"Новости Электротехники" «Вопросы качества электроэнергии»

	< Предыдущая ] [ Следующая >	Журнал №5(11) 2001


	Вопросы качества электроэнергии Мы заканчиваем начатую в прошлом номере журнала публикацию о теоретических аспектах проблемы повышения качества электроэнергии. *Михаил Сапунов, специалист отдела энергосбережения ГУ «Леноблгосэнергонадзор»* 4. Несимметрия трехфазной системы напряжений Нормируемые показатели: коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности; коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности. Причины выхода показателей за пределы норм состоят в использовании различных несимметричных или однофазных ЭП, таких, как: дуговые сталеплавильные печи; тяговые нагрузки железных дорог на переменном токе; электросварочные агрегаты; осветительные установки; однофазная коммунально-бытовая нагрузка. Влияние на работу различных ЭП Несимметричные токи нагрузки, протекающие по элементам системы электроснабжения, вызывают в них несимметричные падения напряжения. Вследствие этого на выводах ЭП появляется несимметричная система напряжений. Отклонения напряжения у ЭП перегруженной фазы могут превысить допустимые значения. Кроме ухудшения режима напряжения у ЭП, при несимметричном режиме существенно ухудшаются условия работы как самих ЭП, так и всех элементов сети, что ведет к снижению надежности работы электрооборудования и системы электроснабжения в целом. Качественно отличается действие несимметричного режима от симметричного у таких распространенных трехфазных ЭП, как асинхронные двигатели (АД). Сопротивление обратной последовательности АД примерно в 5 раз меньше сопротивления прямой последовательности. Поэтому даже небольшая несимметрия напряжений вызывает значительные токи обратной последовательности, что ведет к дополнительному нагреву статора и ротора. Все это в итоге приводит к ускоренному старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности двигателя. При несимметрии напряжений сети в синхронных машинах наряду с возникновением дополнительных потерь активной мощности и нагревом статора и ротора могут возникнуть опасные вибрации в результате появления знакопеременных вращающих моментов и тангенциальных сил, пульсирующих с двойной частотой сети. В случае наличия токов обратной и нулевой последовательности увеличиваются суммарные токи в отдельных элементах сети, что приводит к увеличению суммарных потерь мощности (энергии) и может быть недопустимо с точки зрения нагрева. Отметим, что значительные токи нулевой последовательности, протекающие через нулевой проводник недостаточного сечения, могут вызвать его сильный нагрев. Зафиксирован ряд случаев возникновения пожаров в зданиях из-за перегрева нулевых проводников, сечение которых составляло 25 или 50 % фазного провода. При постоянном протекании токов нулевой последовательности через заземлители последние высушиваются, а их сопротивление увеличивается. Это отрицательно воздействует на работу систем релейной защиты и железнодорожной блокировки, что может привести к очень тяжелым последствиям. Несимметрия напряжений значительно ухудшает режимы работы многофазных вентильных выпрямителей из-за значительного увеличения пульсации выпрямленного напряжения, ухудшаются условия работы систем импульсно-фазового управления тиристорных преобразователей. Конденсаторные установки при несимметрии напряжений неравномерно загружаются реактивной мощностью по фазам, что делает невозможным полное использование их установленной мощности. Кроме того, конденсаторные установки в этом случае усиливают уже существующую несимметрию, так как выдача реактивной мощности в сеть в фазе с наименьшим напряжением будет меньше, чем в остальных фазах. Ответственность и меры компенсации В ГОСТе указывается,что ответственность за нарушение норм по показателям коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности и коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности лежит на потребителях с несимметричной нагрузкой. Снижение несимметрии напряжения достигается либо уменьшением сопротивления сети токам обратной и нулевой последовательности, либо снижением уровней этих токов. Учитывая, что сопротивления внешней сети одинаковы для токов прямой и обратной последовательности, снизить эти сопротивления возможно лишь путем подключения мощной однофазной нагрузки через отдельный трансформатор на шины с большой Sкз. Снижение систематической несимметрии в сетях низкого напряжения осуществляется рациональным распределением однофазных нагрузок между фазами с таким расчетом, чтобы сопротивления этих нагрузок были равны между собой. Если несимметрия напряжения не может быть снижена путем схемных решений, то применяют симметрирующие устройства (СУ). В качестве таких устройств применяют несимметрично включенные конденсаторные батареи (рис. 4). Для снижения несимметрии, которая является результатом случайных процессов, применяются автоматические СУ, которые состоят из конденсаторов и реакторов, собранных в параллельные группы и подключаемых в зависимости от изменения тока или напряжения обратной последовательности. Разработан ряд СУ на базе трансформаторов, например, трансформаторов с вращающимся магнитным полем, представляющих собой несимметричную нагрузку или позволяющих осуществлять пофазное регулирование напряжения. 