Методы расчёта несимметричных режимов работы предприятия.

Несимметричный режим в трехфазной системе имеет место, если нарушается хотя бы одно из условий симметрии фазных ЭДС источника — и равенства сопротивлений фаз приемника Z_A = Z_B = Z_C.

Рис. 10.4

При соединении фаз приемника звездой и наличии нейтрального провода (рис. 10.4) в общем случае несимметричного режима ток в нейтральном проводе I ₀ отличен от нуля и существует напряжение между нейтралями приемника и источника U _0'0. В связи с этим расчет токов нельзя проводить изолированно по фазам, как в симметричном режиме.

Для расчета рассматриваемой цепи удобнее всего воспользоваться методом узловых напряжений, так как в схеме содержатся всего лишь два узла. Для единственного узлового напряжения имеем уравнение

,

из которого непосредственно находим напряжение между нейтральными точками:

.

Для токов в цепи найдем далее и аналогично для и , а . Отсюда следует, что токи во всех трех фазах несимметричной системы взаимозависимы, т. е. изменение сопротивления одной из фаз ведет к изменению тока и в остальных фазах, так как при этом изменяется напряжение U _0'0.

Полученная формула относится также и к цепи с изолированной нейтралью, для перехода к которой следует положить лишь Y ₀ = 0. Фазные токи в этом случае определяют по тем же формулам, что и выше.

Значения тока в несимметричной нагрузке, соединенной треугольником (см. рис. 10.3), при заданных фазных ЭДС можно рассчитывать с помощью преобразования треугольника Z_AB, Z_BC, Z_CA в звезду, сопротивления фаз которой выражаются формулами:

В результате задача расчета цепи сводится к только что рассмотренной. Такое преобразование позволяет одновременно учесть и сопротивления линейных проводов Z_{A '}, Z_{B '}, Z_{C '} (см. рис. 10.3), которые после преобразования оказываются включенными последовательно с фазами образовавшейся звезды Z_A, Z_B, Z_C, изображенной на рис. 10.3 штриховыми линиями.

По этой же общей схеме рассматривают и случай, когда в несимметричной системе заданы линейные ЭДС , и . При этом для схемы соединения звездой с изолированной нейтралью (см. рис. 10.4 при Y ₀ = 0) в качестве опорного узла 0' для вычисления напряжения фазы С приемника возьмем, например, вывод С генератора. В результате получим непосредственно

Аналогично, осуществляя круговую перестановку индексов, запишем:

Токи в фазах получим, умножая фазные напряжения на соответствующие проводимости Y_A, _B, _C.

При наличии нескольких несимметричных нагрузок с различным способом соединения фаз следует воспользоваться последовательным преобразованием звезды в треугольник и обратно и эквивалентными преобразованиями параллельно или последовательно соединенных участков.

 

Отклонение частоты.

Отклонение частоты напряжения переменного тока в электрических сетях характеризуется показателем отклонения частоты, для которого установлены следующие нормы:

- нормально допустимое и предельно допустимое значения отклонения частоты равны ±0,2 и ±0,4 Гц соответственно.

Частота тока и напряжение в энергосистеме (ЭС) определяется частотой вращения генератора электростанции. Величина частоты стабильна и равна 50 Гц. Для того, чтобы частота поддерживалась на допустмом уровне, необходим резерв мощности в системе.

В момент времени Тmax потребляется максимальная мощность Pmax (рисунок 1) и может возникнуть дефицит мощности в системе, в результате чего частота падает.

Рисунок 1 – Суточный график нагрузки энергосистемы по активной мощности

Для того чтобы пополнить дефицит мощности в СЭС, необходимо иметь резрв мощности в системе или отключить часть потребителей.

Статистика показывает, что 10% мощности промышленных предприятий могут быть обесточены без ущерба для предприятия, до 30% электроприемников (ЭП) можно отключить без нарушения основного технологического процесса. Поэтому при возникновении дефицита мощности ПП позволяют отключать не более 10%.

Наиболее распространенными электроприемниками на промышленных предприятиях являются АД (65%). Учитывая это, проанализируем, как изменение нагрузки потребителей влияет на частоту сети. Предварительно рассмотрим статическую характеристику узла нагрузки, к которому подключены АД.

Рисунок 2 – Статическая характеристика узла нагрузки по частоте.

К статическим характеристикам относятся зависимости мощности, производительности механизмов и т.д. от частоты и напряжения в сети (U, f). На рисунке 2 представлена статическая характеристика по частоте узла нагрузки.

       Если частота сети падает от fном до f1, то активная мощность Р снижается до значения Р1, а реактивная Q возрастает до Q1.

       В результате того, что увеличение потребления реактивной мощности Q больше, чем снижение потребления активной мощности Р, возрастают и перетоки Q, при этом полная мощность S растет, следовательно, растет ток, а потери мощности увеличиваются, что приводит, в свою очередь, к дополнительному росту нагрузки и требует еще большей выработки мощности в энергосистеме.

