Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Классификация и характеристика показателей качества ЭЭ.

ГОСТ 13109-97

 

1.1 Основные определения.

В настоящем стандарте применяют термины, приведенные в ГОСТ 19431, ГОСТ 30372, а также следующие:

-электромагнитная совместимость (ЭМС) - это способность электрооборудования, аппаратов и приборов нормально функционировать в электромагнитной среде, не создавая недопусти­мых эл. магнитных помех для другого оборудования, работающего в той же среде.

При соблюдении норм ГОСТ 13109-97 обеспечивается ЭМС эл. сетей систем эл.снабжения общего назначения и эл. сетей потребителей.

- электрическая сеть общего назначения - электрическая сеть энергоснабжающей организации, предназначенная для передачи электрической энергии различным потребителям (приемникам электрической энергии);

- кондуктивная электромагнитная помеха в системе энергоснабжения - электромагнитная помеха, распространяющаяся по элементам электрической сети;

- фликер - субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети, питающей эти источники;

- доза фликера - мера восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный промежуток времени;

- время восприятия фликера - минимальное время для субъективного восприятия человеком фликера, вызванного колебаниями напряжения определенной формы;

- частота повторения изменений напряжения - число одиночных изменений напряжения в единицу времени;

- длительность изменения напряжения - интервал времени от начала одиночного изменения напряжения до его конечного значения;

- провал напряжения - внезапное понижение напряжения в точке электрической сети ниже 0,9, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд;

- частость появления провалов напряжения - число провалов напряжения определенной глубины и длительности за определенный промежуток времени по отношению в общему числу провалов за этот же промежуток времени;

- импульс напряжения - резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня за промежуток времени до нескольких миллисекунд;

- амплитуда импульса - максимальное мгновенное значение импульса напряжения;

- временное перенапряжение - повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1 продолжительностью более 10 мс, возникающее в системах электроснабжения при коммутациях или других повреждениях.

 

 

1.2. Показателями КЭ являются:

- Установившееся отклонение напряжения δUу . Нормально:± 5%, предельно: ± 10%. В качестве действительного напряжения U в трехфазных электрических сетях принимается напряжение прямой последовательности основной частоты.

- Размах колебаний напряжения δUt в функции частоты их повторения;

- Доза фликера Pt. PSt ≤1,38 (%)² - кратковременная доза фликера;

PLt ≤ 1(%)² - длительная доза фликера;

- Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения KU. Нормально допустимые значения: 2 - 8 %, предельно допустимые значения: 3 - 12 %.

Таблица 1.1. Коэффициент несинусоидальности напряжения, %

Напряжение Uном,, кВ Нормально допустимое значение Предельно допустимое значение
0,38 8,0 12,0
6-20 5,0 8,0
4,0 6,0
110-330 2,0 3,0

 

- Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения KU(n);

- Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности:

нормально - K2U≤ 2%; предельно - K2U≤ 4%.

- Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности:

нормально - K0U≤ 2%; предельно - K0U≤ 4%.

- Отклонение частоты: ± 0,2 и ± 0,4 Гц соответственно.

- Длительность провала напряжения Δtп; - Предельно допустимая длительность провала напряжения: 30 секунд

- импульсное напряжение Uимп;

-коэффициент временного перенапряжения Kпер U.

Нормы показателей качества ЭЭ должны соблюдаться с интегральной вероятностью не менее: нормально допустимые - 95%, предельно допустимые – 100%.

Классификация и характеристика показателей качества ЭЭ.

Классификация.

Они делятся на 3 группы:

1 - Отклонения напряжения и частоты. Поддержание этих ПКЭ возможно общесистемными средствами.

2 - Колебания, несинусоидальность и несимметрия напряжения. Источником этих искажений являются электроприемники (ЭП).

3 - ПКЭ, определяемые случайными эл. магнитными явлениями в СЭС - провалы, импульсы напряжения и перенапряжения. Они не нормируются, но информация о них собирается и анализируется.

Отклонения частоты.

Рис. 2.1. Регулирование частоты.

