и химическое воздействие на окружающий диэлектрик; в результате развиваются местные дефекты в изоляции, что приводит к снижению её электропрочности, возрастанию диэлектрических потерь и в конечном счете к сокращению срока службы. Наиболее ощутимое влияние высших гармоник оказывает на работу батарей конденсаторов. Конденсаторы работающие при несинусоидальном напряжении, в ряде случаев быстро выходят из строя в результате вспучиваний и взрывов. Причиной разрушения конденсаторов является перегрузка и токами высших гармоник, которая возникает, как правило, при возникновении в сети резонансного режима на частоте одной из гармоник. В соответствии с ГОСТ батареи конденсаторов могут длительно работать при перегрузке их токами высших гармоник не более на 30%; однако при длительной эксплуатации конденсаторов в этих условиях срок службы сокращается. При несинусоидальном режиме сети происходит ускорение старения изоляции силовых кабелей. Исследования кабелей работающих при синусоидальном и при уровне высших гармоник в кривой напряжения в пределах 6-8,5% показали, что токи утечки во втором случае через 2,5 года эксплуатации оказались в среднем на 36%, через 3,5 года - на 43% больше, чем в первом. Высшие гармоники тока и напряжения влияют на погрешности электроизмерительных приборов. Индукционные счетчики активной и реактивной энергии при несинусоидальных напряжениях и токах имеют довольно большую погрешность, которая может достигать 10%. Наличие высших гармоник затрудняется и в ряде случаев делает невозможным использование силовых цепей в качестве каналов для передачи информации. Высшие гармоники ухудшают работу телемеханических устройств и даже вызывают сбой в их работе, если силовые цепи используются в качестве каналов связи между полукомплектами диспетчерского контролируемого пунктов. Несинусоидальность формы кривой напряжения отрицательно сказывается на работе вентильных преобразователей, ухудшая качество выпрямления тока.

Потери мощности вызываемые высшими гармониками. При прохождении токов высших гармоник по элементам системы электроснабжения возникают дополнительные потери активной мощности: 1. Дополнительные потери активной мощности в синхронных машинах от высших гармонических тока. 2 Дополнительные потери активной мощности в обмотках асинхронного двигателя, обусловленные токами высших гармоник. 3. Дополнительные потери активной мощности в силовых трансформаторах, кабельных и воздушных линиях и реакторах. 4. дополнительные потери активной мощности в силовых конденсаторах: а) Дополнительные потери активной мощности в диэлектрике силового конденсатора, б) Дополнительные потери активной мощности от внешних гармоник в изоляции от корпуса силовых конденсаторов. в) Дополнительные потери активной мощности от внешних гармоник в обкладках конденсаторов.

2.10 Способы уменьшения несинусоидальности напряжения в электрических сетях

Увеличение числа фаз выпрямления. С увеличением числа фаз выпрямления форма первичного тока преобразователя приближается в токе выпрямителя и, следовательно, в напряжении сети, уменьшается. Так, например, при 6-фазной схеме выпрямления в токе вентильного агрегата содержатся 5,7,11,13,17,19,23,25-я….гармоники, а при 12-фазной схеме - 11,13,23,25-я…. гармоники. Расчеты показывают, что при этом несинусоидальность напряжения сети уменьшается в 1,4 раза. Увеличение числа фаз выпрямления является действенной мерой снижения содержания высших гармоник в кривых первичного тока преобразователей и напряжения сети. Однако эти устройства получаются слишком сложными, дорогими и ненадежными. В настоящее время наибольшее распространение получили 12-фазный режим выпрямления.

Многофазный эквивалентный режим работы преобразователей. Увеличение числа фаз выпрямителя возможно также путем создания эквивалентного режима для группы вентильных агрегатов, при сохранении для каждого из них 6 - фазного выпрямителя. Например, 12-фазный эквивалентный режим для двухмостового преобразователя может быть реализован путём соединения одной из обмоток анодного трансформатора в треугольник, а другой - в звезду. В результате в первичных обмотках трансформаторов обеих агрегатов присутствуют гармоники порядков 6k, но в питающую сеть выходят только гармоники порядков 12k, а остальные гармоники тока циркулируют между первичными обмотками трансформаторов.

