Лекція 3. Коливання напруги

1. Коливання напруги

1. Коливання напруги

Коливання напруги - швидкі зміни діючого значення напруги, що відбуваються зі швидкістю 1-2% в секунду і більше. Коливання напруги амплітудою (розмахом зміни напруги), частотою і інтервалами між наступними один за одним змінами напруги [4].

Причина виникнення коливання напруги - електроприймачі з швидкозмінними режимами роботи.

2. Вплив коливання напруги на роботу електрообладнання

2. Вплив коливання напруги на роботу електрообладнання

Коливання напруги діють на: збільшення втрат в мережі; стомлення зору, зниження продуктивності, травматизм; зниження терміну служби електронної апаратури; вихід з ладу конденсаторних батарей; нестійка робота систем збудження синхронних генераторів і двигунів; вібрації апаратури; можливі віпадання контакторів.

При роботі ЕП з резкопеременной ударної навантаженням в електромережі виникають різкі поштовхи споживаної потужності. Це викликає зміни напруги мережі, розмахи яких можуть досягти великих значень. Ці явища мають місце при роботі прокатних електродвигунів, дугових електропечей, зварювальних машин і т.д. Зазначені обставини вкрай несприятливо позначаються на роботі всіх ЕП, підключених до цієї мережі, в тому числі і ЕП, що викликають ці зміни.

Так, наприклад, якщо час зварювання у контактних машин в межах від 0,02 до 0,4 с, то коливання напруги навіть малої тривалості позначаються на якості зварювання.

При коливаннях напруги, в результаті яких напруга знижується більш ніж на 15% нижче номінального, можливе відключення магнітних пускачів, які працюють електродвигунів.

На підприємствах з істотною синхронної навантаженням коливання напруги можуть призводити до випадання приводу із синхронізму і розладу технологічного процесу.

Коливання напруги негативно позначається на роботі освітлювальних приймачів. Вони призводять до миготіння ламп, які при перевищенні порога дратівливості можуть відображатися на тривалому сприйнятті людей.

Коливання напруги, що мають місце при роботі великих синхронних двигунів з різкозмінним навантаженням, визначаються з урахуванням перехідних процесів, тому що при цьому потужність, споживана ЕД, значно відрізняється від потужності встановленого режиму.

3. Основні параметри коливань напруги

3. Основні параметри коливань напруги

У відповідних точках системи коливання напруги, що викликається змінами (стрибками) активного навантаження на DР і реактивного навантаження на DQ, може бути орієнтовно визначено по формулі [4, 8]:

де DU - втрата напруги, в.о.

DР, DQ - зміни (накиди) активної і реактивної трифазної потужності ЕП, (МВт і Мвар);

R, X - активний і реактивний опір на фазу (див. Таблицю 4.1), Ом;

Z - повний опір, Ом;

SK - потужність к.з. в точці, в якій перевіряється коливання напруги, МВА.

Таблиця 4.1 - Значення опорів елементів мережі

Елемент мережі	Співвідношення між активними та індуктивними опорами елементів мережі r/x
Повітряні лінії 110¸220 кВ	0,125¸0,5
Кабельні лінії 6¸10 кВ	1,25¸5
Струмопроводи 6¸10 кВ	0,04¸0,11
Трансформатори 2,5¸6,3	0,06¸0,143
Трансформатори 63¸500 МВА	0,02¸0,05
Реактори РБА 6¸10 кВ до 1000 А	0,02¸0,067
Паротурбінні генератори 12¸60 МВт	0,012¸0,02
Паротурбінні генератори 100¸500 МВт	0,0075¸0,01
Підстанції в розподільчих мережах	0,067 і вище

Активний опір всіх елементів мережі, крім кабелів, значно менше індуктивного. Але в заводських мережах великих підприємств при широкому впровадженні токопроводов 6¸10 кВ і глибоких вводів 110¸220 кВ. Вони стають малопротяженнимі, і їх частка різко знижується. Тому вони не мають великого впливу на результуюче значення відносини r / x в цілому по підприємству. Це дозволить спрощено розрахувати коливання напруги при різкозмінних ударних навантаженнях.

Виходячи з вищенаведених співвідношень r / x при розрахунках коливання напруги, в середньому можна прийняти, що лежить вона в межах 0,1¸0,03. При цьому відношення z / x виходить приблизно рівним 1. З урахуванням цих припущень:

З огляду на мале відношення r / x елементів мережі, активним опором взагалі можна знехтувати. Тоді коливання напруги можна визначити за ще більш простою формулою:

На основі викладеного, можна зробити висновок про те, що при заданих набросах DР і DQ значення коливань визначається потужністю к.з. живильної мережі, і чим остання вище, тим менше коливання.