Частота определяется балансом активной мощности в объединенной энергосистеме: в каждый момент времени вырабатываемая активная мощность равна потребляемой. Если, например, потребляемая мощность снижается, то создаваемый генератором тормозной момент на валу турбины тоже снижается, а скорость и частота растут. Для сохранения нормальной частоты нужно снизить впуск пара (воды) в турбину.

При недостаточном резерве активной мощности в системе превышение нагрузки над располагаемой мощностью генераторов может привести к недопустимому снижению частоты, что приведет к экономическому ущербу на предприятиях. Для предотвращения аварийного снижения частоты на подстанциях энергосистемы и на предприятиях устанавливается АЧР:

1 очередь - 49 Гц (третья категория), 2 очередь - 48 Гц, 3 очередь - 47 Гц.

 

Отклонения напряжения.

Они определяются :

- графиком нагрузки потребителей;

- сопротивлениями участков сети;

- балансом реактивной мощности;

- положением отпаек трансформаторов;

- режимом работы компенсирующих устройств.

Нормы отклонения напряжения , установленные ГОСТ 13109-97 должны соблюдаться с интегральной вероятностью ≥95% - нормально допустимые (± 5%) и 100% - предельно допустимые (±10%).

Пример. В течение суток было сделано 1440 измерений напряжения, из которых лишь 1370 раз отклонение напряжения находилось в пределах ± 5% и 1440 раз – в пределах ±10%. Определить соответствие отклонений напряжения ГОСТу. Решение: Вер(± 5%) = (1370 / 1440)*100 =95,14%

Ответ: отклонения напряжения соответствуют ГОСТу.

 

Потеря напряжения на участке сети:

Для сетей напряжением 110 кВ и выше (сети энергосистем) R < X в 2 - 4 раза (Рис.2.2). Поэтому потери и уровни напряжения в узлах слабо зависят от передаваемой активной мощности (АМ) и определяются в основном балансом реактивной мощности (РМ). Если вырабатываемая РМ увеличивается, то напряжение в сети повышается, потребляемая РМ в соответствии со статической х-кой потребителей также увеличивается и устанавливается новый баланс РМ, но уже при более высоком напряжении.

 

Рис.2.2. Зависимость удельных сопротивлений ЛЭП от сечения.

 

Статические х-ки активной и реактивной мощности (рис.2.3) в окрестности нормального режима (U*=1, P*=1, Q*=1) имеют положительный наклон, что свидетельствует об устойчивости такого режима, благодаря регулирующему эффекту нагрузки. Но при значительном снижении напряжения (ниже критического) вращающий момент АД становится меньше момента нагрузки, двигатели тормозятся, увеличиваются потребляемые реактивная мощность и ток, (отрицательный наклон статической характеристики) .

 

 

Рис. 2.3. Статические характеристики узла с преимущественно асинхронной на

грузкой.

 

Это приводит к дальнейшему снижению напряжения ("лавина напряжения"), режим становится неустойчивым, происходит аварийное отключение. Для предотвращения такой аварии предусматривается защита минимального напряжения.

Присутствие статических конденсаторов в узле нагрузки приводит к уменьшению положительного наклона статической характеристики и снижению регулирующего эффекта нагрузки.

Рассмотрим пример (рис.2.4):

Имеются два узла с асинхронной нагрузкой, которые при номинальном напряжении U* = 1 потребляют одинаковую реактивную мощность (РМ) Q = 100 квар, но в узле 2 мощность Q = Qp – Qк = 200 – 100 = 100 квар.

Рис.2.4. Влияние КБ на регулирующий эффект нагрузки.

Предположим далее, что снижение напряжения до U*=0,9 приведет к снижению мощности нагрузки в узлах соответственно до 90 и 180 квар. Но РМ, вырабатываемая в КБ Qк = U2ωC пропорциональна квадрату напряжения: Qк = 100 * 0,92 = 81 квар, Q = 180 – 81 = 99 квар. В итоге снижение напряжения до U*=0,9 в узле 1 вызвало пропорциональное снижение потребляемой РМ, но из-за присутствия КБ в узле 2 потребляемая РМ практически не изменилась.

Методы регулирования напряжения.

- Централизованное на шинах ЦП.

- Включение вольтодобавочного трансформатора в рассечку линии.

