ОТКЛОНЕНИЯ И КОЛЕБАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Отклонения напряжения.

Каждый электроприемник спроектирован для работы при номинальном напряжении и должен обеспечивать нормальное функционирование при отклонениях напряжения от номинального на заданную величину. При изменении напряжения в пределах этого диапазона могут изменятся значения выходного параметра электроприемника (температура в электротермической установке, освещенность у светильников, полезная мощность на валу электродвигателя и т.д.).

Основными причинами отклонений напряжения в системах электроснабжения предприятий являются изменения режимов работы приемников электроэнергии, изменения режимов питающей энергосистемы, значительные индуктивные сопротивления линий 6-10 кВ. Изменения напряжения на зажимах приемника электроэнергии даже в установленных пределах вызывают изменение его технико-экономических показателей.

Отклонения напряжения зависят от очень многих случайных и к тому же часто изменяющихся факторов. Последствия от отклонений напряжения зависят не только от величины, но и от продолжительности отклонения, а также от того, какой процент потребителей подвергается большим отклонениям. Так, например, кратковременные и редкие, хотя даже и значительные отклонения напряжения у отдельных потребителей не могут оправдать расходов, связанных с удорожанием сети, которое будет необходимо для уменьшения или ликвидации этих отклонений.

Для характеристики качества напряжений в настоящее время разработана вероятная оценка, основанная на методе математической статистики. Этот метод впервые был разработан П. Айере, доказавшим, что количественную оценку влияния медленных изменений напряжения на экономичность работы электроприемников наиболее удобно и точно можно производить по среднему квадрату отклонения напряжения [(%)²] за период времени Т, названного автором метода неодинаковостью напряжения (U_ck)²(%)²:

где, (dU_t)=(U_t-U_H)/U_H - отклонения напряжения в момент t,

U_t - напряжение в рассматриваемой точке сети в момент времени t.

Величина неодинаковости напряжения имеет размерность процента в квадрате. Единица неодинаковости 1(%)², или 1/10000. Например, при неодинаковости 25(%)² квадрат относительных отклонений 25/10000, а сами отклонения 5/100, или 5%.

Для анализа режимов напряжения в электросетях применяются специальные статические анализаторы напряжения, позволяющие измерять квадрат среднеквадратичного отклонения (dU_CK)² и величины среднего значения отклонения напряжения, %, за время Т.

По этим данным может быть определена дис­персия случайной величины, характеризующая меру отклонения от среднего значения случайной величины:

По полученным значениям величины s², (dUск и Ucp можно определить вероятность пре­вышения заданных пределов отклонения, пользу­ясь таблицами нормальной функции распределе­ния (интеграл вероятности).

Влияние отклонения напряжений на работу отдельных приемников электрической энергии

В табл. 1 приведены данные по влиянию от­клонения напряжения в пределах от -10 до +10% на характеристики асинхронных электродвигате­лей.

Данные, приведенные в табл. 1, показывают изменения, характеризующие собственно двига­теля показатели. Отклонения этих показателей от номинального значения влияют на технологичес­кое оборудование, вместе с которыми работает двигатель, и вызывают некоторый экономический ущерб.

Проведенные исследования показали следу­ющие величины ущербов от некачественного на­пряжения.

При среднем отклонении напряжения 3,86% номинального на установке электропечей для плав­ки цветных металлов общей мощностью 280 кВт был получен перерасход энергии 65000 кВт-ч/год

При отклонении напряжения на 2,87% в цехе горячей вулканизации обувной фабрики получает­ся брак, а отклонения 1-2% ведут к изменению температуры нагрева и задержке в выпуске про­дукции, что дало бы ущерб более 1 млн. руб/год.

Электроплавильная печь мощностью 10000 кВА на заводе ферросплавов при номинальном напря­жении работает с суточной производительностью 44 т. силикохрома. При снижении напряжения на 5-9% производительность уменьшается до 38,8 т., т.е. примерно на 12%.

Снижение напряжения ухудшает качество сва­рочных швов. Цикл времени сварки при снижении напряжения на 10 % удлиняется приблизительно на 20%.

Если в сети ткацкого цеха, где установлено 2220 станков марки АТ-120-5, напряжение на 5% ниже номинального будет держаться только в те­чении 1 часа, то за это время будет недоотпущено 131 метров, суровой ткани.

