Влияние качества электроэнергии на работу асинхронных двигателей - АвтоКлуб Toyota
Toyota-navi.ru

АвтоКлуб Toyota
10 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Влияние качества электроэнергии на работу асинхронных двигателей

Влияние качества электроэнергии на работу электроприемников

Качество электрической энергии характеризуется нормированными параметрами, главными из которых являются напряжение и частота. Качество электроэнергии оказывает большое влияние на эффективность работы электроприемников, что выражается в изменении экономических и технических показателей их работы.

Содержание

Наиболее распространенными электроприемниками на промышленных предприятиях являются асинхронные электродвигатели:

  • Они составляют основную часть промышленной нагрузки, и на их долю приходится около 80 % всей потребляемой в промышленности электрической энергии [1].
  • При этом асинхронные двигатели являются также крупными потребителями реактивной мощности. Ими используется около 40 % реактивной мощности, потребляемой в промышленных электрических сетях.

Именно режимы работы асинхронных двигателей зачастую оказывают существенное влияние на общую реактивную мощность, потребляемую промышленным предприятием, и, как следствие, на величину коэффициента реактивной мощности tgϕ промышленного предприятия, значение которого нормируется в [2] в зависимости от уровня номинального напряжения электрической сети.

В связи с этим представляется целесообразным проанализировать потребление реактивной мощности асинхронными двигателями с тем, чтобы в дальнейшем выработать рекомендации по их рациональной эксплуатации, которые бы были направлены на естественное уменьшение реактивной мощности, потребляемой электродвигателями, и, в конечном итоге, на снижение величины tgϕ промышленного предприятия в целом.

Определение реактивной мощности

В общем случае реактивная мощность, потребляемая асинхронным двигателем, складывается из двух составляющих:

  • Реактивной мощности намагничивания Q, расходуемой на создание магнитного потока холостого хода.
  • Реактивной мощности полей рассеяния Qp

Реактивная мощность определяется по формуле:

где

  • QHOM — потери реактивной мощности в асинхронном двигателе на рассеяние при номинальной нагрузке, кВАр.
  • k3 = Р/РHOM — коэффициент загрузки асинхронного двигателя по активной мощности.
  • Р — активная мощность нагрузки асинхронного двигателя, кВт.
  • РHOM — номинальная мощность асинхронного двигателя, кВт.

Из формулы (1) следует, что реактивная мощность Q не зависит от нагрузки, в то время как реактивная мощность Qp изменяется пропорционально квадрату коэффициента загрузки асинхронного двигателя.

В [3] приводятся формулы для определения составляющих реактивной мощности Q и Qp, потребляемой асинхронным двигателем.

На основании данных формул в результате ряда математических преобразований нами была получена формула для определения коэффициента реактивной мощности асинхронного двигателя:

где

  • I — ток холостого хода асинхронного двигателя, А.
  • IHOM — номинальный ток асинхронного двигателя, A.
  • tgϕHOM — номинальный коэффициент реактивной мощности асинхронного двигателя.
  • ɳHOM — номинальный коэффициент полезного действия (КПД) асинхронного двигателя.

Из формулы (2) видно, что коэффициент реактивной мощности асинхронного двигателя зависит от величины его коэффициента загрузки.

Расчет и анализ основных показателей реактивной мощности

Основание для проведения расчетов по методике:

  • Поэтому в целях оценки влияния коэффициента загрузки асинхронных двигателей на потребление ими реактивной мощности были определены относительные значения тока холостого хода асинхронных двигателей, а затем в соответствии с формулой (2) значения их коэффициента реактивной мощности при различных значениях коэффициента загрузки k3 в диапазоне от 0 до 1.
  • Исходными данными для расчетов являлись каталожные данные электродвигателей, приведенные в [4, 5] и в каталогах заводов-изготовителей. Рассматривались асинхронные двигатели серий 4А и АИ основного исполнения номинальной мощностью 0,06-250 кВт с различной синхронной частотой вращения, получившие широкое распространение на промышленных предприятиях.
  • По результатам расчетов для каждого из рассматриваемых электродвигателей были построены графики зависимости коэффициента реактивной мощности от коэффициента загрузки tgϕ = f(k3).
  • Как показали расчеты, величина tgϕ асинхронных двигателей существенно зависит от относительного значения их тока холостого хода.