- Изменением реактивного сопротивления линии (продольная компенсация).

- Изменением передаваемой по линии РМ (поперечная компенсация).

Для снижения отклонений напряжения на зажимах ЭП ПУЭ рекомендуют поддерживать напряжение на шинах ЦП не ниже 105% в максимальном и не выше 100% в минимальном режимах.

 

Колебания напряжения.

К колебаниям относят быстрые изменения действующего значения напряжения, происходящие со скоростью 1-2% в секунду и более.

Колебания напряжения характеризуются амплитудой (размахом изменения напряжения) δUt; частотой f и интервалами между следующими друг за другом изменениями напряжения Δti, i+1 (рис. 2.4); интенсивностью мигания ламп накаливания, оказывающих раздражающее влияние на зрение человека (дозой, т.е. интенсивностью фликера или иначе фликером напряжения (ФН)).

 

 

Рис. 2.4. Колебания напряжения (пять размахов изменений напряжения за 12 с)

Они возникают при резких изменениях тока нагрузки, приводящих к соответствующим изменениям потери напряжения. К ЭП с резкопеременной нагрузкой, вызывающим колебания напряжения, относятся дуговые сталеплавильные печи (ДСП), мощные сварочные агрегаты, электродвигатели прокатных станов и т.п.

Рис.2.5. Предельно допустимые размахи изменения напряжения в зависимости от частоты повторения. Кривая 1- общий случай, кривая 2- лампы накаливания, значительное зрительное напряжение.

 

Необходимость нормирования колебаний напряжения возникла в результате обнаружения вредного воздействия мерцаний светового потока ламп (фликера) на зрение человека. Раздражающее воздействие колебаний освещенности на глаза при одинаковых размахах зависит от частоты колебаний (от интервала времени между двумя соседними изменениями). Экспериментально установлено, что максимальное раздражение наступает при частоте 18-20 изменений в секунду. Поэтому этой частоте соответствует наиболее жесткая норма размахов: 0,3 – 0,4%, установленная в ГОСТ 13109-97 (рис.2.5).

При проверке соблюдения требований ГОСТ в части колебаний напряжения с использованием кривых рис.2.5 возможны два варианта:

а) Одинаковые размахи δU повторяются с постоянной частотой f (с постоянным интервалом Δt). Например, δU = 3%, Δt = 30 с, освещение лампами накаливания при значительном зрительном напряжении. По кривой 2 (рис 2.5) для Δt = 30 с находим допустимый размах – чуть более 2%, то есть такие колебания по ГОСТ 13109-97 недопустимы.

б) Разные размахи повторяются нерегулярно. Соответствие ГОСТу проверяется в этом случае по соотношению , где:

- Δtдоп i – минимально допустимый интервал, соответствующий i-му изменению величиной δUi,

- Т – время наблюдения.

Пример. За 10 минут (600 с) наблюдения было зарегистрировано 12 изменений (размахов) величиной 2% и 20 размахов величиной 1%, освещение лампами накаливания при значительном зрительном напряжении. По кривой 2 (рис 2.5) находим минимально допустимые интервалы Δtдоп : δU = 2% → Δtдоп = 24 с, δU = 1% → Δtдоп = 2,5 с. 24 * 12 + 2,5 * 20 = 338 с, 338 с < 600 с.

Вывод: зарегистрированные колебания напряжения соответствуют ГОСТ 13109-97.

Размах изменения напряжения можно рассчитать по известной формуле

, о.е.,

где ΔP, ΔQ – наброс/сброс нагрузки,

R, X – эквивалентное сопротивление сети до точки подключения нагрузки.

Для сети высокого напряжения , где Х>>R, имеем

. Учитывая что , получим: .

Фликер обладает кумулятивным (накапливающимся) воздействием, эффект от которого тем больше, чем больше размах колебаний и чем частота их повторений ближе к 18 - 20 изменениям (размахам) в секунду. Доза фликера – это интегральная характеристика колебаний напряжения, вызывающих у человека накапливающееся за определенный промежуток времени раздражение миганиями света. Различают кратковременную (10 мин) и длительную (2 часа) дозы фликера. Измерение дозы фликера производится фликерметром – прибором, воспроизводящим математическую модель воздействия процесса колебаний на зрение.

