Влияние качества напряжения на работу электроприемников

Влияние ПКЭ на работу приемников многопланово и определяется протекающими в них физическими процессами. В настоящей лекции оно рассматривается по характерным группам приемников: асинхронные и синхронные двигатели, трансформаторы, конденсаторные установки, электротермическое оборудование, электросварочные установки, полупроводниковые преобразователи, аппаратура управления и защиты, осветительные приборы, вычислительная техника, бытовые электроприемники и т.д.

Влияние отклонения напряжения на работу электроприемников

Отклонение напряжения в электрических сетях – весьма частое явление. Характер его влияния на те или иные характеристики существенно зависят от вида электроприемников. Изменение на зажимах приемника вызывает изменение его технико-экономических показателей.

Асинхронные двигатели являются наиболее распространенными электроприемниками. При постоянной частоте вращения (или скольжении) вращающий момент двигателя пропорционален квадрату напряжения. Если момент сопротивления на валу не изменяется, то при снижении напряжения несколько уменьшается частота вращения и возрастает сила тока, потребляемого двигателем из сети. Если двигатель работает с недогрузкой, то снижение напряжения в целом благоприятно, так как снижается магнитный поток и, соответственно, реактивная мощность, потребляемая из сети. При номинальном моменте на валу снижение напряжения ведет к перегрузке двигателя, при значительном снижении напряжения возможно остановка двигателя, если момент сопротивления рабочей машины превысит максимальный момент двигателя.

Синхронные двигатели подвержены влиянию отклонения напряжения в меньшей степени, так как их максимальный вращающий момент пропорционален первой степени напряжения и может регулироваться с помощью тока возбуждения.

Лампы накаливания при снижении напряжения заметно снижают светоотдачу, а при повышении напряжения значительно снижается срок службы.

Люминесцентные лампы менее чувствительны к отклонениям напряжения. При повышении напряжения их световой поток увеличивается, а при снижении уменьшается в меньшей степени, чем у ламп накаливания. При снижении напряжения ухудшаются условия зажигания ламп, возникают мигания, вызывающие у людей повышенную утомляемость глаз. Срок службы ламп сокращается при отклонениях напряжения в любую сторону, так как это приводит к усилению процесса распыления оксидного покрытия электродов.

Электрические печи. Технологические последствия изменения сетевого напряжения проявляются в изменении их температурного режима. Снижение напряжения приводит к увеличению длительности технологического процесса, снижению качества и т.д. Например, снижение напряжения питания электродуговых печей на 7% приводит к удлинению процесса плавки в 1,5 раза. Повышение напряжения выше 1,05 U _ном приводит к перерасходу электроэнергии.

Отклонение напряжения неблагоприятно сказывается на работе электросварочных машин,особенно установок автоматической сварки. Для аппаратов ручной сварки это влияние значительно меньше. Снижение напряжения приводит к ухудшению качества швов. Изменение питающего напряжения на ±20% у машин контактной сварки приводит почти к 100% браку. Повышение напряжения приводит к непропорциональному росту реактивной мощности сварочных трансформаторов при холостом ходе вследствие насыщения магнитной цепи.

Влияние колебаний напряжения на работу электроприемников

Наиболее чувствительны к колебаниям напряжения осветительные приборы, вызывающим соответствующие колебания освещенности. Именно этим вызвано включение дозы фликера в показатели качества электроэнергии.

Раздражение глаз, вызываемое колебанием напряжения, зависит от многих факторов и прежде всего – от амплитуды или размаха колебаний освещенности и частоты их повторения. Установлено, что человеческий глаз чувствителен к изменениям яркости и наличию блесткого источника в поле зрения. Наиболее чувствительные для глаза флуктуации яркости находятся в пределах 8…9 Гц. Эти факторы утомляют глаза и организм в целом, снижают производительности труда, и приводят к травматизму.