Снижение уровней гармоник средствами питающей сети достигается в основном рациональным построением схемы электроснабжения, при котором обеспечивается допустимый уровень гармоник напряжения на шинах потребителя. Наиболее распространенными средствами являются применение трансформаторов преобразователей с повышенным напряжением 110-220 кВ; питание нелинейных нагрузок от отдельных трансформаторов или подключение их к отдельным обмоткам трехобмоточных трансформаторов; подключение параллельно нелинейным нагрузкам синхронных и асинхронных двигателей.

Фильтры высших гармоник Звено фильтра представляет собой конур из

последовательно соединенных индуктивности и ёмкости, настроенный на частоту определенной гармоники. Идеальный фильтр полностью потребляет ток гармоники I, генерируемый нелинейными элементами. Однако из-за наличия активных сопротивлений в реакторе и конденсаторе и неточной их настройки полная фильтрация гармоник практически невозможна. Количество звеньев в фильтре может быть любое. Но на практике, как правило, применяют фильтры, состоящие из двух или четырех звеньев, настроенные на 5,7,11,13,23, и 25-ю гармоники. Одновременно фильтр является источником реактивной мощности и может служить в качестве одного из средств для компенсации реактивных нагрузок. Основным недостатком фильтров является их высокая стоимость, кроме этого распространение фильтров ограничивает также большая их чувствительность к точности настройки.

Заключение

Показатели качества электроэнергии это совокупность свойств энергии электрического тока, определяющих режим работы электроприёмников (электродвигателей, нагревательных установок, осветительных приборов, радиоэлектронных устройств и др.). Показателями качества являются: для сетей однофазного переменного тока - отклонение частоты и напряжения, колебания частоты и напряжения, несинусоидальность формы кривой напряжения; для сетей трёхфазного переменного тока-то же, что и для сетей однофазного тока, а также несимметрия фазных напряжений основной частоты (фазные напряжения не равны между собой и сдвиг по фазе отличен от 120°); для сетей постоянного тока - отклонение напряжения, колебания напряжения и коэффициент пульсации напряжения (отношение амплитуды переменной составляющей к выпрямленному напряжению). Отклонение частоты - разность между номинальным и фактическим значениями основной частоты, усреднённая за 10 мин; в нормальном режиме допускается отклонение частоты в пределах ±0,1 гц, иногда разрешается временное отклонение частоты до ±0,2 гц. Колебания частоты - разность между наибольшим и наименьшим значениями основной частоты при скорости изменения её не менее 0,2 гц/сек; в нормальных условиях колебания частоты не должны превышать 0,2 гц сверх указанных выше допустимых отклонений. Отклонение напряжения - разность между номинальным и фактическим (для данной сети) значениями напряжения, возникающая при сравнительно медленном изменении режима работы, когда скорость изменения напряжения менее 1% в сек. Колебания напряжения - разность между наибольшим и наименьшим действующими значениями напряжения в сети, возникающая при достаточно быстром изменении режима работы, когда скорость изменения не менее 1% в сек. Несинусоидальность формы кривой напряжения (несоответствие форме кривой гармонического колебания, длительно допускается на зажимах электроприёмника при условии, что действующее значение всех высших гармоник не превышает 5% действующего значения напряжения основной частоты. Качество электроэнергии может меняться в зависимости от времени суток, погодных и климатических условий, изменения нагрузки энергосистемы, возникновения аварийных режимов в сети и т.д. Снижение его может привести к заметным изменениям режимов работы электроприёмников и в результате - к уменьшению производительности рабочих механизмов, ухудшению качества продукции, сокращению срока службы электрооборудования, повышению вероятности аварий и т.д. В реальных условиях поддержание показателей качества в заданных пределах наиболее эффективно обеспечивается автоматическим регулированием напряжения и автоматическим регулированием частоты.

Литература

1. Электротехнический справочник, 4 изд., т. 2, кн. 1, М., 1972.

2. Качество электрической энергии. - М.: ЗАО «Энергосервис», 2000. - 80 с.

3. Колпачков В.И., Ящура А.И. «Производственная эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт энергетического оборудования». Справочник. (М. 1999 г. 433 стр.).

Размещено на Allbest.ru