9. Способы и средства уменьшения колебаний напряжения в электрических сетях.

Применение синхронных, машин. Синхронные машины являются эффективным средством снижения отклонений и колебаний напряжения. Работая с перевозбуждением, они генерируют в сеть реактивную мощность; в постоянном режиме работы электрооборудования они обеспечивают повышение коэффициента мощности и уровня напряжения в сети. По скользящему графику нагрузки синхронные машины снижают колебание напряжения.

Синхронные двигатели и компенсаторы владеют естественным регулирующим эффектом, который оказывается в снижении размахов колебаний напряжения при ударной нагрузке. Этот эффект оказывается тем значительнее, чем круче фронт изменения реактивной мощности нагрузки и напряжения на шинах, а также чем меньшая нагрузка на вале машины. Естественный регулирующий эффект по напряжению окажется в полной мере при работе вентильных преобразователей главных электроприводов прокатных станов, в которых продолжительность изменения реактивной мощности и напряжения составляет несколько периодов напряжения питательной сети.

Снижение колебаний напряжения ku_* за счет естественного регулирующего эффекта электродвигателя может быть приблизительно определено

где x’_d* и x^”_d* — относительные значения переходного реактивных сопротивлений двигателя по продольной оси.

Продольная емкостная компенсация параметров линии состоит в последовательном включении конденсаторов в розсечку линии, благодаря чему ее реактивное сопротивление xl и полное сопротивление z_л уменьшаются:

х _л = х _L - х_С < х_L

Уменьшается также потеря напряжения в линии:

где I_Н — ток нагрузки линии; φ_Н — фазовый угол нагрузки.

Применение установок продольной компенсации (УПК) наиболее эффективно при преимуществу реактивного сопротивления линии, то есть когда отношение xl/r большое, а также при низких значениях коэффициента мощности. При пиковых нагрузках установки продольной компенсации окажутся эффективным средством уменьшения размахов изменения напряжения. Установки продольной компенсации находят значительное применение для электроснабжения сварочных установок и руднотермических печей.

Сопротивление батарей конденсаторов УПК для снижения потери напряжения от значения ΔU₁, %, к значению ΔU₂, %, рассчитывается по выражению

где i_п — кратность пикового тока нагрузки относительно номинального.

Мощность батареи конденсаторов

10. Расчет колебаний напряжения, вызываемых работой дуговых сталеплавильных печей

Характеристика электрической нагрузки дуговой сталеплавильной печи.

Наиболее распространенным процессом получения стали в электропечах является плавка на твердой завалке с окислением. Для такой плавки характерны три следующих друг за другом периода: расплавление, окисление и восстановление (рафинирование). График мощности, потребляемый дуговой сталеплавильной печью (ДСП) в отдельные периоды плавки, ступенчатый. Наибольшая мощность вводится в печь в период расплавления. Работа ДСП сопровождается непрерывными колебаниями токов фаз, возникающих случайным образом. Колебания токов можно разделить на два вида: нерегулярные колебания с частотой до 1 Гц; относительно регулярные (циклические) с частотой 2-10 Гц.

Основными причинами нерегулярных колебаний являются неблагоприятные условия зажигания дуг в период расплавления и неустойчивое их горение, короткие замыкания электродов с шихтой в момент пуска печи и при обвалах шихты, обрывы дуг при обвалах, резкие перемещения электродов вследствие коротких замыканий и обрывов дуг. Размер броска тока при этом может достигать более 100% номинального тока печного трансформатора.

Регулярные колебания возникают под действием внешних и внутренних электромагнитных сил, стремящихся вытолкнуть дуги из-под электродов в сторону стенок печи, а также из-за вибрации электродов и электродержателей, выпрямительного эффекта, внезапных изменений проводимости в зоне горения дуг вследствие испарения материалов и других нарушений более или менее периодического характера. Размеры этих колебаний обычно не превышают 50% номинального тока печной установки.

Работа ДСП сопровождается рядом явлений, отрицательно влияющих на работу других потребителей, имеющих с печами общую точку присоединения. Основной помехой следует считать колебания напряжения, являющиеся следствием колебаний токов дуг печи.

Расчет колебаний напряжения в узлах электрической сети при работе одиночных ДСП. Колебания напряжения, вызываемые резкими изменениями тока ДСП, наиболее удобно оценивать в точке общего присоединения (ТОП) к электрической сети печной установки и других потребителей. Часто ТОП являются сборные шины низшего напряжения главной понизительной подстанции.

Величина колебания напряжения (размах колебания) в ТОП с достаточной для инженерных расчетов точностью может быть определен по формуле:

где δI – размах колебаний (бросок) тока в линии, питающей ДСП; R_C, X_C – активное и реактивное сопротивления между источником энергии и ТОП; ϕ- угол между вектором тока δI и вектором напряжения в ТОП.

Проведенные исследования показали, что размах колебаний токов печей средней и большой емкости с вероятностью не менее 0,95 не превосходит номинальный ток печного трансформатора.

Для оценки колебаний напряжения следует исходить из предельного вероятного случая, при котором размах колебания тока равен номинальному току:

где S_T – номинальная мощность печного трансформатора; U – напряжение в ТОП, которое можно принять равным номинальному первичному напряжению печного трансформатора.

Исследования показали, что для систем электроснабжения ДСП большой и средней емкости влиянием R_С ввиду его малости по сравнению с Х_С можно пренебречь, а угол ϕ_Δ близок к 90⁰.

Следовательно, выражение можно упростить и считать:

С учетом формулы

Значение Х_С выражается через мощность трехфазного короткого замыкания S_КЗ в ТОП.

В ТОП должно быть выполнено условие δU_t≤δU_tдоп.. Здесь

δU_tдоп – допустимое колебание напряжения.

Для электрических сетей, питающих совместно ДСП и другие потребители, в общем случае δU_t не должно превышать 1%. Следовательно,

Расчет колебаний напряжения в узлах электрической сети при работе группы печей. С увеличением числа печей, присоединенных в ТОП электросети, размах колебаний напряжения в этой точке растет, однако для группы печей он не является арифметической суммой, так как броски токов отдельных печей во времени, как правило, не совпадают. Чтобы правильно определить наложение возмущений при одновременной работе нескольких печей, необходимы статистические исследования суммарного графика нагрузки группы печей с целью установления длительности и вероятности одновременной работы печей в режиме расплавления.

Основным статистическим показателем, характеризующим колебания токов, является дисперсия Д_I или среднее квадратическое отклонение σ_I.

Статистические исследования показали, что между размахом колебаний и дисперсией существует определенная пропорция:

ДСП в большинстве случаев работают независимо друг от друга. Поэтому при сложении колебаний токов группы печей получается суммарный колебательный процесс, дисперсия которого

где Д_Ij, σ_Ij – дисперсия и среднее квадратическое значение колебаний тока отдельной печи; m – число печей, одновременно находящихся в режиме расплавления, из общего число n печей в группе.

Размах колебаний суммарного тока δI_Σ с учетом (2.25.) составляет:

Принимая δI, как и в случае одиночной печи, равным номинальному току I_H, получаем:

где S_Tj – номинальная мощность печного трансформатора отдельной печи.

Размах колебания напряжения в ТОП подключения группы печей и других потребителей, вызванной броском тока δI_Σ , с учетом формулы (2.26) равен:

Чтобы группа ДСП при своей работе не вызывала недопустимых колебаний напряжения, в "ТОП" должно соблюдаться условие:

При оценке максимально возможных колебаний напряжения в ТОП без учета вероятности их появления нужно исходить из наиболее неблагоприятного случая совместной работы всех печей в режиме расплавления, т.е. принимать m=n