При глубоких колебаниях напряжения, со снижением напряжения более чем на 15% от номинального, возможно отключение магнитных пускателей и контакторов и включаемых ими электроустановок.

В электроприводах с синхронными двигателями колебания напряжения могут вызвать колебания ротора и привести к выпадению из синхронизма. При этом реактивная мощность, потребляемая электродвигателем, может существенно отличаться от мощности при неизменном напряжении.

Машины контактной сварки. Время сварки находится в пределах от 0,02 до 0,4 с, и колебания напряжения даже малой длительности сказываются на ее качестве.

Электронные вычислительные машины. Колебания питающего напряжения приводят к сбоям в их работе. В отечественной и зарубежной практике в специальных случаях для ЭВМ предусматривают автономные источники питания, например, двигатель – генераторы с маховиками или статические преобразователи.

Колебания напряжения с размахом 10-15% могут привести к выходу из строя конденсаторов и полупроводниковых выпрямительных агрегатов.

Электролизные установки. Колебания напряжения с размахом ±5% вызывают резкое увеличение износа электродов. При больших размахах напряжения срок службы электролизной установки сокращается с 9 до 7 месяцев.

Предприятия по производству химического волокна. Колебания напряжения приводят к колебаниям частоты вращения асинхронных двигателей намоточных устройств, что приводит к обрывам капроновых нитей или к неравномерной толщине. Это влечет брак и недоотпуск продукции.

К колебаниям напряжения весьма чувствительны электроприводы текстильного, бумагоделательного и других производств, к которым предъявляются особенно высокие требования к точности поддержания частоты вращения.

Влияние несимметрии на работу электроприемников.

Несимметрия напряжения отрицательно влияет на работу всех элементов системы электроснабжения: приводит к увеличению потерь, снижению надежности работы электрооборудования и т.п.

Машины переменного тока. Несимметрия питающего напряжения приводит к возникновению дополнительного обратно вращающегося магнитного поля. Это оказывает неблагоприятное воздействие на тепловой режим, как следствие, на срок службы, а также на энергетические характеристики.

АД. Обратно вращающееся магнитное поле, накладываясь на прямо вращающееся приводит к росту индукции в сердечнике по определенным направлениям и увеличению потерь. Токи обратной последовательности в обмотках статора и ротора создают тормозной электромагнитный момент, что приводит к увеличению скольжения и росту тока, потребляемого из сети.

Частота индуктированных в обмотке ротора токов обратной последовательности близка к двойному значению. Из-за явления вытеснения тока сопротивление стержней ротора возрастает. Поскольку на величину тока обратной последовательности оказывает основное влияние индуктивное сопротивление, увеличение сопротивления ведет к росту нагрева самих стержней. В сердечнике ротора из-за увеличения частоты перемагничивания также увеличиваются потери электроэнергии. Общее увеличение потерь энергии в роторе может вызвать опасный перегрев подшипников.

В целом это приводит к общему увеличению потерь в ЭД, снижению КПД, дополнительному нагреву, старению изоляции и сокращению срока службы. У полностью загруженного двигателя, работающего при несимметрии 4%, срок службы сокращается в 2 раза.

Синхронные машины. Обратно вращающееся магнитное поле, создаваемое токами обратной последовательности, также как и в асинхронных двигателях вызывает увеличение потерь в магнитопроводе. В обмотке возбуждения оно индуктирует переменные токи двойной частоты. Это, с одной стороны, приводит к появлению вибраций, обусловленных электромагнитными моментами, пульсирующими с двойной частотой сети. С другой стороны, вызываемые индуктированными токами дополнительные потери энергии могут привести к перегреву обмотки возбуждения.

Конденсаторные установки. При несимметрии напряжений фазы конденсаторной установки неравномерно загружаются реактивной мощностью, пропорциональной квадрату напряжения на фазах. Это делает невозможным полное использование установленной реактивной мощности и может усилить существующую несимметрию.

При несимметрии напряжений возникает также опасность перегрева конденсаторов фаз, на которые действует повышенное напряжение.