       Изменение нагрузки может быть не только длительным, но и небольшим, кратковременным. При малых изменениях требуется небольшой резерв мощности, поэтому его можно покрыть за счет внутренних резервов, используя автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) на ЭС.

       Более опасным является режим, при котором мощность в СЭС возрасает значительно и в течение болшого промежутка времени.

       При этом можно применить автоматическое регулирование частоты на всех ЭС. Если этот путь исчерпан, то приходится прибегать к отключению части потребителей с использованием автоматической частотной разгрузки, которая предусматривает отключение электрориемников.

 

 

Импульсные напряжения.

Импульс напряжения – это резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначально или близкого к нему уровня за промежуток времени до нескольких миллисекунд (т.е меньше полупериода). Рис1

Рисунок 1 – Параметры импульсного напряжения

Причины появления: Искажение формы кривой питающего напряжения может происходить за счет появления высокочастотных импульсов при ударе молнии на объекты и близко расположенные сооружения, а также коммутации различного оборудования (двиг, КБ, транс, ВЛ и КЛ). Поэтому защита от перенапряжений, связанных с атмосферным электричеством, также колебаниями электромагнитной энергии, запасенной в реактивных элементах или поступающей от внешних источников, имеет важное значение для обеспечения надежной работы элементов сети.

Импульсное напряжение характеризуют следующие величины:

- амплитуда импульса Uимп – максимальное мгновенное значение импульса напряжения.

- длительность импульса – интервал времени между начальным моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгновенного значения напряжения до первоначального или близкого к нему уровня; часто длительность импульса оценивается по уровню 0,5 его амплитуды tимп0,5.

Ипульсное напряжение Uимп в вольтах, киловольтах (рис1) измеряют как максимальное значение напряжения при резком его изменении.

Основной способ защиты – от импульсных напряжений является использование ограничителей перенапряжения на основе металлооксидных соединений.

U ном, кВ	0,38	3	6	10	20	35	110	220
Коммутац импул напр, кВ	4,5	15,5	27	43	85,5	148	363	705

Грозовые перенапряжения: Существует 3 формы импульсов

для точек а, в, г, д

для точек з, з', и

для точек б, е, ж

 

Временные перенапряжения.

Временное перенапряжение – это повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1 Uном продолжительностью более 10 мс, возникающее в системах электроснабжения при коммутациях при коротких замыканиях.

Временное перенапряжение характеризуется коэффициентом временного перенапряжения КперU.

Коэффициент временного перенапряжения КперU – величина, равная отношению максимального значения огибающей амплитудных значений напряжения за время существования временного перенапряжения к амплитуде номинально напряжения сети.

Измерение коэффициента временного перенапряжения КперU в относительных единицах осуществляется след образом:

Измеряют амплитудные значения напряжения Uа в вольах, кВ на каждом полупериоде основной частоты при резком превышении уровня напряжения, равного  .

Определяют максимальное из измеренных в сооветствии с 1) амплитудных значений напряжения Uа max.

С целью исключения влияния коммутационного импульса на значение коэффициента временного перенапряжения определение Uа max осуществляют через 0,04 с от момента превышения напряжением уровня, равного .

Вычисляют коэффициент временного перенапряжения по формуле

Длительность временного перенапряжения в секундах определяется след образом:

Фиксируют момент времени превышения действующим значение напряжения уровня, равного , и момент времени спада напряжения до уровня .

Вычисляют  в секундах по формуле

Нормы ГОСТ

Длительность временного перенапряжения , с	До 1	До 20	До 60
Коэффициент временного перенапряжения	1,47	1,31	1,15

 

 

ПРОВАЛ НАПРЯЖЕНИЯ

Провал напряжения – это внезапное понижение напряжения в точке электрической сети ниже 0,9Uном, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд. Провалы характеризуются

длительнодлительностью, глубиной и частотой. Однако ГОСТ нормирует только длительность провала: электрических сетях напряжением до 20 кВ включительно, она не должна превышать 30 с. Длительность автоматически устраняемого провала напряжения в любой точке присоединения к эл. сетям определяется выдержками времени РЗиА.

Причина пПричина провала напряжения – перегруз сети, включение больших нагрузок, короткие замыкания в электрических сетях.

ПоследствПоследствия провала напряжения – отключение оборудования, выход из строя оборудования, нарушения технологических процессов.

Для минимизации потерь от провалов напряжения при наличии в качестве потребителей в основном синхронных и асинхронных двигателей достаточно традиционных мер в виде секционирования шин источников питания, применения быстродействующих защит, устройств АПВ и АВР, грозозащиты линий 110 кВ и профилактических мер с целью избегания коротких замыканий в сети. Кроме того, установлено, что величина провалов напряжения зависит от мощности короткого замыкания на данном участке. Поэтому при проектировании сетей и ограничении токов короткого замыкания следует учитывать этот факт и стремиться найти оптимальное значение токов КЗ, которое обеспечит приемлемые габариты электрооборудования и вместе с тем достаточную мощность КЗ для ограничения провалов напряжения.