 

Временное перенапряжение.

Временным перенапряжением называется повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1Uн продолжительностью более 10 мс. Причинами временных перенапряжений являются коммутация конденсаторных батарей, ненагруженных ЛЭП и трансформаторов, мощных электроприемников, отключение коротких замыканий.

Коэффициент временного перенапряжения: ,

где UMAX A – амплитуда напряжения.

Появление временных перенапряжений носит вероятностный характер.

 

Импульсное напряжение.

Импульсное напряжение – это резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального. Импульсы, вызванные грозовыми явлениями, очень коротки (10 – 15 мкс), но имеют большую амплитуду, в то время, как импульсы, вызванные переходными процессами при коммутациях (коммутационные импульсы) имеют длительность 10 – 15 мс, но значительно меньшую амплитуду.

 

Особенности поведения высших гармоник (ВГ) в трехфазных сетях.

В трехфазной сети ВГ образуют системы прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Гармоники, для которых k-1 делится на 3 образуют системы прямой последовательности. Например, угол сдвига 4-й гармоники (4-1=3, 3/3=1) фазы В по отношению к фазе А: .

Гармоники, для которых k+1 делится на 3 образуют системы обратной последовательности. Например, угол сдвига 2-й гармоники (2+1=3, 3/3=1) фазы В по отношению к фазе А: (240°).

Гармоники, для которых k делится на 3 образуют системы нулевой последовательности. Например, угол сдвига 3-й гармоники (3/3=1) фазы В по отношению к фазе А: - эквивалентно нулю.

На рис. 3.6 приведены кривые токов 1-й и 3-й гармоник в трехфазной цепи, где видно, что угол сдвига между токами 3-й гармоники фаз А, В и С равен нулю, т.е. эти токи совпадают по фазе и образуют систему нулевой последовательности.

Рис.3.6. Первая и третья гармоники в трехфазной цепи.

Токи гармоник, кратным трем, могут протекать только в четырехпроводной трехфазной цепи, при этом в нейтральном проводе протекает сумма токов трех фаз.

Если обмотка генератора или трансформатора соединена в треугольник, по ней будет протекать токи гармоник, кратных трем, даже при отсутствии внешней нагрузки, т.к. сумма их ЭДС составляет 3Е3, где Е3 – ЭДС одной фазы (рис.3.7.а).

Действующее значение тока, протекающего в контуре треугольника:

.

При этом напряжения этих гармоник равны нулю, т.к. замкнутый треугольник представляет для них короткозамкнутый контур. Токи гармоник не кратных трем в контуре треугольника не протекают, т.к. для них сумма ЭДС трех фаз равна нулю.

Если обмотки генератора (трансформатора) соединены в открытый треугольник (рис.3.7.б), то несмотря на присутствие ЭДС гармоник, кратных трем, ток этих гармоник протекать не может, т.к. контур разомкнут. При этом вольтметр, подключенный к зажимам m, n покажет действующее значение ЭДС этих гармоник:

.

 

Рис.3.7. Токи и напряжения гармоник, кратных трем в треугольнике.

В линейном напряжении, независимо от схемы соединения (звезда или треугольник) генератора (трансформатора) гармоники, кратные трем, отсутствуют.

 

Особенность четных гармоник.

Искажения формы кривых напряжения и тока, встречающиеся на практике, обычно симметричны относительно оси времени, т.е. отвечают условию

f(t) = f(t + T/2), т.е отрицательная полуволна является зеркальным отражением положительной полуволны, сдвинутой на Т/2 (на полпериода) (рис.3.8а). В этом случае ряд Фурье не содержит постоянной составляющей и четных гармоник.

Это положение можно доказать методом от противного: допустим, кривая тока i, состоящая из первой i1 и второй (четной) i2 гармоник (рис.3.8б) несимметрична относительно оси времени, f(t) ≠ f(t + T/2).

Вывод: в разложении кривых, симметричных относительно оси времени, отсутствуют четные гармоники.