Многофазные полупроводниковые преобразователи. Несимметрия трехфазных напряжений приводит к ухудшению работы системы импульсно–фазового управления, и, как следствие, к несимметрии потребляемых токов по фазам и перегрузке вентилей, увеличению пульсаций выпрямленного напряжения, снижению мощности преобразователя и т.п.

Трансформаторы. Несимметрия напряжений приводит к увеличению потерь в магнитопроводе и обмотках, их дополнительному нагреву и сокращению срока службы трансформаторов.

Осветильные установки, подключенные к фазе с более высоким напряжением имеют значительно меньший срок службы по сравнению с установками, подключенными к фазе с меньшим напряжением.

Влияние несинусоидальности напряжения на работу электроприемников.

Несинусоидальность напряжения ухудшает работу силового электрооборудования, микропроцессорной техники, устройств автоматики, телемеханики и связи, вызывает дополнительные потери энергии в элементах системы электроснабжения, сокращает срок службы изоляции электрических машин, аппаратов и кабелей.

Трансформаторы и машины переменного тока. В условиях несинусоидального напряжения в трансформаторах и машинах переменного тока увеличиваются потери энергии в сердечниках и обмотках. В асинхронных машинах возникают паразитные тормозные моменты, в синхронных – вибрации.

Искажение формы кривой напряжения заметно сказывается на изоляции электрических машин и трансформаторов. Увеличиваются потери энергии, и как следствие электрическое и химическое воздействие на диэлектрик. В результате развиваются местные дефекты в изоляции, что приводит к снижению её электрической прочности и, в конечном счете, к сокращению срока службы.

Конденсаторные установки. Наиболее ощутимое влияние высших гармоник оказывает на работу батарей конденсаторов. При несинусоидальном напряжении конденсаторы в ряде случаев выходят из строя в результате вспучиваний и взрывов. Причиной разрушения конденсаторов является перегрузка током из-за возникновения в сети резонансного режима на частоте одной из высших гармоник.

В соответствии с ГОСТ батареи конденсаторов могут длительно эксплуатироваться при перегрузке токами высших гармоник не более, чем на 30%; однако при этом срок их службы сокращается.

Высшие гармоники напряжения вызывают также дополнительные потери энергии в изоляции и обкладках конденсаторов.

При несинусоидальном режиме сети происходит ускорение старения изоляции силовых кабелей. Исследования кабелей работающих при синусоидальном и при уровне высших гармоник в кривой напряжения в пределах 6¸8,5% показали, что токи утечки во втором случае через 2,5 года эксплуатации оказались в среднем на 36%, через 3,5 года - на 43% больше, чем в первом.

Высшие гармоники тока и напряжения влияют на погрешности электроизмерительных приборов. Индукционные счетчики активной и реактивной энергии при несинусоидальных напряжениях и токах имеют довольно большую погрешность, которая может достигать 10%.

Влияние отклонения частоты на работу электроприемников.

Частота тока и напряжения в энергосистеме определяется частотой вращения генератора электростанции. Отклонение частоты преимущественно происходит в сторону снижения.

Как показывают оценки, снижение частоты на 1% приводит к увеличению потерь мощности в сети на 2%.

Частота вращения асинхронных и синхронных двигателей пропорциональна изменению частоты сети, а производительность технологических линий зависит от частоты вращения двигателя. Технологическая составляющая ущерба определяется недовыпуском продукции и стоимостью дополнительного времени работы предприятий для выполнения заданного объема. Согласно экспериментальным оценкам технологическая составляющая ущерба на порядок выше электромагнитной составляющей ущерба, обусловленной увеличением потерь в электрических сетях.

При снижении частоты происходит обратно пропорциональное увеличение магнитного потока и, соответственно, насыщение магнпитопроводов машин переменного тока и трансформаторов. При этом значительно возрастает ток намагничивания.

Дата добавления: 2014-01-11