В ходе анализа полученных результатов было установлено, что относительное значение тока холостого хода и величина tgϕ оказались примерно одинаковыми для групп асинхронных двигателей следующих серий:

  • Серия 4А с синхронной частотой вращения n=3000 об/мин в диапазонах номинальных мощностей 0,09-0,25 кВт, 0,37-4 кВт, 5,5-45 кВт и 55- 250 кВт.
  • Серия АИ с той же синхронной частотой вращения в диапазонах номинальных мощностей 0,09-0,25 кВт, 0,37-4 кВт, 5,5—45 кВт и 55-90 кВт.

В результате получили следующие результаты расчетов:

  • Это позволило аппроксимировать зависимости tgϕ= f(k3) для данных групп асинхронных двигателей с использованием степенной аппроксимирующей функции.
  • При этом коэффициент детерминации R 2 оказался близким к единице, что свидетельствует о высокой степени близости аппроксимации экспериментальных данных выбранной аппроксимирующей функцией.
  • Аппроксимированные графики зависимости tgϕ = f(k3) для асинхронных двигателей серий 4А и АИ основного исполнения с синхронной частотой вращения n=3000 об/мин приведены на рисунках 1 и 2 соответственно.

где

  • 1 — 0,09-0,25 кВт.
  • 2 — 0,37-4 кВт.
  • 3 — 5,5-45 кВт.
  • 4 — 55-250 кВт.

где

  • 1 — 0,09-0,25 кВт.
  • 2 — 0,37-4 кВт.
  • 3 — 5,5— 45 кВт.
  • 4 — 55-90 кВт.

Аналогичные расчеты были проведены для асинхронных двигателей серий 4А и АИ основного исполнения с синхронными частотами вращения n=1500; 1000; 750 об/мин:

  • По результатам расчетов для данных электродвигателей также были построены аппроксимированные графики зависимости tgϕ = f(k3).
  • Анализ графиков зависимости tgϕ = f(k3) показал, что загрузка асинхронных двигателей значительно влияет на потребление ими реактивной мощности. Данная зависимость проявляется в том, что с уменьшением коэффициента загрузки асинхронных двигателей значение их tgϕ, а, следовательно, и величина потребляемой ими реактивной мощности возрастают.
  • При этом, как следует из графиков зависимости на рисунок 1 и 2, существенное увеличение tgϕ асинхронных двигателей наблюдается при загрузке их менее 40-45 % номинальной мощности.
  • При уменьшении загрузки асинхронных двигателей менее 10 % номинальной мощности происходит резкое увеличение tgϕ и реактивной мощности, потребляемой электродвигателями. При этом величина tgϕ асинхронных двигателей при малых загрузках в несколько раз превышает нормируемое в [2] значение коэффициента реактивной мощности.
  • На основании этого можно сделать вывод, что потребление реактивной мощности асинхронными двигателями зависит от их загрузки в значительно большей степени по сравнению с силовыми трансформаторами [6].

Из графиков рис. 1 и 2 нетрудно видеть, что значение коэффициента реактивной мощности асинхронных двигателей увеличивается также с уменьшением их номинальной мощности. Это обусловлено тем, что конструктивное исполнение асинхронных двигателей таково, что с уменьшением их номинальной мощности увеличивается относительная величина воздушного зазора и соответственно относительная величина потребляемой ими реактивной мощности.

Кроме того, сравнение графиков зависимости tgϕ = f(k3) для асинхронных двигателей серий 4А и АН позволило установить:

  • Что асинхронные двигатели серии 4А имеют более высокую величину коэффициента реактивной мощности по сравнению с асинхронными двигателями серии АИ (особенно это касается электродвигателей малой мощности).
  • Это в значительной мере объясняется тем, что в асинхронных двигателях серии АИ при изготовлении магнитопроводов используется более качественная холоднокатаная электротехническая сталь.
  • В результате этого снижаются потери в стали асинхронных двигателей, а вместе с тем и величина реактивной мощности намагничивания, потребляемой электродвигателями.
  • Таким образом, как показал анализ, коэффициент загрузки асинхронных двигателей оказывает значительное влияние на потребление ими реактивной мощности.
  • Снижение коэффициента загрузки асинхронных двигателей приводит к увеличению их коэффициента реактивной мощности, что, в свою очередь, сказывается на увеличении tgϕ промышленного предприятия в целом.
Читать еще:  Как установить зажигание на мерседес 601 двигатель

Предложения и решения по улучшению реактивной мощности из практики

Следует отметить, что на сегодняшний день в условиях снижения объемов промышленного производства значительная доля реактивной мощности, потребляемой асинхронными двигателями на промышленных предприятиях, обусловлена их малой загрузкой.