Понижение напряжения на 6-7% на электри­ческих печах отжига цветных металлов мощностью 3х225 кВт привело к перерасходу электроэнергии 270 тыс. кВт.ч/год и удлинению технологического процесса.

Наиболее чувствительны к отклонениям напря­жения лампы накаливания. На схеме 1 представ­лена зависимость мощности, светового потока и срока службы лампы от уровня напряжения сети.

Схема 1.

- световой поток F;

- световая отдача ц;

- мощность Р;

- средний срок службы Т (в %).

Для ламп накаливания повышение напряжения только на 1% сверх номинального вызывает увели­чение потребляемой мощности приблизительно на 1,5%, светового потока - на 3,7% и сокращение срока службы ламп накаливания - на 14%. Увеличе­ние напряжения на 3% сокращает срок службы ламп накаливания на 30%, а повышение напряжения на 5% приведет к сокращению срока службы ламп в два раза. Срок службы люминесцентных ламп при повы­шении напряжения на 10% сокращается на 20-30%.

Таблица 1.

	ХАРАКТЕРИСТИКИ	Изменение характеристики
	ДВИГАТЕЛЕИ	при изменении напряжения
		-10%	+ 10%
1	Пусковой и вращающий момент	-19%	+21%
2	Синхронная частота вращения	const	const
3	Скольжение, в %	+23%	-17%
4	Частота вращения
	при номинальной нагрузке	-1,5%	+ 1%
5	КПД
	а) при номинальной нагрузке	-2%	+ 1%
	б) при нагрузке 75%	const	const
	в) при нагрузке 50%	-1--2%	-14+2%
6	cosj при нагрузке, в % а) 100	+ 1%	-3%
	б) 75	+24 - +3%	-4%
	в) 50	+4% - +5%	-5% - -6%
7	Ток ротора при номинальной нагрузке	+ 14%	-11%
8	Ток статора при номинальной нагрузке	+ 10%	-7%
9	Пусковой ток	-10 - -12%	+10 - +12%
10	Прирост t° обмотки при номинальной нагрузке	+5 - +6 C	Практически без изменений

 

Определение убытка при отклонениях напря­жения

Характеристики работы приемников электро­энергии по напряжению можно разделить на тех­нические и экономические. Технические характе­ристики - это зависимости, например, частоты вращения двигателей, времени плавки в электро­печах, светового потока осветительных приборов, активной мощности, потребляемой двигателями и т.д. от напряжения на их зажимах.

При наличии данных о количественном влия­нии напряжения на технические характеристики приемника можно определить экономический убы­ток при отклонениях напряжения:

Y=3(U)-3(U_ном)

где 3(U) - затраты для выработки продукции при фактическом U;

3(U_ном) - затраты для выработки продукции при номинальном U.

Зависимость убытка от отклонений напряже­ния на зажимах приемника называется экономи­ческой характеристикой:

Пользуясь экономическими характеристиками, можно определить оптимальные режимы напряже­ния и эффективные способы его поддержания.

На результирующую экономическую характе­ристику наибольшее влияние оказывает изменение количества выпускаемой продукции, кроме этого, оказывает влияние убыток от перерасхода элект­роэнергии и убыток от изменения срока службы приемника.

Работа асинхронного двигателя, работающе­го с производственным механизмом при отклоне­нии напряжения, вызывает суммарный убыток:

где Y₁ - убыток вызванный изменением произ­водительности механизма.

где Пном и П - часовая производительность ра­боты двигателя соответственно с номинальным напряжением и с отклонением от номинального напряжения,

a - стоимость единицы продукции, выпуска­емой данным механизмом,

t - время, за которое определяется убыток. Составляющие суммарного убытка от изме­нения потребления активной У2 и реактивной мощ­ности Y3 асинхронным двигателем.

где Pном, P- потребляемая активная мощность при работе двигателя соответственно с номиналь­ным напряжением и с отклонением от номиналь­ного напряжения;

Q, Qном - то же для реактивной мощности; C₀ - стоимость 1 квт.ч потерянной электро­энергии;

где К_ип - коэффициент изменения потерь кВт/ кВАр.

Убыток от изменения срока службы двигате­ля при отклонениях напряжения равен:

где С_дв - стоимость двигателя

В срок службы двигателя при номинальном напряжении относительный износ изоляции.

где К₃ - коэффициент загрузки двигателя.