5. Отклонение частоты Нормируемый показатель: отклонение частоты. Причина выхода показателя за пределы норм заключается в изменении величин генерируемой и (или) потребляемой мощности в энергосистеме. Влияние на работу различных ЭП Как известно, большинство основных технологических линий на промышленных предприятиях с непрерывным циклом производства оборудовано механизмами с постоянным и вентиляторным моментами сопротивлений. Приводами этих механизмов служат асинхронные двигатели. Частота вращения роторов АД пропорциональна изменению частоты сети, а производительность технологических линий зависит от частоты вращения двигателя. Наиболее чувствительны к снижению частоты двигатели собственных нужд электрических станций. Снижение частоты приводит к снижению их производительности, что сопровождается снижением располагаемой мощности генераторов, дальнейшим дефицитом активной мощности и снижением частоты. В итоге, как показывает практика, может возникнуть так называемая лавина частоты, следствием которой может стать отключение электроснабжения целых районов. Кроме этого, пониженная частота в электрической сети отрицательно влияет на срок службы оборудования, содержащего элементы со сталью (электрические машины, трансформаторы, реакторы), вследствие увеличения тока намагничивания и дополнительного нагрева стальных сердечников. Следует также отметить, что отклонения частоты отрицательно влияют на работу телевизионных приемников, вызывая яркостные и геометрические фоновые искажения телевизионного изображения. Ответственность и меры компенсации Ответственность за поддержание в норме показателя «отклонение частоты», согласно ГОСТ, целиком лежит на энергоснабжающих организациях, в ведении которых находятся мощные генераторы. Для предотвращения общесистемных аварий, вызванных снижением частоты, используются комплектные устройства защиты с функцией автоматической частотной разгрузки (АЧР), отключающие часть менее ответственных потребителей. После ликвидации дефицита мощности устройства защиты выполняют функцию частотного автоматического повторного включения (АПВЧ), что обеспечивает ввод отключенных потребителей и восстановление нормальной работы энергосистемы. 6. Электромагнитные переходные помехи Ненормируемые показатели: длительность провала напряжения; импульсное напряжение; коэффициент временного перенапряжения. Причины ухудшения показателей Три перечисленных показателя можно отнести к характеристикам различных электромагнитных переходных помех, возникающих при электромагнитных переходных процессах, которые имеют место в электрических сетях в результате возникновения различных видов коротких замыканий, ударов молний в элементы сети, действий систем релейной защиты и автоматики, коммутаций различного электрооборудования, обрывов нулевого провода в сетях 0,4 кВ. Кроме того, провалы напряжения могут быть обусловлены ошибочными действиями персонала и ложными срабатываниями средств защиты и автоматики. Влияние на работу различных ЭП Очевидно, что провалы напряжения отрицательно сказываются на любых ЭП. Так как по ГОСТ провалом напряжения считается его снижение более чем на 10 %, то нетрудно догадаться, что большая часть современного электрооборудования и приборов при возникновении провала отключается. А те ЭП, которые не отключаются - продолжают работать в ухудшающихся условиях и выходят из строя. Перенапряжения и импульсные напряжения сказываются в первую очередь на изоляции любых ЭП. В особо тяжелых условиях изоляция пробивается и оборудование выходит из строя. Ответственность и меры компенсации По ГОСТ ответственными за показатели длительность провала напряжения, импульсное напряжение, коэффициент временного перенапряжения являются энергоснабжающие организации. Для компенсации перенапряжений и импульсных напряжений используются нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН), а также трубчатые и вентильные разрядники. В заключение хочется отметить, что с ростом научно-технического прогресса, с внедрением новых технологий острота проблемы повышения качества электричsеской энергии нарастала и будет нарастать. Наряду с определенными успехами исследователей в этой области следует признать, что эта проблема еще до конца не изучена и требует дальнейшей проработки.