Поэтому при проведении энергетических обследований (энергоаудита) промышленных предприятий, осуществляемых в соответствии с Федеральным законом №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности…» [7], необходимо:

  • Проверять соответствие номинальной мощности асинхронных двигателей.
  • Мощности нагрузки электродвигателей.

При систематической недогрузке асинхронных двигателей на промышленных предприятиях в первую очередь должны быть приняты меры по увеличению их загрузки путем рационализации технологического процесса и увеличения загрузки производственного оборудования.

Если после реализации данных мероприятий номинальная мощность асинхронных двигателей остается существенно завышенной по отношению к их мощности нагрузки, то должна производиться замена малозагруженных асинхронных двигателей электродвигателями меньшей номинальной мощности.

По опыту эксплуатации асинхронных двигателей считается:

  • Что если средняя загрузка электродвигателей составляет менее 45 % номинальной мощности, то замена асинхронных двигателей менее мощными является целесообразной.
  • При загрузке асинхронных двигателей более 70 % номинальной мощности можно считать, что замена в общем случае нецелесообразна.
  • В том случае, если средняя загрузка электродвигателей составляет 45-70 % номинальной мощности, то целесообразность их замены должна быть подтверждена техникоэкономическим расчетом [3].

Анализ зависимости tgϕ=f(k3) для асинхронных двигателей серий 4А и АИ подтверждает справедливость данных рекомендаций.

В случае невозможности замены малозагруженных асинхронных двигателей электродвигателями меньшей номинальной мощности целесообразным может оказаться снижение напряжения на их зажимах.

Снижение напряжения, подводимого к обмоткам асинхронного двигателя, до определенного минимально допустимого значения приводит к уменьшению реактивной мощности, потребляемой электродвигателем, за счет уменьшения тока намагничивания.

При этом одновременно снижаются потери активной мощности и, следовательно, увеличивается КПД электродвигателя.

На практике известны следующие способы снижения напряжения у малозагруженных асинхронных двигателей:

  • Переключение статорной обмотки с треугольника на звезду.
  • Секционирование статорных обмоток.
  • Понижение напряжения в сетях, питающих асинхронные двигатели, путем переключения ответвлений цехового трансформатора.

К числу мероприятий, направленных на рационализацию работы асинхронных двигателей, можно также отнести ограничение длительности холостого хода. Если промежутки работы асинхронных двигателей на холостом ходу достаточно велики, то целесообразно на это время отключать электродвигатели от сети. Потребление активной и особенно реактивной мощности при этом значительно снижается.

Таким образом, проведение мероприятий по рационализации работы асинхронных двигателей на промышленных предприятиях должно быть направлено на естественное уменьшение величины потребляемой ими реактивной мощности, снижение tgϕ асинхронных двигателей и, тем самым, должно способствовать поддержанию нормируемых значений коэффициента реактивной мощности в промышленных электрических сетях и значительному повышению общей энергетической эффективности промпредприятий.

Характеризующие показатели

Для описания понижения амплитуды напряжения используются следующие показатели:

δUп – глубина провалов, для вычисления применяется следующая формула: δUп = (Uном — Uмин) / Uном , где Uном – номинальная величина амплитуды питающего напряжения, Uмин – значение остаточного напряжения;

∆t – длительность, данная величина определяется как разность между моментом восстановления напряжения к номинальному значению tк и временным параметром фиксации начальной стадии отклонения tн. Формула расчета длительности будет иметь следующий вид: ∆t = tк — tн

Fп – частотность повторений (частота возникновения провалов), приведем формулу, используемую для расчета этого параметра: Fп= 100% * m * (δUп* ∆tп) / M, где числитель дроби описывает количество отклонений, определенной глубины и длительности, произошедших в течение измеряемого периода. Знаменатель – общее количество отклонений, обнаруженных в ходе измерений.

