2. Причины снижения качества электроэнергии
1. Отклонение и колебание частоты происходят, в основном, вследствие перегрузок генераторов на электростанции, которые возникают в случае устойчивых коротких замыканий; аварийного отключения параллельно работающих генераторов в часы максимумов нагрузки потребителей, особенно в зимнее время.
2. Отклонения напряжения происходят из-за неправильного выбора элементов сети, нерационального регулирования напряжения путем переключения отпаек у трансформатора, ограниченной мощности источника питания под действием ударных нагрузок.
3. Колебания напряжения в сети обусловлены мощной ударной нагрузкой, сварочными агрегатами, неправильным выбором параметров элементов системы электроснабжения.
4. Несинусоидальность напряжения в сети обусловлена вентильными преобразователями, сварочными выпрямителями, дугоплавильными печами и другой аналогичной нагрузкой. При этом происходит искажение синусоидальной формы тока и напряжения в сети. Значения уровня гармоник в токе и напряжении зависят от величины нагрузки и достигают максимального значения для напряжения при X.X. нагрузки, когда Хн →∞, а для тока - при к.з., когда Хн →0. В промежутке между этими двумя граничными условиями ток Vй гармоники можно определить как:
(8)
где ϒ- угол коммутации вентиля.
Следовательно, на значение Кнс влияют режим работы нагрузки, параметры сети и величина нагрузки.
5. Различают длительную и кратковременную несимметрию напряжений. Длительная несимметрия возникает при наличии в сети осветительной нагрузки, однофазных сварочных установок, плавильных печей и т.п. Кратковременная несимметрия обычно связана с аварийными процессами в электрических сетях, такими как к.з., обрывы проводов, замыкания на землю.
6. Неуравновешенность напряжений возникает при увеличении сопротивления цепи нулевого провода в системе с глухозаземленной нейтралью или в системе с изолированной нейтралью при несимметричной нагрузке.
3. Последствия снижения качества энергии
Отклонение и колебания частоты приводят к увеличению потерь мощности и напряжения, т.к. потребляемая мощность Р пропорциональна частоте f , а именно:
P = afn , (9)
где n = 0÷4 в зависимости от характера нагрузки.
Отклонение напряжения вызывает наиболее неблагоприятные последствия и наносит наибольший материальный ущерб по сравнению с изменением других показателей качества электроэнергии, даже если они находятся в пределах ГОСТа.
Для асинхронных двигателей (АД) изменение напряжения на 10% меняет пусковой, рабочий и максимальный момент, примерно, на 20% (табл. 1).
Таблица 1 - Изменение параметров асинхронного электродвигателя при отклонении напряжения от номинального значения
Характеристика двигателей |
Изменение характеристики при изменении напряжения |
|
-10% |
+10% |
|
Пусковой и максимальный вращающий момент |
-19% |
21% |
Синхронная частота вращения |
const |
const |
Скольжение, % |
23% |
-17% |
Частота вращения при номинальной нагрузке |
-1,5% |
1% |
Коэффициент полезного действия при нагрузке: номинальной 75% Рн 50 % Рн |
-2% сonst -1+2% |
1% сonst 1+2% |
Коэффициент мощности при нагрукзке: 100% Рн 75% Рн 50% Рн |
1% 2-3% 4-5% |
-3% -4% -5÷-6% |
Ток ротора при номанальной нагрузке |
14% |
11% |
Ток статора при номинальной нагрузке |
10% |
-7% |
Пусковой ток |
-10÷-12% |
10-12% |
Прирост температуры обмотки при номинальной нагрузке |
5-6 |
Не меняется |
Кроме того, меняются скольжение, коэффициент полезного действия, ток статора и ротора и т.д. Срок службы изоляции двигателя при этом сокращается вдвое.
Увеличиваются активные и реактивные потери. Увеличение напряжения на 1% увеличивает потребляемую реактивную мощность на 3%. При установке АД в поточных линиях изменение напряжения сказывается на производительности и качестве из-за изменения скорости , вращения двигателя.
При сварочных работах ухудшается качество шва и растет расход реактивной энергии.
Увеличение напряжения резко сокращает срок службы осветительных приборов, так увеличение напряжения всего на 5% сокращает срок службы вдвое, а на 10% - в четыре раза.
Уменьшение напряжения резко сокращает световой поток, т.к. он пропорционален квадрату тока, что резко снижает комфортные условия и может вызвать травматизм.
Электронные устройства вообще не допускают отклонения напряжения, поэтому они снабжаются стабилизаторами.
Колебания напряжения увеличивают травматизм с позиции освещения, т.к. резко возрастает утомляемость людей. У ламп дневного света возможен стробоскопический эффект, а в сетях, содержащих конденсаторы для компенсации реактивной мощности, - появление резонансных явлений.
При протекании токов высших гармоник по элементам СЭС в них возникают дополнительные потери энергии, которые пропорциональны √V. Под воздействием токов высших гармоник происходит более интенсивное старение изоляции, чем от действия первой гармоники, т.к. увеличивается нагрев обмоток двигателей. Например, при Кнс = 10% стоимость ремонта кабелей возрастает на 20%. В конденсаторах под воздействием высших гармоник возникают резонансные явления, повышающие эквивалентный ток в 3-5 раз. Несинусоидальность резко снижает точность измерительных приборов, вредно действует на работоспособность релейной защиты.
Наличие несимметрии нагрузок фаз вызывает появление токов обратной и нулевой последовательностей.
В АД несимметрия напряжений обусловливает дополнительный нагрев, а также обратный вращающий момент. Снижение момента пропорционально квадрату коэффициента несимметрии.
Поскольку сопротивление обратной последовательности обмоток АД в 5-7 раз меньше сопротивления прямой последовательности, то возникает дополнительный нагрев ротора и статора, снижающий допустимую нагрузку и срок службы двигателя. Например, при Кнс = 4% срок службы АД сокращается в 2 раза.