Таким образом, в трехфазных трехпроводных сетях обычно отсутствуют кратные трем и четные гармоники, т.е. обычно присутствуют гармоники с номерами

5, 7,11, 13, 17…

Рис.3.8. а) Симметричная относительно оси времени кривая; б) Несимметричная кривая, содержащая вторую гармонику.

Вентильные преобразователи.

Рассмотрим гармонический состав тока, потребляемого из сети для двух схем неуправляемых трехфазных выпрямителей с индуктивностью на стороне постоянного тока намного большей, чем на стороне переменного тока.

На рис. 1 приведена схема трехфазного однополупериодного выпрямителя и графики токов на сторонах постоянного и переменного токов, соответствующие различным значениям индуктивности в цепи выпрямленного тока.

Кривая 1 показывает пульсацию выпрямленного тока, который при нулевой индуктивности L совпадает по форме с выпрямленным напряжением. Из этой кривой видно, что за один период переменного тока наблюдаются три амплитуды пульсирующего выпрямленного тока и напряжения, т.е. кратность пульсации m = 3.

 

Рис.3.7.1. Кривые токов трехфазного однополупериодного выпрямителя.

Кривая 4 – это ток фазы А, потребляемый из сети первичной обмоткой трансформатора Т при большой индуктивности L. Разложение этой периодической несинусоидальной функции в ряд Фурье имеет следующий вид:

ia = ,

где: Io – постоянная составляющая тока фазы А,

Im – амплитудное значение тока основной (первой) гармоники,

ωt – угловая частота основной гармоники тока.

Анализ разложения показывает, что:

а) присутствуют четные и нечетные гармоники,

б) отсутствуют гармоники, кратные трем,

в) амплитуда k-й гармоники в k раз меньше амплитуды первой гармоники,

д) кратность пульсаций выпрямленного напряжения m = 3, а номера присутствующих гармоник удобно вычислять по формуле k = m n ± 1, где n – целое число (для n = 1: k =2 и 4, для n = 2: k = 5 и 7 и т.д.). Таким образом в разложении присутствуют все члены ряда, кроме гармоник, кратных трем.

Амплитудный спектр токов основной и высших гармоник, потребляемых из сети трехфазным однополупериодным выпрямителем приведен на рис. 2.

Рис.3.7.2. Амплитудный спектр гармоник трехпульсного выпрямителя.

На рис. 3 приведена схема трехфазного мостового выпрямителя и графики напряжения и тока на сторонах постоянного и переменного токов при соединении трансформатора по схеме звезда-звезда..

Рис.3.7.3. Трехфазный мостовой выпрямитель с трансформатором звезда-звезда.

Рис.3.7.4. Трехфазный мостовой выпрямитель с трансформатором треугольник-звезда.

Напряжение на стороне постоянного тока U= пульсирует c частотой в 6 раз большей частоты питающей сети, т.е. кратность его пульсации m = 6.

На практике чаще всего индуктивность L велика и потребляемый из сети ток имеет форму прямоугольных (рис.3) или ступенчатых (рис.4) импульсов.

Независимо от схемы соединения, разложение несинусоидального тока в ряд Фурье имеет вид:

ia = 2 , где

Id - действующее значение выпрямленного тока,

ωt – угловая частота основной гармоники тока.

Анализ разложения показывает, что:

а) отсутствуют четные гармоники,

б) отсутствуют гармоники, кратные трем,

в) амплитуда k-й гармоники в k раз меньше амплитуды первой гармоники.

 

Рис.3.7.5. Амплитудный спектр гармоник шестипульсного выпрямителя.

Кратность пульсации выпрямленного напряжения m = 6, а номера присутст­вующих гармоник также удобно вычислять по формуле k = m n ± 1, где n – целое число (для n = 1: k =5 и 7, для n = 2: k = 11 и 13 и т.д.). Таким образом в разложе­нии присутствуют все члены ряда, кроме четных и гармоник, кратных трем. Амплитудный спектр гармоник тока шестипульсного выпрямителя приведен на рис.5.

Сравнивая амплитудные спектры трехпульсного (рис.2) и шестипульсного (рис.4) выпрямителей можно заметить, что высших гармоник стало значительно меньше: исчезли имеющие наибольшую амплитуду 2-я и 4-я гармоники, нет больше 8-й и 10-й гармоник и т.д.

 

Комбинированная схема: две трехфазные мостовые схемы с трансформа­торами звезда-звезда и треугольник-звезда.

Рис. 3.7.6. Комбинация двух трехфазных мостовых выпрямителей.

Комбинированная схема (рис.3.7.6) позволяет получить кратность пульсации выпрямленного напряжения m=12. При этом в спектре остаются лишь гармоники с номерами 11, 13, 23, 25…, амплитуды которых невелики.

Газоразрядные лампы.

Широко применяются для промышленного и наружного освещения, в трех­фазных сетях загружают нейтраль из-за больших значений токов гармоник, кратных трем.

В таблице приведено процентное содержание токов ВГ для различных типов светильников:

№ гарм. Люминесц ДРЛ ДНаТ компенс
Без компенс С компенс Без компенс С компенс
16 - 21 6 - 9
0,6 1 – 3 1,2 – 2,5 6 – 7 9,5
0,2 0,5 – 1,2 0,7 1 - 5 1,2
0,2 0,1 – 0,6 0,3 1,2 2,6
- 0,3 – 1,1 0,2
- 0,2 – 0,3 - 5,5

 

3.8. Влияние высших гармоник на работу электрооборудования.

Электродвигатели.

Присутствие высших гармоник в кривой напряжения вызывает дополнительные потери активной мощности и появление магнитных полей, вращающихся с высокими скоростями в двух направлениях.

Дополнительные потери в синхронных двигателях (СД) с шихтованными роторами невелики (при KU = 10 - 15% они составляют несколько процентов от ΔРном).

В СД с массивными роторами дополнительные потери значительно выше и могут вызвать перегрев ротора.

Дополнительные потери в асинхронных электродвигателях (АД) также невелики, т.к. все АД имеют шихтованные роторы и при KU = 10 - 15% не вызывают перегрева двигателя.

 

Рис.3.8.1. Зависимость потерь активной мощности в АД от номера гармоники.

 

3.8.2. Дополнительные потери активной мощности в обмотках трансформатора:

, где

Ik – ток гармоники k,

RT – активное сопротивление обмоток трансформатора,

ak – коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления из-за поверхностного эффекта и эффекта близости: а5 = 2,1, а7 = 2,5, а11 = 3,2, а13 = 3,7.

 

Изоляция электроустановок.

При наличии газовых включений в изоляции в них происходит ионизация, в результате которых развиваются местные дефекты, увеличивается tgδ и сокращается срок службы изоляции. Наибольшее увеличение tgδ происходит при заострённой форме кривой напряжения, когда коэффициент амплитуды превышает величину Ка > 1,41, характерную для синусоидальной формы кривой. Заостренная форма кривой вызывается присутствием ВГ, например присутствием третьей гармоники с начальной фазой Ψ3 = 180° (рис. 3.8.2).

Рис.3.8.2. а) уплощенная форма кривой U; б) заостренная форма кривой U.

 

Конденсаторные батареи.

Переменный ток, протекающий через конденсатор, состоит из активной и емкостной составляющих (рис. 3.8.3).

Рис.3.8.3. Угол между полным и емкостным токами конденсатора (угол δ).

Активный ток Iа, протекающий через изоляцию, вызывает ее нагрев, он обуславливает потери активной мощности ΔР = U · Ia и зависит от сопротивления изоляции конденсатора С. Угол δ («угол диэлектрических потерь») между полным и емкостным токами также зависит от качества изоляции: он увеличивается, если изоляция снижает свои изолирующие свойства. Состояние изоляции характеризуется тангенсом δ: , откуда Ia = Ic · tgδ = U · ωC · tgδ, где Ic = U · ωC.

Потери активной мощности, идущие на нагрев изоляции током первой (основной) гармоники:

ΔP = U · Ia = U · U · ωC · tgδ = U2 · ωC · tgδ.

В пределах 1 – 13 гармоник tgδ можно считать неизменным, поэтому потери активной мощности от тока гармоники «k» будут:

,

где k · ωC – емкостная проводимость конденсатора на k – ой гармонике.

Окончательно, дополнительный нагрев изоляции токами ВГ 2 – 13 запишется: .

Из-за относительного возрастания токов ВГ по отношению к току основной гармоники дополнительный нагрев изоляции КБ может привести к выходу КБ из строя.

Но наибольшую опасность для КБ представляет резонанс токов на частоте одной из ВГ, имеющихся в спектре гармоник напряжения сети. Резонансный контур образуется емкостью КБ и эквивалентной индуктивностью сети и нагрузки.

Расчет резонансной частоты производится с помощью эквивалентной схемы, включающей в себя цепь источника питания, нагрузку, КБ и источник гармоник.

а) Источник гармоник (ИГ) и КБ располагаются на стороне 6-10 кВ, нагрузка подключена к шинам 0,4 кВ ТП (рис. 3.8.4).

Рис.3.8.4. Резонанс токов на частоте ВГ, вариант а).

Источник гармоник ИГ посылает токи высших гармоник IВГ на шины 6-10 кВ, откуда они проникают в питающую сеть (ветвь Хс) и нагрузку (ветвь Хл, Хт, Хн).

Величины сопротивлений: .

Эквивалентное индуктивное сопротивление сети относительно шин 6-10 кВ определяется параллельным сложением ветвей питающей сети и нагрузки.

 

.

При этом, если питающая система имеет значительную мощность, то ХЭ ≈ ХС.

Как известно, условием возникновения резонанса токов является равенство Хэ=ХКБ. На основной гармонике резонанс невозможен, т.к. Хэ<<ХКБ. Но на частотах ВГ Хэ увеличивается, а ХКБ наоборот снижается и резонанс становится возможным. При этом ток в контуре Хэ, ХКБ резко увеличивается и значительно превышает ток IВГ, который протекает в неразветвленной части цепи. Большой ток ВГ перегревает КБ и выводит её из строя.

Условие резонанса токов на гармонике номер k:

, откуда (с учетом, что ХЭ ≈ХС) номер резонансной гармоники:

.

Обычно SК>>QКБ, поэтому резонансная гармоника имеет высокий порядок.

Рассмотрим числовой пример: КБ подключена к шинам 10 кВ (рис. 3.8.5.). Сопротивления элементов схемы приведены к напряжению 10 кВ.

Реактивное сопротивление КБ: ;

Реактивное сопротивление нагрузки:

Рис.3.8.5. Пример расчета резонансной частоты, вариант а).

Эквивалентное сопротивление Ом.

Номер резонансной гармоники , или:

Возможный резонанс на 25-й гармонике не опасен, т.к. ее амплитуда невелика.

 

 

б) Источник гармоник (ИГ) и КБ располагаются на стороне 0,4 кВ, нагрузка подключена к шинам 0,4 кВ ТП (рис.3.8.6.).

Рис.3.8.6. Резонанс токов на частоте ВГ, вариант б).

Условие резонанса токов на гармонике номер k выглядит по-прежнему

, но величины ХКБ и Хэ соизмеримы и резонансная частота имеет относительно низкий порядок.

Пример: КБ мощностью 268 квар подключена к шинам 0,4 кВ ТП, все сопротивления приведены к напряжению 0,4 кВ (рис.3.8.7).

Рис.3.8.7. Пример расчета резонансной частоты, вариант б).

 

Реактивное сопротивление КБ: ;

Реактивное сопротивление нагрузки:

 

Эквивалентное сопротивление

Номер резонансной гармоники - возможен резонанс на 7-ой гармонике. Резонанс токов на 7-й гармонике с большой вероятностью приведет к перегреву КБ и к выходу ее из строя.

Резонансная частота снижается с уменьшением ХКБ (т.е. с ростом мощности КБ) и также снижается с увеличением ХЭ (т.е. при малой мощности питающего трансформатора, сопротивление которого является определяющим в цепи ХС, ХЛ, ХТ).

Примерные диапазоны мощностей трансформаторов и КБ, при которых возможен резонанс токов, приведены в таблице.

Sн трансформатора, кВА QКБ, квар
k рез=5 k рез=7
160 - 230 80 - 118
315 – 370 118 – 190
330 – 590 170 – 300
600 - 1600 300 - 820

Для защиты КБ от опасности возникновения резонанса токов на одной из ВГ последовательно с КБ включают защитный реактор, предназначенный для придания контуру КБ индуктивного характера сопротивления на частотах ВГ.

 

Учет электроэнергии.

Учет электроэнергии при несинусоидальных режимах связан со значительными погрешностями, величины которых зависят от места установки счетчиков (на линейной или нелинейной нагрузке) и типа счетчика.

По линии, питающей нелинейную (искажающую) нагрузку, идут два встречных потока мощности , переносимые током основной и токами высших гармоник.

По линии к линейной (неискажающей) нагрузке идут две совпадающих по направлению мощности основной и высших гармоник .

С учетом погрешности счетчика для линейной и нелинейной нагрузок:

= ,

, где

ΔРk, γk – абсолютная и относительная погрешности счетчика на частотах гармоники k.

Погрешности учета энергии, переносимой высшими гармониками:

и .

Зависимость погрешности счетчика от частоты (от номера гармоники) называется частотной характеристикой счетчика. Например, для индукционного счетчика она приведена на рис. 3.8.8.

Рис.3.8.8. Частотная характеристика индукционного счетчика электроэнергии.

На частотах ВГ относительная погрешность счетчика велика и имеет отрицательный знак, т.е. наблюдается недоучет электроэнергии, перемещенной токами ВГ. С учетом знака γk можно утверждать, что погрешность учета энергии ВГ для нелинейной нагрузки положительна (ΔРНЛ > 0 – переучет), а для линейной нагрузки – отрицательна (ΔРЛ < 0 – недоучет).

Пример. Имеются два ЭП: первый – линейный (с линейной ВАХ), второй - нелинейный (с нелинейной ВАХ). Активные потребляемые мощности одинаковы:

- на основной гармонике: Р1=10 кВт,

- на ВГ: РВГ = 2 кВт,

- относительная погрешность счетчика на ВГ γВГ = -0,4 (40%).

Потребляемые мощности без учета γВГ:

РНЛ = 10 – 2 = 8 кВт, РЛ = 10 + 2 = 12 кВт.

Потребляемые мощности с учетом γВГ:

РНЛ = 10 – 2 + 2 · 0,4 = 8,8 кВт, РЛ = 10 + 2 - 2 · 0,4 = 11,2 кВт.

 

Системы автоматики и связи.

При параллельной прокладке силовых кабелей и «слаботочных» кабелей, предназначенных для передачи сигналов связи, АСУТП, телемеханики и т.п., в последних наводятся сигналы высокочастотных помех, вызванные токами ВГ в силовых кабелях. Токи ВГ затрудняют работу высокочастотных каналов связи, защиты и автоматики по проводам ЛЭП высокого напряжения.

 

Расчет напряжения ВГ.

Сопротивление работающего асинхронного двигателя (АД) на ВГ.

На рис. 3.9.1 для гармоник № 1, 5, и 7, присутствующих в напряжении АД, представлены зависи­мости вращающих моментов и токов от скорости.

Рис.3.9.1. Вращающие моменты “m” и токи “I” АД гармоник 1, 5, 7.

Диапазон рабочих скоростей (рабочая область) АД лежит в пределах 0 – n1, где n1 – синхронная скорость вращения поля первой гармоники. В рабочей области скольжение ротора относительно поля первой гармоники , где n – ско­рость вращения ротора. При малых и отрицательных (режим противовключения) скоростях ротора (S1 > 0,2) АД потребляет пусковой ток IП = (5–7)·IH.

 

Скольжение ротора относительно поля гармоники k: .

Знак «+» перед “n” ставится для гармоник обратной последовательности, поле которых вращается в противоположную сторону относительно ротора. Знак «-» ставится для гармоник прямой последовательности. Учитывая, что номинальное скольжение двигателя невелико (SH = 0,02 – 0,05), можно принять n ≈ n1.

Тогда .

Скольжение на 5-й гармонике: .

Скольжение на 7-й гармонике: .

Вывод: скольжение вращающегося ротора относительно полей ВГ примерно равно единице, т.е. на ВГ двигатель раб<

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-29

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...