Основные показатели провала напряжения

Приведенные выше показатели используются для определения качества электроэнергии в той или иной системе электроснабжения.

Потенциал экономии: считаем вместе

На основании данных, предоставленных компанией Mitsubishi Electric, оценим потенциал энергосбережения при внедрении преобразователей частоты.

Вначале посмотрим, как меняется мощность при различных режимах регулирования двигателя:

А теперь приведем пример расчета.

КПД электродвигателя: 96,5%;
КПД частотно-регулируемого привода: 97%;
Мощность на валу вентилятора при номинальном объеме: 1100 кВт;
Характеристика вентилятора: H=1,4 о.е. при Q=0;
Полное рабочее время за год: 8000 ч.

Режимы работы вентилятора согласно графику:

Из графика получаем следующие данные:

100% расхода воздуха – 20% времени работы за год;
70% расхода воздуха – 50% времени работы за год;
50% расхода воздуха – 30% времени работы за год.

Экономия между работой под номинальной нагрузкой и работой с возможностью регулирования скорости вращения двигателя (работа совместно с ЧРП) равна:

7 446 400 кВт*ч/год — 3 846 400 кВт*ч/год= 3 600 000 кВт*ч/год

Учтем тариф на электроэнергию равным — 1 кВт*ч / 5,5 руб. Стоит отметить, что стоимость взята по первой ценовой категории и усредненному значению для одного из промышленных предприятий Приморского края за 2019 г.

Получим экономию в денежном выражении:

3 600 000 кВт*ч/год*5,5 руб/кВт*ч= 19 800 000 руб/год

Практика реализации подобных проектов позволяет с учетом затрат на эксплуатацию и ремонты, а также стоимости самих преобразователей частоты добиться срока окупаемости в 3 года.

Как показывают цифры, в экономической целесообразности внедрения ЧРП сомневаться не приходится. Однако одной экономикой эффект от их внедрения не ограничивается. ЧРП осуществляют плавный пуск двигателя, значительно уменьшая его износ, но об этом я расскажу в следующий раз.

Негативные явления в электросети — их влияние на нагрузку и способы борьбы

В данной статье будут рассмотрены общие принципы функционирования электросети, негативные процессы, происходящие на линиях электроснабжения и различные методы защиты оконечного оборудования.

Читать еще:  Что делать если не работает автозапуск двигателя starline

Единая энергосистема

Почти все электростанции России объединены в единую федеральную энергосистему, которая является источником электрической энергии для большинства потребителей. Важнейшим и обязательным компонентом любой электростанции является трехфазный турбогенератор переменного тока. Три силовые обмотки генератора индуцируют линейное напряжение. Обмотки симметрично расположены по окружности генератора. Ротор генератора вращается со скоростью 3000 оборотов в минуту, а линейные напряжения сдвинуты относительно друг друга по фазе. Фазовый сдвиг постоянен и равен 120 градусам. Частота переменного тока на выходе генератора зависит скорости вращения ротора, и в номинале составляет 50 Гц.

