12. Расчет показателей качества электрической энергии
12.1. Расчет коэффициента несинусоидальности кривой напряжения.
На промышленных предприятиях есть большое количество электроприемников с нелинейными вольтамперными характеристиками. К ним относятся полупроводниковые преобразователи, установки контактной и дуговой сварки, дуговые электрические печи, газоразрядные лампы.
Характерной особенностью этих устройств является потребление ими несинусоидальных токов при подведении к их зажимам синусоидального напряжения. Токи высших гармоник, проходя по элементам сети, вызывают потери напряжения в сопротивлениях этих элементов, которые, накладываясь на основную синусоиду напряжения, приводят к искажению формы кривой напряжения. Протекание по элементам системы электроснабжения токов высших гармоник и искажение синусоиды напряжения приводит к ускоренному старению изоляции электрических машин, кабелей, трансформаторов; увеличиваются погрешности индукционных счетчиков активной и реактивной энергии; могут происходить ложные срабатывания релейной защиты, устройств телемеханики и ЭВМ.
Рисунок 12.1. Расчет уровня высших гармоник.
Несинусоидальность напряжения сети характеризуется коэффициентом несинусоидальности напряжения:
, (63)
где Uν – действующее значение -й гармонической составляющей напряжения;
N – номер последней учитываемой гармоники.
Согласно ГОСТ 13109-97 в электрической сети до 1000 В допустимое значение КнсU = 5%.
Определяем токи -й гармоник, генерируемых сваркой, А:
,
(64)
где SПАСП –мощность машин дуговой сварки,
Кз – коэффициент загрузки, принимаем Кз = 0,7
- генерируемые гармоники: 3, 5, 7.
,
,
,
Определяем проводимости ветвей схемы для 3, 5, 7 гармоник. Для этого составляем схему замещения, схема замещения показана на рисунке 12.1, в которой машины дуговой сварки играют роль генератора высших гармоник, а система, провода, трансформатор и шинопроводы служат сопротивлениями для них:
, (65)
Хс = 0,46 мОм - индуктивное сопротивление системы.
,
(66)
где Rкл = 0,051 мОм и Xкл = 0,031 мОм - активное и реактивное сопротивление высоковольтной кабельной линии.
Определяем сопротивление трансформатора:
,
(67)
где Rт = 1,68 мОм и Хт = 8,64 мОм - активное и реактивное сопротивления трансформатора:
Определяем сопротивление ШМА:
где
и
- активное и реактивное сопротивления
ШМА:
Определяем сопротивление ШРА:
где
и
- активное и реактивное сопротивления
ШРА:
Определяем сопротивление проводов до наиболее удаленного ЭП:
,
где
и
- активное и реактивное сопротивления
кабеля к ЭП:
Определяем результирующее сопротивление:
Определяем
действующее значение
- й гармонической составляющей напряжения:
,
Определяем коэффициент несинусоидальности напряжения:
0,29% < 5%
Условие выполняется. Коэффициент несинусоидальности в норме.
12.2. Расчет отклонения напряжения.
Отклонение напряжения рассчитывается для промышленных предприятий как основной показатель качества электроэнергии независимо от видов и состава электроприемников. Поэтому важно правильно рассчитать отклонение напряжения в периоды максимума и минимума нагрузок сети и принять меры по его уменьшению в случаях несоответствия ГОСТированным значениям. ГОСТ допускает значения отклонения напряжения в периоды максимума и минимума сети в пределах ±5% от номинального значения напряжения этой сети в течение длительно допустимого времени.
Расчет производится для двух предельных режимов наибольших и наименьших нагрузок, причём в период максимума нагрузки определяем отклонение напряжения для наиболее удалённого электроприёмника, а в период минимума нагрузки – для ближайшего электроприёмника.
Расчет производится для двух предельных режимов (наибольших и наименьших нагрузок) для двух характерных (электрически наиболее удаленного и ближайшего) электроприемников цеха.
а) Расчет уровня напряжения на зажимах ближайшего к источнику питания электроприемника.
Ближайший к источнику питания приемник цеха – станок токарный на ШРА5.
Расчет отклонения напряжения проверим в период минимума нагрузки. Минимальную нагрузку по заданию принимаем равной 38% от расчетной нагрузки:
,
δU2" = δU1" – ΔUКЛ" – ΔUТП" + δUдоб" – ΔUШМА" – ΔUШРА" – ΔUНП"
Найдём потерю напряжения в высоковольтной кабельной линии:
RКЛ = 0,051 мОм; ХКЛ = 0,031 мОм.
Определяем значение коэффициента мощности cos по формуле:
,
где
– расчетная
активная мощность цеха, кВт;
=1937,03
кВт
– расчетная
полная мощность цеха, кВА;
=
2421,71 кВА
Определяем значение коэффициента мощности sin по формуле:
где
–
расчётная реактивная мощность цеха,
квар;
=
1413,95 квар
(68)
Найдём потерю напряжения в трансформаторе:
RТ = 1,68 мОм; ХТ= 8,64 мОм
Найдём потерю напряжения в магистральном шинопроводе ШМА 4-1600:
,
Определяем значение коэффициента мощности cos по формуле:
,
где
– расчетная
активная мощность магистрального
шинопровода, кВт;
=724,448
кВт
– расчетная
полная мощность магистрального
шинопровода, кВА;
=
828,158 кВА
Определяем значение коэффициента мощности sin по формуле:
где
–
расчётная реактивная мощность
магистрального шинопровода, квар;
=
401,272 квар
Потеря напряжения в распределительном шинопроводе ШРА4-400:
,
Потеря напряжения в проводе АПВ сечением (3):
,
cosφ = 0,6; sinφ =0,8
δU1" = 6% (задание); δUдобТП" = 5% (ПБВ в положении 0).
δU2" = 6 – 0,015 – 1,721 + 5 – 0,008 – 0,012 – 0,011 = 9,233%
δU2" = 9,233% > δUдоп" = 5%
Следовательно, отклонение напряжения в период минимума нагрузки превышает допустимое значение. Необходимо изменить положение ПБВ. Ставим ПБВ в положение 5%, δUдобТП" = 0%.
δU2" = 6 – 0,015 – 1,721 + 0 – 0,008 – 0,013 – 0,011 = 4,232%
δU2" = 4,233% < δUдоп" = 5%
Отклонение напряжения в пределах допустимого.
б) Расчет для наиболее удаленного электроприемника.
Наиболее удаленный приемник цеха – насос на ШРА6.
,
δU2’ = δU1’ – ΔUКЛ’ – ΔUТП’ + δUдоб’ – ΔUШМА’ – ΔUШРА’ – ΔUНП’
Найдём потерю напряжения в высоковольтной кабельной линии:
RКЛ = 0,051 мОм; ХКЛ = 0,031 мОм
cosφ =0,798; sinφ =0,602
Найдём потерю напряжения в трансформаторе:
RТ = 1,68 мОм; ХТ= 8,64 мОм
Найдём потерю напряжения в магистральном шинопроводе ШМА 4-1600:
,
cosφ =0,874; sinφ =0,484
Потеря напряжения в распределительном шинопроводе ШРА4-400:
,
Потеря напряжения в проводе АПВ сечением (3х35):
,
cosφ = 0,85; sinφ =0,526
δU1’ = 4% (задание); δUдобТП’ = 0% (ПБВ в положении 5%).
δU2’ = 4 – 0,041 – 4,53 + 0 – 0,411 – 0,57 – 0,187 =-1,579%
δU2’ = -1,659% > δUдоп’ = -5%
Отклонение напряжения в пределах допустимого.