3.5.3. Расчет колебаний и провалов напряжения
Колебания напряжения вызываются ЭП с резкопеременным режимом работы (ДСП, прокатные станы, сварочные установки и т.п.). Согласно ГОСТ 13109-97 оценку допустимости колебаний следует проводить по кривым предельно допустимых размахов измерения напряжения (см. рис. 3.17). Данные кривые были построены для колебаний напряжения, огибающая которых имеет форму меандра. Реальные колебания напряжения имеют разнообразную форму: от периодических прямоугольных до случайных марковских. Непериодические колебания напряжения можно привести к эквивалентным по энергии или средней мощности за время контроля процесса, которое принимается равным 10 мин.
Эквивалентный размах колебаний напряжения
,
(3.61)
где
- размахи колебаний напряжения на
интервале t
= 10 мин;
- число размахов на данном интервале.
Проверка допустимости колебаний напряжения должна производиться из условия
,
(3.62)
где
берется по кривым 1
или 2
рис. 3.17 при эквивалентной частоте
размахов, равной
.
При проектировании эквивалентный размах колебаний напряжения определяется по графикам нагрузки.
При одном ЭП
,
(3.63)
где
- ток импульса сварки; R,
Х
- активное и индуктивное сопротивления
сети от ЭП до точки, в которой напряжение
принимается постоянным (шины ГПП);
,
(3.64)
где К - число импульсов сварки за 10 мин.
Если к расчетному узлу подключаются несколько ЭП, создающих колебания напряжения, то
.
(3.65)
Здесь
- максимальный размах напряжения, который
определяется по выражению
,
(3.66)
где
- максимальный пик тока нагрузки
суммарного графика; R,
Х
- активное и индуктивное сопротивления
сети от центра приложения пиковой
нагрузки до точки, в которой напряжение
принимается постоянным.
В электрических сетях выше 1000 В эквивалентные размахи напряжения определяются по упрощенным выражениям.
Для прокатных станов
.
(3.77)
Для дуговых печей:
1) при одинаковой мощности
;
(3.78
2) при разной мощности
,
(3.79)
где
- значение i-го
размаха колебаний реактивной мощности
(определяется из технологических
графиков); m
- число размахов
за цикл; 
- мощность i-го
печного трансформатора;
- мощность максимального печного
трансформатора;
- мощность короткого замыкания в точке
подключения ЭП;
- число печей.
3.5.4. Расчет несинусоидальности напряжения
Целью расчета несинусоидальности напряжения является определение Kнс и сравнение его с нормативным согласно ГОСТ 13109-57. Для определения Kнс следует найти Un отдельных гармоник, для чего необходимо провести расчет электрической цепи с одним или несколькими источниками токов гармоник. Исходные данные для расчета сети: расчетная схема; параметры всех элементов; параметры нагрузок, получающих питание от данной сети; значение мощности короткого замыкания питающей системы.
Если источниками несинусоидальности являются ЭТУ напряжением до 1000 В и мощность их не превышает 20 % мощности питающего трансформатора на ГПП, то расчетную схему можно составлять только до шин напряжением 6 - 10 кВ источника питания. Если же мощность ЭТУ до 1000 В превышает 20 % мощности питающего трансформатора или на предприятии имеются другие источники гармоник, в том числе в сети напряжением 6 - 10 кВ, то расчетная схема должна составляться для всего предприятия.
Рассмотрим порядок расчета спектров напряжения для типовой схемы электроснабжения цеха, когда источниками гармоник являются ЭСУ (рис. 3.23, а). На основании расчетной схемы составляется схема замещения (рис. 3.23, б), при этом источники гармоник представляются как источники тока. Зная параметры элементов сети и нагрузок, можно определять гармонические сопротивления и проводимости отдельных элементов:
для трансформаторов
;
(3.70)
для статических конденсаторов
;
(3.71)
для группы из n электродвигателей
,
(3.72)
где
,
-
средние пусковые сопротивления
двигателей;
-
коэффициент включения;
для питающей системы напряжением 6 кВ и выше
;
(3.73)
для кабельных линий напряжением 6 и 10 кВ
;
(3.74)
для сетей напряжением до 1000 В
.
(3.75)
После определения гармонических сопротивлений и проводимостей отдельных элементов схемы замещения проводится ее свертывание к схеме, приведенной на рис. 3.23, в. Рассчитываются результирующее сопротивление и проводимость для ветви с последовательными сопротивлениями:
,
(3.76)
.
(3.77)
Рис. 3.23. Схема электроснабжения (а) и схемы ее замещения (б, в)
при расчете спектров напряжения
Суммируя комплексные проводимости всех параллельных ветвей по n-й гармонике, получаем
.
(3.78)
Спектральный состав напряжения на шинах напряжением 0,4 кВ подстанции определяется по формуле
.
(3.79)
Коэффициент несинусоидальности напряжения, %,
,
(3.80)
где 1,1 - коэффициент запаса, учитывающий неучет четных гармоник и гармоник (n + 1)-го порядка.
Расчет следует проводить для следующих номеров гармоник: 3, 5, 7-й для сварочных машин и дуговых печей; 5, 7, 11, 13-й для ЭТУ с выпрямителями по шестифазной схеме; 11, 13, 23, 25-й для ЭТУ с выпрямителями по двенадцатифазной схеме; 23, 25, 47, 49-й для ЭТУ по двадцатичетырехфазной схеме.
Максимальные значения КU в сетях выше 1000 В определяются по упрощенным выражениям, %:
1) для одиночного преобразователя:
при шестифазной схеме выпрямления
;
(3.81)
при двенадцатифазной схеме выпрямления
;
(3.82)
2) для группы из n реверсных преобразователей:
при шестифазной схеме выпрямления
;
(3.83)
при двенадцатифазной схеме выпрямления
;
(3.84)
3) для группы n согласованно работающих шести- или двенадцатифазных
преобразователей
.
(3.85)
Для электродуговых печей
.
(3.86)
В последних
выражениях
- мощность преобразователей;
- расчетная мощность дуговых печей;
- минимальный ток короткого
замыкания в точках подключения ЭП.