Напряжение между линейными проводами трехфазной системы переменного тока называется линейным. Напряжение между нейтралью и любым из линейных проводов называется фазным. Оно в корень из трех раз меньше линейного. Именно такое напряжение (фазное 220 В) подается в жилой сектор. Линейное напряжение 380 В используется для питания мощного промышленного оборудования. Генератор выдает напряжение в несколько десятков киловольт. Для передачи электроэнергии, с целью уменьшения потерь, напряжение повышают на трансформаторных подстанциях и подают в Линии Электропередачи (далее ЛЭП). Напряжение в ЛЭП составляет от 35 кВ для линий малой протяженности, до 1200 кВ на линиях протяженностью свыше 1000 км. Напряжение повышают с целью уменьшения потерь, которые напрямую зависят от силы тока. С другой стороны, напряжение ограничивается возможностью изоляции воздуха для ЛЭП и диэлектрика кабеля для кабельных линий. Достигнув крупного потребителя (завод, населенный пункт) электроэнергия опять попадает на трансформаторную подстанцию, где трансформируется в 6–10 кВ, которые уже пригодны для передачи по подземным кабелям. У каждого многоквартирного жилого дома, или административного здания стоит трансформаторная подстанция, которая выдает на выходе предназначенные для потребителя 380 В линейного напряжения и, соответственно, 220 В фазного. В подстанцию типично заводят два или три высоковольтных кабеля, что позволяет оперативно восстановить электроснабжение, в случае повреждений на высоковольтном участке трассы. В зависимости от вида подстанции, это может происходить автоматически, полуавтоматически — по команде диспетчера с центрального пульта, и вручную — приезжает аварийка и электрик переключает рубильник. Подстанция также может выполнять функцию регулятора напряжения, переключая обмотки трансформатора, в зависимости от нагрузки. В России на подстанциях применяют схему с заземленной нейтралью, то есть нейтральный (часто называемый нулевым) провод заземлен. По зданию разводка кабеля происходит пофазно, как с целью распараллеливания нагрузки, так и с целью удешевления оборудования (счетчиков, автоматов защиты). Подстанция в сельской местности и для небольших домов представляет собой обычно трансформаторную будку или просто трансформатор внешнего исполнения. Именно поэтому, на исправление аварии в таком месте отводятся сутки. Автоматической регулировки напряжения такие подстанции не имеют, и выдают номинал обычно в часы минимальных нагрузок, в остальное время занижая напряжение.

Нормы качества для электросетей

Документом, устанавливающим нормы качества электроэнергии в России, является ГОСТ 13109-97 принятый 1 Января 1999г. В частности, в нем установлены следующие «нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения«.

ПараметрНоминалПредельно
Напряжение, V220V ±5%220V ±10%
Частота, Hz50 ±0,250 ±0,4
Искажения, %812
Провалы, сек330
Перенапряжения, V280380

Таким образом, даже при нормальном функционировании электросети использование устройств ИБП для компьютерной техники является обязательным, как для защиты целостности данных, так и для обеспечения исправности оборудования. С точки зрения электроснабжения, все потребители делятся на три категории. Для наиболее массовой категории наших читателей, проживающих в домах с числом квартир более восьми или работающих в офисных зданиях с числом сотрудников более 50 актуальна вторая категория. Это означает максимальное время устранения аварии один час и надежность 0,9999. Третья категория характеризуется временем устранения аварии 24 часа и надежностью 0,9973. Первая категория требует надежности 1 и временем устранения аварии 0.

Виды негативных воздействий в электросети

Все негативные воздействия в электросети делятся на провалы и перенапряжения.

Импульсные провалы обычно вызываются перегрузкой оконечных линий. Включение мощного потребителя, такого как кондиционер, холодильник, сварочный аппарат, вызывает кратковременную (до 1-2 с) просадку питающего напряжения на 10–20%. Короткое замыкание в соседнем офисе или квартире может вызвать импульсный провал, в случае, если вы подключены к одной фазе. Импульсные провалы не компенсируются подстанцией и могут вызывать сбои и перезагрузки компьютерной и другой насыщенной электроникой техники.

Постоянный провал, то есть постоянно или циклично низкое напряжение обычно вызвано перегрузкой линии от подстанции до потребителя, плохим состоянием трансформатора подстанции или соединительных кабелей. Низкое напряжение негативно отражается на работе такого оборудования как кондиционеры, лазерные принтеры и копиры, микроволновые печи.

Полный провал (блекаут), это пропадание напряжения в сети. Пропадание до одного полупериода (10 мс) должно по стандарту выдерживать любое оборудование без нарушения работоспособности. На подстанциях старого образца переключения регулятора напряжения или резерва могут достигать нескольких секунд. Подобный провал выглядит как «свет мигнул». В подобной ситуации все незащищенное компьютерное оборудование «перезагрузится» или «зависнет».

Перенапряжения постоянные — завышенное или циклично завышенное напряжение. Обычно является следствием так называемого «перекоса фаз» — неравномерной нагрузки на разные фазы трансформатора подстанции. В этом случае на нагруженной фазе происходит постоянный провал, а на двух других постоянное перенапряжение. Перенапряжение сильно сокращает срок службы самого разного оборудования, начиная от лампочек накаливания… Вероятность выхода из строя сложного оборудования при включении значительно увеличивается. Самое неприятное постоянное перенапряжение — отгорание нейтрального провода, нуля. В этом случае напряжение на оборудовании может достигать 380 В, и это практически гарантирует выход его из строя.