Другим істотним джерелом коливань напруги є дугові сталеплавильні печі (ДСП). При роботі ДСП мають місце часті відключення, число яких досягають 10 і більше протягом одного плавки. Найбільш важкі умови виходять в період розплавлення металу і на початку окислення. При цьому виникають експлуатаційні поштовхи струму. Значення струму при поштовху залежить від місткості печі, параметрів пічного трансформатора, повного опору короткої мережі.

При спільному живленні ДСП і так званого «спокійного» загальноцехового навантаження розмах зміни напруги DU на шинах вторинної напруги 6¸10 кВ знижувального трансформатора ДПП можна з достатньою для практичних цілей точністю визначити за формулою:

Таким чином, значення розмахів зміни напруги в основному визначається потужністю к.з. живильної мережі.

Коливання напруги викликаються різкою зміною навантаження на даній ділянці електричної мережі, наприклад, включенням асинхронного двигуна з великою кратністю пускового струму, технологічними установками з швидкозмінних режимом роботи, що супроводжуються поштовхами активної і реактивної потужності, такими, як привід реверсивних прокатних станів, дугові сталеплавильні печі, зварювальні апарати і т.п.

Коливання напруги характеризуються двома показниками:

- розмахом зміни напруги dUt;

- дозою флікера Pt.

Розмах зміни напруги dUt обчислюють за формулою,%:

де Ui, Ui + 1 - значення наступних один за іншим екстремумів (або екстремуму по горизонталі) обвідної середньоквадратичних значень напруги, відповідно до малюнку 4.1.

 

Малюнок 4.1 - Коливання напруги

Частота повторення змін напруги FdUt, (1 / с, 1 / хв) визначається за виразом

де m - число змін напруги за час Т;

Т - інтервал часу вимірювання, що дорівнює 10 хв.

Якщо дві зміни напруги відбуваються з інтервалом менше 30 мс, то їх розглядають як одну.

Інтервал часу між змінами напруги дорівнює:

 

Оцінка допустимості розмахів зміни напруги (коливань напруги) здійснюється за допомогою кривих залежності допустимих розмахів коливань від частоти повторень змін напруги або інтервалу часу між подальшими змінами напруги.

КЕ в точці загального приєднання при періодичних коливаннях напруги, що мають форму меандру (прямокутну) (див. Рисунок 4.2), вважають відповідним вимогам стандарту, якщо виміряне значення розмаху змін напруги не перевищує значень, що визначаються за кривими рисунка 4.2 для відповідної частоти повторення змін напруги FdUt , або інтервалу між змінами напруги Dti, i + 1.

Гранично допустиме значення суми усталеного відхилення напруги δUу і розмаху змін напруги δUt в точках приєднання до електричних мереж напругою 0,38 кВ одно ± 10% від номінальної напруги.

Доза флікера - це міра сприйнятливості людини до впливу коливань світлового потоку, викликаних коливаннями напруги в мережі живлення, за встановлений проміжок часу.

 

Малюнок 4.2 - Коливання напруги довільної форми (а) і мають форму меандру (б)

Стандартом встановлюються короткочасна (Pst) і тривала дози флікера (PLt) (короткочасну визначають на інтервалі часу спостереження, що дорівнює 10 хв, тривалу на інтервалі - 2 ч). Вихідними даними для розрахунку є рівні флікера, вимірювані за допомогою флікерметра - приладу, в якому моделюється крива чутливості (амплітудно-частотна характеристика) органу зору людини. В даний час в Російській Федерації почалася розробка флікерметров для контролю коливань напруги.

КЕ по дозі флікера відповідає вимогам стандарту, якщо короткочасна і тривала дози флікера, визначені шляхом вимірювання протягом 24 год або розрахунку, не перевищують гранично допустимих значень: для короткочасної дози флікера - 1,38 і для тривалої - 1,0 (при коливаннях напруги з формою, що відрізняється від меандру).

Гранично допустиме значення для короткочасної дози флікера в точках загального приєднання споживачів електроенергії, які мають лампами розжарювання в приміщеннях, де потрібна значна зорова напруга, так само 1,0, а для тривалої - 0,74, при коливаннях напруги з формою, що відрізняється від меандру.

4. Заходи щодо зниження коливань напруги

4. Заходи щодо зниження коливань напруги [4,5]:

1) Застосування обладнання з поліпшеними характеристиками. Застосування електродвигунів зі зниженим пусковим струмом і поліпшеним cos φ при пуску.

2) Підключення до потужної системі електропостачання.

3) Рознесення харчування спокійною і резкопеременной навантажень на різні трансформатори або секції збірних шин.

4) Зниження опору живильного ділянки мережі.

На практиці не обґрунтовано, але активно застосовують останні два заходи.