- •1. Показатели качества злектрознергии
- •2. Влияние несимметрии токов и напряжений
- •3. Энергетические процессы при наличии
- •Глава 3
- •3.1.2. Оптимизация потерь и кпд в системах тпн — ад при изменении параметров установившегося режима
- •3.1.3. Мощность потерь в системах ппч—ад при типовых законах частотного управления
- •3.1.4. Оптимизация режимов системы пч—ад
2. Влияние несимметрии токов и напряжений
НА РАБОТУ ЭО
Синхронные генераторы. Как показывают многочисленные исследования [141, 149, 209, 210, 219], синхронные машины весьма чувствительны к несимметрии токов. При несимметричной нагрузке в обмотке статора трехфазного генератора протекают токи всех симметричных составляющих, причем ток прямой последовательности образует синхронно вращающееся с ротором поле, а ток обратной последовательности — поле, вращающееся относительно ротора с двойной частотой в обратном направлений. Это приводит к появлению в обмотке статора нечетного спектра гармоник тока прямой и обратной последовательности, а в обмотке ротора — четного [210, 218], которые вызывают дополнительный нагрев обеих обмоток. Несимметричные по фазам токи создают эллиптическое магнитное поле с пространственно-неподвижными центрами [211, 222], которое вызывает вибрацию в генераторе от неравномерных сил притяжения между ротором и статором, увеличивает нагрев поверхностного слоя ротора, особенно по торцам бочки. Токи обратной последовательности приводят к колебаниям активной мощности и механическим перенапряжениям вала и муфти, соединяющей турбогенератор с турбиной.
Согласно ГОСТ 183—74 на электрические машины, длительная работа трехфазных генераторов и синхронных компенсаторов допускается в случае, если токи в фазах не превышают номинального значения и разность токов в фазах не превышает 10 % номинального тока фазы для турбо- и гидрогенераторов и 20 % - для всех других генераторов и синхронных компенсаторов с явно выраженными полюсами.
На практике турбогенераторы при разности фазных токов, равной 10 % номинального тока, допускают ток обратной последовательности не более 6-7 % номинального [213].
Электродвигатели.
Сопротивление обратной последовательности
z" индукционных машин в 5—8 раз меньше
сопротивления прямой последовательности
т. е. двигатели обладают фильтрующими
свойствами по отношений к токам
обратной последовательности. Поэтому
даже относительно небольшая несимметрия
напряжений (1%) создает значительную
несимметрию токов (7-9 %) в обмотках [27.1].
Токи обратной последовательности
вызывают дополнительный нагрев, уменьшают
полезный момент и располагаемую мощность
машин. В [271] приведена формула для расчета
температуры обмоток Тн асинхронных
двигателей (АД) в функции несимметрии
напряжений
:
,
где Т — температура обмоток при симметричном напряжении сети. Из этого выражения следует, что при = 3,5 % температура обмоток двигателя повышается на 25%.
Уменьшение полезного момента двигателя определяется выражением [293]
где s — скольжение.
Для индукционного двигателя в номинальном режиме z"≈0,162, а максимальное скольжение при полной нагрузке равно 0,05.
Поэтому
т. е. уменьшение полезного момента приблизительно равно квадрату коэффициента несимметрии.
Если ≥5 %, несмотря на незначительное снижение полезного момента, резко увеличивается вибрация двигателей и нагрев их обмоток. Установлено [293], что несимметрия напряжений =4 % сокращает срок службы АД вдвое. При несимметрии напряжений и повышенном уровне напряжения прямой последовательности располагаемая мощность электродвигателей снижается на 50—60 % [65,146]. С учетом фильтрующих свойств АД по отношению к токам обратной последовательности в работе [282] рекомендуется ограничивав напряжение обратной последовательности в сети значением 1 %.
Трансформаторы. Несимметрия входных напряжений трансформатора, как и его нагрузочных токов, приводит к появлению несимметрии и неуравновешенности его выходных напряжений [23], обусловленных составляющими соответственно обратной и нулевой последовательности. Особенно чувствительны к несимметрии нагрузок трансформаторы со схемой соединения обмоток звезда - звезда с нулем, которые, как упоминалось, имеют большое сопротивление нулевой последовательности [27, 197], что вызывает возникновение существенно неуравновешенной системы их выходных напряжений [13,106]. При расчете располагаемой мощности трансформаторов в НР следует учесть, что перегрев изоляции на 8 °С снижает срок ее службы вдвое [296].
В случае выбора предельной загрузки трансформатора из условия равенства тока наиболее нагруженной фазы номинальному его пропускная способность в НР уменьшается на 42 % мощности однофазной эквивалентной нагрузки [232].
Многофазные выпрямители и конденсаторные установки. Несимметрия напряжений ухудшает работу преобразовательных установок [8, 39, 289]. Так, если при симметричном напряжении токи во всех вентилях выпрямителя одинаковы по значению и длительности протекания, то при ≠ 0 отдельные его вентили оказываются недогруженными, что приводит к снижению располагаемой мощности выпрямителя. Кроме того, в этом случае в кривых переменного и выпрямленного напряжения появляются неканонические гармоники [73, 195] и связанные с ними нежелательные резонансные режимы. Возможно также появление субгармоник [195]. В условиях несимметрии напряжений в значительной степени теряет свою эффективность многофазное выпрямление с целью уменьшения пульсаций выпрямленного тока, поскольку амплитуда гармоник двойной частоты оказывается пропорциональной значению напряжения обратной последовательности.
Конденсаторные
батареи отдельных фаз при
находятся под различными напряжениями,
что может привести как к их перегрузке,
так и к недогрузке. Ори этом располагаемая
мощность конденсаторной установки
определяется как [1]
).
Отметим, что одновременное влияние несимметрии и несинусоидальности напряжений еще больше усложняет работу конденсаторных установок, поскольку в отличие от симметричных режимов, где резонанс токов в сети имеет место на одной из высших частот, здесь возможны резонансные явления на двух частотах [100, 239].
Несимметричный режим вызывает потери напряжения и мощности в электрических сетях, приводит к появлению дополнительных отклонений напряжений на зажимах однофазных потребителей и, в частности, осветительных и телевизионных приемников, которые очень чувствительны к изменению режима напряжений [204, 210]. Так, при увеличении напряжения на 5 % световой поток ламп накаливания увеличивается на 20 %, а срок их службы сокращается в два раза. При уменьшении напряжения на 5 % световой поток ламп накаливания уменьшается на 18 %, а люминесцентные лампы начинают работать неустойчиво. Телевизоры нормально работают при отклонениях напряжения не более -5% - +10 %• Недостаточно высокое качество напряжения в городских и сельских сетях привело к массовой установке индивидуальных стабилизаторов напряжения для телевизоров. Их использование, связанное с большими затратами активных материалов, вызывает дополнительные потери напряжения и электроэнергии, увеличивает загрузку сети реактивной мощностью и токами высших гармоник. Следует отметить, что НР отрицательно влияют на работу инверторов [34, 289], усложняют работу релейной защиты [225], уменьшают устойчивость систем и межсистемных связей [52], приводят к ошибкам при подсчете электроэнергии [194, 274]. Так, в случае амплитудно-фазовой несимметрии напряжений и токов погрешность измерений у обычных счетчиков может достигать 33 %.
Зачастую длительные несимметричные и неуравновешенные режимы сопровождаются значительными отклонениями и колебаниям напряжений, вызываемыми перетоками реактивной мощности, наличием токов и напряжений высших гармоник.