Временное перенапряжение бывает импульсным и высокочастотным.

Импульсное перенапряжение может происходить при замыкании фазовых жил силового кабеля друг на друга и на нейтраль, при обрыве нейтрали, при пробое высоковольтной части трансформатора подстанции на низковольтную (до 10 кВ), при попадании молнии в кабель, подстанцию или рядом с ними. Наиболее опасны импульсные перенапряжения для электронной аппаратуры.

Высокочастотное перенапряжение характеризуется наличием в силовом кабеле паразитных колебаний высокой частоты. Может нарушить работу высокочувствительной измерительной и звукозаписывающей аппаратуры.

Способы противодействия негативным воздействиям

В нижеприведенную таблицу сведены все виды негативных воздействий в электросети и технические методы борьбы с ними.

Читать еще:  Что нужно менять вместе с маслом в двигатель
Вид негативного воздействияСледствие негативного воздействияРекомендуемые меры защиты
Импульсный провал напряженияНарушение в работе оборудования содержащего микропроцессоры. Потеря данных в компьютерных системах.Качественные блоки питания. Онлайн ИБП
Постоянный провал (занижение) напряженияПерегрузка оборудования содержащего электромоторы. Неэффективность электрического отопления и освещения.Автотрансформаторные регуляторы напряжения. Импульсные блоки питания.
Пропадание напряженияВыключение оборудования. Потеря данных в компьютерных системах.Батарейные ИБП любого типа, для предотвращения потерь данных. Автономные генераторы, при необходимости обеспечения бесперебойности работы оборудования.
Завышенное напряжениеПерегрузка оборудования. Увеличение вероятности выхода из строя.Автотрансформаторные регуляторы напряжения. Сетевые фильтры с автоматом защиты от перенапряжения.
Импульсные перенапряженияНарушение в работе оборудования содержащего микропроцессоры. Потеря данных в компьютерных системах. Выход оборудования из строя.Сетевые фильтры с автоматом защиты от перенапряжения.
Высокочастотные перенапряжения.Нарушения в работе высокочувствительной измерительной и звукозаписывающей аппаратуры.Сетевые фильтры с ФНЧ. Развязывающие трансформаторы.
Перекос фаз (разница фазного напряжения)Перегрузка трехфазного оборудования.Выравнивания нагрузки по фазам. Содержание в исправности силовой кабельной сети.
Отклонение частоты сетиНарушение работы оборудования с синхронными двигателями и изделий зависящих от частоты сети.Онлайн ИБП. Замена устаревшего оборудования.

Следует отметить, что современные качественные ИБП имеют в своем составе сетевой фильтр и ограничитель напряжения. Время реакции и переключения на батарею достаточно мало для обеспечения надежной бесперебойной работы любых электронных устройств. Использование отдельных стабилизаторов может быть оправданно при большом количестве оборудования, так как цена стабилизатора на 10 КВт примерно равна цене ИБП на 1КВт. Использование отдельного сетевого фильтра гораздо менее оправданно. ИБП не предназначены для систем, требующих непрерывного функционирования. Если мощность такого оборудования превышает 1 КВт, оптимальным решением будет использование автономного дизельного генератора.

Несимметрия питающего напряжения

Несимметрия напряжения — одна из самых серьёзных угроз для нормальной работы асинхронного двигателя. На рис.1 представлена зависимость между снижением эффективности работы электродвигателя и несимметрией по напряжению. Несимметрия тока приводит к дополнительным потерям в двигателе и повышению температуры частей двигателя. На рис. 2 показана зависимость между несимметрией по напряжению и ростом температуры двигателя. Повышенный нагрев сокращает срок службы изоляции двигателя и, ка следствие, сокращает срок службы самого двигателя.

