Проведения мероприятий по улучшению качества электроэнергии в электрических сетях является в большинстве случаев свидетельством неудачного построения системы электроснабжения. Повышение напряжения питающих сетей, как правило улучшает технико-экономические показатели системы электроснабжения промышленных предприятий, одновременно улучшается и качество электроэнергии у потребителей электроэнергии. Если перестройка системы электроснабжения промышленного предприятия невозможна, то для того, чтобы отклонения напряжения у приемников электрической энергии не превышали пределов, установленных действующими нормативами, применяются различные способы и средства регулирования напряжения. В общем случае для обеспечения требуемого режима напряжения у приемников электрической энергии могут использоваться следующие способы, регулирование напряжения на шинах центра питания, изменения сопротивления элементов сети, изменения реактивного тока, протекающего в сети, изменение коэффициента трансформации распределительных трансформаторов и автотрансформаторов линейных регуляторов. Применение этих способов требует специальных технических устройств. К основным средствам регулирования напряжения в промышленных электрических сетях следует отнести трансформаторы с регулированием напряжением под нагрузкой РПН, линейные регуляторы, управляемые батареи конденсаторов, синхронные двигатели, снабженные автоматическими регуляторами возбуждения. Кроме того, могут использоваться и неавтоматизированные средства, например трансформаторы с переключателем без возбуждения ПБВ, неуправляемые батареи конденсаторов, синхронные двигатели без автоматического регулирования возбуждения. Размахи изменений напряжения являются следствием резкого изменения потери напряжения в элементах сети, связанного возникновением дополнительных толчковых нагрузок. Для снижения или устранения влияния ударных резкопеременных нагрузок, создаваемых мощными электропечами, крупными двигателями, ртутными выпрямителями и т.п, при проектировании электроснабжения необходимо предусматривать следующие мероприятия. Выделение крупных приемников электрической энергии с резкопеременной толчковой нагрузкой, питающихся по самостоятельной линиям непосредственно от источника электроэнергии ТЭЦ, ГПП. Ограничение токов пуска и самозапуска двигателей. Применение автоматического регулирование возбуждения мощных синхронных двигателей, работающих в режиме перевозбуждения для уменьшения набросов реактивной мощности. Применение в виде исключения параллельной работы питающих линий и трансформаторов на ГПП с учетом вызываемого этим режимом увеличения тока к.з. Применение продольной компенсации, выделение на отдельные линии или отдельные трансформаторы потребителей, не допускающих толчаков нагрузки, например освещения. Присоединение ударных и спокойных нагрузок на разные плечи сдвоенных реакторов или разные обмотки трансформаторов с расщепленными обмотками.
Несимметрия напряжений
Несимметрия напряжений и токов трехфазной системы является одним из важнейших показателей качество электрической энергии. Причиной появления несиметрии напряжений и токов являются различные несимметричные режимы системы электроснабжения. Широкое применение различного рода однофазных электротермических установок значительной мощности до 10 000 кВа и трехфазных дуговых печей привело к значительному увеличению доли несимметричных нагрузок на промышленных предприятиях. Подключение таких мощных несимметричных однофазных и трехфазных нагрузок к трехфазным сетям вызывает в системах электроснабжения длительный несимметричный режим, который характеризуется несимметрией напряжения и токов.
В системах электроснабжения различают кратковременные аварийные и
длительные эксплуатационные несимметричные режимы. Кратковременные
несимметричные режимы обычно связаны с различными аварийными процессами,
как, например несимметричные к.з., обрывы одного или двух проводов
воздушной линии с замыканием на землю и т.п. Длительные несимметричные
режимы обычно обусловлены несимметрией элементов электрической сети или
подключением к системе электроснабжения несимметричных однофазных или
трехфазных нагрузок. Несимметрия напряжений и токов, обусловленная
несимметрией элементов электрической сети, называются 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, два провода рельсы ДПР, два
провода труба ДПТ и т.д.
Несимметрия напряжений и токов вызванная подключением к сети многофазных и однофазных несимметричных нагрузок, называются поперечной. Поперечная несимметрия возникает также при неравенстве активных и реактивных сопротивлений отдельных фаз некоторых приемников электрической энергии дуговые электропечи. Для анализа и расчетов несимметричных режимов в трехфазных цепях в основном применяется метод симметричных составляющих. Метод симметричных составляющих основан на предоставлении любой трехфазной несимметричной системы величин токов, напряжений, магнитных потоков в виде суммы в общем случае трех симметричных систем величин. Эти симметричные системы, которые в совокупности образуют несимметричную систему величин, называются ее симметричными составляющими. Симметричные составляющие отличаются друг от друга порядком следования фаз, т.е. порядком, в котором фазные величины проходят через максимум и называются системами прямой, обратной и нулевой последовательностей. Несимметрия междуфазных напряжений вызывается наличием составляющих обратной последовательности, а несимметрия фазных еще и наличием составляющих нулевой последовательности. При наличии составляющих нулевой последовательности происходит смещение нейтрали трехфазной системы, которое характеризуется коэффициентом неуравновешенности напряжений, определяемым как процентное отношение напряжений нулевой последовательности к номинальному фазному напряжению. В случаях, когда коэффициент несимметрии оказывается больше указанных пределов, должны быть приняты меры по его снижению. Несимметрия напряжений в системах электроснабжения оказывается значительное влияние на работу отдельных элементов сети приемников электрической энергии.
Синхронные машины
При несимметрии токов и напряжений, обусловленной несимметричной нагрузкой, в статорах синхронных генераторов проходят токи прямой, обратной и нулевой последовательностей. Токи прямой последовательности создают магнитное поле, вращающейся синхронно с ротором, а обратной последовательности магнитное поле, вращающееся с двойной синхронной частотой в направлении, обратном направлению вращения ротора, в результате чего магнитный поток, создаваемый токами обратной последовательности, пересекает полюсы ротора с двойной частотой вращения и наводит в последних э.д.с. с частой 100 Гц. Эта э.д.с. обусловливает в обмотке возбуждения пульсирующее поле, вращающееся в направлении, обратном направлению вращения ротора, которое наводит в статоре э.д.с. с частотой вращения основного поля обратной последовательности, частично компенсируя его. Электродвижущая сила тройной частоты вызывает в статоре токи прямой и обратной последовательностей такой же частоты. Магнитное поле токов обратной последовательности индуктирует в массивных металлических частях ротора значительные вихревые токи, имеющие двойную частоту и создающие дополнительный пульсирующий с двойной частотой электромагнитный момент. Вихревые токи вызывают повышенный нагрев ротора, а пульсирующий момент вибрацию вращающейся части машины. При значительной несимметрии вибрация может оказаться опасной для конструкции машины. Особенно опасна несимметрия напряжения для мощных современных турбо и гидрогенераторов, выполняемых с пониженным тепловым запасом. Располагаемая мощность синхронных машин при несимметричной нагрузки определяется следующими условиями. Температура ни в одном части ротора не должна превосходить допустимой для данного класса изоляции или материала. Ток в статоре наиболее загруженной фазы не должен превышать номинальный ток. Механические вибрации машины, которые могут возникать при несимметричной нагрузке, не должны превосходить допустимых пределов.
С учетом термических и механических характеристик современных отечественных синхронных машин ГОСТ 183-74 на электрические машины и правила технической эксплуатации электрических станций и сетей допускают длительную работу турбогенераторов и синхронных компенсаторов при разнице токов в фазах статора, не превышающий 10% от номинального значения при условии, что ни один из фазных токов не превосходит номинального значения. При аналогичных условиях для гидрогенераторов разница токов допускается не более 20%.
Асинхронные двигатели
Особенно неблагоприятно несимметрия напряжения сказывается на работе и сроке службы асинхронных двигателей. Сопротивление асинхронных электродвигателей токам обратной последовательности в 5-7 раз меньше сопротивления током прямой последовательности. При наличии даже небольшой по значению составляющей напряжения обратной последовательности возникает значительный ток обратной последовательности. Этот ток на накладывается на ток прямой последовательности и вызывает дополнительный нагрев ротора и статора, что приводит к быстрому старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности двигателя. Например, при несимметрии напряжений в 4% срок службы полностью загруженного асинхронного двигателя сокращается в 2 раза, а при несимметрии напряжений, равной 5% располагаемая мощность двигателей уменьшается на 5-10%, при несимметрии на 10% на 20-25% в зависимости от исполнения двигателя. В асинхронных двигателях несимметрия напряжений обуславливает противодействующим вращающий момент, который уменьшает полезный момент. Уменьшение полезного момента за счет противодействующего по отношению к моменту при несимметричной нагрузке. Таким образом, уменьшение вращающего момента зависит от квадрата коэффициента несимметрии напряжений.
Конденсаторные установки
Подключение симметричной по емкости трехфазной конденсаторной батареи в электрической сети с несимметричной напряжением может вызвать ее большую несимметрию. Кроме того, при несимметрии напряжения конденсаторные установки неравномерно загружаются реактивной мощностью по фазам, изменяется их общая реактивная мощность. Нормальная длительная эксплуатация конденсаторной установки возможна при условии, что ни в одной фазе, в том числе и в наиболее загруженной, мощность потерь не превышает номинального значения. Это условия делает невозможным полное использование установленной реактивном мощности. Располагаемая мощность это верхний предел реактивной мощности трехфазной конденсаторной установки, которая может быть использована при несимметричном напряжение без снижении срока службы конденсаторов наиболее загруженной фазы. Располагаемая мощность при несимметричном напряжении всегда меньше номинальной.
Дополнительно предлагаем услуги по энергоаудиту электросети и выбора нужного оборудования. Более подробную информацию можете получить у наших специалистов по телефону. Остались вопросы, пишите на электронную почту.