Лекция №1 основные показатели определяющие качество электроэнергии. План

Колебание напряжения.
Колебание напряжения оценивается следующими показателями:

1. 
   Размахом изменения напряжения δU 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 напряжений 1/с, 1/мин, 1/час.
   

Где m – количество изменений напряжения со скоростью изменения более 1% в секунду за время T.
Если интервал времени между концом одного изменения напряжения и началом следующего, происходящего в том же направлении, менее 0,04 с, то эти изменения рассматривают как одно. Под колебанием напряжения понимают пять размахов изменения напряжения в течение 12 с.
Колебания напряжения в сетях промышленных предприятий возникают в результате работы мощных резкопеременных нагрузок: электродуговых сталеплавильных печей, сварочных агрегатов, вентильных преобразователей. ГОСТ 13109-67* ограничивает значение и частоту колебаний напряжения только на зажимах осветительных ламп и радиоприборов, однако они отрицательно сказываются и на работе других потребителей.
Значительные колебания напряжения имеют место на шинах подстанций, питающих сварочные машины. Их влияние сказывается как на работе потребителей, получающих питание от этих же подстанций, так и на работе самих сварочных машин – ухудшается качество сварки.
Исследования показали, что для машин контактной сварки при различных видах свариваемых деталей колебания напряжения не должны превышать 5 %.
При питании печей сопротивления от тиристорных преобразователей колебание напряжения приводят к колебаниям тока нагрузки, что может явиться причиной неустойчивого режима системы автоматического регулирования температуры.
Колебания напряжения, вызываемые работой прокатных станов, приводят к колебаниям электромагнитного момента, активной и реактивной мощности синхронных генераторов блок – станций (ТЭЦ) предприятий, что отрицательно сказывается на экономичности работы станции в целом. Известны случаи возникновения неустойчивой работы системы автоматического регулирования возбуждения и реактивной мощности синхронных генераторов и двигателей и ложной работы устройств форсировки возбуждения.

3. 
   В результате интенсификации производственных процессов, совершенствования существующей и внедрения новой технологии на промышленных предприятиях все в большей степени применяют вентильные преобразователи, установки однофазной и трехфазной электросварки, мощные электродуговые печи, вольт - амперные характеристики которых нелинейны. Такими же характеристиками обладают силовые трансформаторы, мощные магнитные усилители, газоразрядные лампы. Характерной особенностью этих устройств является потребление ими из сети несинусоидальных токов при подведении к их зажимам синусоидального напряжения.
   

Рис. 5.6. Кривые ЭДС источника питания е_а, напряжения на зажимах трехфазного вентильного преобразователя и_а и тока i_a фазы а

В качестве примера на рис. 5.6 приведена кривая тока в фазе трехфазного вентильного преобразователя. Несинусоидальные кривые токов можно рассматривать как сложные гармонические колебания, состоящие из совокупности простых гармонических колебаний различных частот.

При этом периодическая функция изменения несинусоидальных токов удовлетворяет условиям Дирихле (ограниченная, кусочно-непрерывная, на протяжении периода имеет конечное число экстремальных значений).
В связи связи с этим ее можно разложить в ряд Фурье:

где v – номер гармоники; а_v, b_v – коэффициенты ряда Фурье; n – номер последней из учитываемых гармоник.

При v=1 из (5.33) определяют гармонику, называемую первой или основной (с частотой 50 Гц), остальные члены ряда называют высшими гармониками. Коэффициенты ряда Фурье определяют по формулам






Амплитуду v-й гармоники определяют по формуле

Начальная фаза v-й гармоники

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, (кривая и_а на рис. 5.6). поэтому (5.33) – (5.37) справедливы и для кривой несинусоидальных напряжений.

При разложении тока на гармонические составляющие появляются высшие гармоники с порядками

где р – число фаз выпрямления; k – последовательный ряд целых чисел (1, 2, 3…).

Гармоники с порядковыми номерами v=kp+1 образуют системы ЭДС и токов прямой последовательности; гармоники с порядковыми номерами v=kp-1 – обратной последовательности.
Несинусоидальность напряжения сети характеризуется коэффициентом несинусоидальности (искажения) кривой напряжения, который определяется по выражению:

где U_ν – действующее значение напряжения ν - й гармоники.
U₁ – действующее значение первой или основной гармоники.
Коэффициент несинусоидальности напряжения не должен превышать 5% на зажимах любого приёмника электроэнергии.

4. 
   Несимметрия напряжений и токов трехфазной системы является одним из важнейших показателей качества электроэнергии. Причиной появления несимметрии напряжений и токов являются различные несимметричные режимы системы электроснабжения. Широкое применение различного рода однофазных электротермических установок значительной мощности (до 10 000 кВт) и трехфазных дуговых печей также привело к значительному увеличению доли несимметричных нагрузок на промышленных предприятиях. Подключение таких мощных несимметричных одно и трехфазных нагрузок к трехфазных сетям вызывает в системах электроснабжения длительный несимметричный режим, который характеризуется несимметрией напряжений и токов.
   

Несимметрию напряжений и токов, обусловленную несимметрией элементов электрической сети, называют продольной. Примером продольной несимметрии являются неполнофазные режимы воздушных линий и несимметрия параметров фаз отдельных элементов сети. Продольная несимметрия характерна также для специальных систем электропередачи: два провода - земля (ДПЗ), провода – рельсы (ДПР), два провода – труба (ДПТ) и т.д.
Под несимметрией напряжений понимают неравенство фазных или линейных напряжений по амплитуде и углом сдвига между ними.
Нормируемым показателем несимметрии является коэффициент обратной последовательности напряжения, равный отношению напряжения обратной последовательности U₂ к номинальному линейному напряжению U_ном.

Допустимое значение коэффициента Е₂ составляет 2%.
При выходе показателей качества за установленные пределы, увеличиваются расход и потери электроэнергии в системах электроснабжения, снижается уровень надёжности работы электрооборудования, возникают нарушения технологических процессов и снижается выпуск продукции.


Контрольные вопросы

1. 
   Что такое колебания напряжения питающей сети?
   
2. 
   Что такое отклонения напряжения?
   
3. 
   Что такое колебания частоты?
   
4. 
   Что такое отклонения частоты?
   
5. 
   Как влияет несинусоидальность и несимметрия напряжений на работу электроприемников?