Рис. 1. Уменьшение мощности электродвигателя из-за несимметрии напряжения

Рис. 2. Связь между несимметрией по напряжению и ростом температуры двигателя

Влияние несимметрии напряжений

Несимметрия напряжений, как уже отмечалось, вызывается чаще всего наличием несимметричной нагрузки. Несимметричные токи нагрузки, протекающие по элементам системы электроснабжения, вызывают в них несимметричные падения напряжения. Вследствие этого на выводах ЭП появляется несимметричная система напряжений. Отклонения напряжения у ЭП перегруженной фазы могут превысить нормально допустимые значения, в то время как отклонения напряжения у ЭП других фаз будут находиться в нормируемых пределах. Кроме ухудшения режима напряжения у ЭП при несимметричном режиме существенно ухудшаются условия работы как самих ЭП, так и всех элементов сети, снижается надежность работы электрооборудования и системы электроснабжения в целом .

Качественно отличается действие несимметричного режима по сравнению с симметричным для таких распространенных трехфазных ЭП, как асинхронные двигатели. Особое значение для них имеет напряжение обратной последовательности. Сопротивление обратной последовательности электродвигателей примерно равно сопротивлению заторможенного двигателя и, следовательно, в 5 – 8 раз меньше сопротивления прямой последовательности. Поэтому даже небольшая несимметрия напряжений вызывает значительные токи обратной последовательности. Токи обратной последовательности накладываются на токи прямой последовательности и вызывают дополнительный нагрев статора и ротора (особенно массивных частей ротора), что приводит к ускоренному старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности двигателя (уменьшению к.п.д. двигателя). Так, срок службы полностью загруженного асинхронного двигателя, работающего при несимметрии напряжения 4%, сокращается в 2 раза. При несимметрии напряжения 5% располагаемая мощность двигателя уменьшается на 5 – 10% .

При несимметрии напряжений сети в синхронных машинах наряду с возникновением дополнительных потерь активной мощности и нагревом статора и ротора могут возникнуть опасные вибрации в результате появления знакопеременных вращающих моментов и тангенциальных сил, пульсирующих с двойной частотой сети. При значительной несимметрии вибрация может оказаться опасной, а в особенности при недостаточной прочности и наличии дефектов сварных соединений. При несимметрии токов, не превышающей 30%, опасные перенапряжения в элементах конструкций, как правило, не возникают.

Правила технической эксплуатации электрических сетей и станций в РФ указывают, что “длительная работа генераторов и синхронных компенсаторов при неравных токах фаз допускается, если разница токов не превышает 10% номинального тока статора для турбогенераторов и 20% для гидрогенераторов. При этом токи в фазах не должны превышать номинальных значений. Если эти условия не выполняются, то необходимо принимать специальные меры по уменьшению несимметрии”.

В случае наличия токов обратной и нулевой последовательности увеличиваются суммарные токи в отдельных фазах элементов сети, что приводит к увеличению потерь активной мощности и может быть недопустимо с точки зрения нагрева. Токи нулевой последовательности протекают постоянно через заземлители. При этом дополнительно высушивается и увеличивается сопротивление заземляющих устройств. Это может быть недопустимым с точки зрения работы релейной защиты,а также из-за усиления воздействия на низкочастотные установки связи и устройства железнодорожной блокировки .

Несимметрия напряжения значительно ухудшает режимы работы многофазных вентильных выпрямителей: значительно увеличивается пульсация выпрямленного напряжения, ухудшаются условия работы системы импульсно-фазового управления тиристорных преобразователей.

Конденсаторные установки при несимметрии напряжений неравномерно загружаются реактивной мощностью по фазам, что делает невозможным полное использование установленной конденсаторной мощности. Кроме того, конденсаторные установки в этом случае усиливают уже существующую несимметрию, так как выдача реактивной мощности в сеть в фазе с наименьшим напряжением будет меньше, чем в остальных фазах (пропорционально квадрату напряжения на конденсаторной установке) .

Несимметрия напряжений значительно влияет и на однофазные ЭП, если фазные напряжения неравны, то, например, лампы накаливания, подключенные к фазе с более высоким напряжением, имеют больший световой поток, но значительно меньший срок службы по сравнению с лампами, подключенными к фазе с меньшим напряжением. Несимметрия напряжений усложняет работу релейной защиты, ведет к ошибкам при работе счетчиков электроэнергии и т.д.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector