Показатели качества электроэнергии. (перечислить 7 показателей с краткой характеристикой)

Изменения характеристик напряжения при передаче электрической энергии потребителям подразделяют на две категории – продолжительные изменения и случайные события. Продолжительные изменения характеристик напряжения представляют собой длительные отклонения характеристик напряжения от номинальных значений и обусловлены, в основном, изменениями нагрузки или влиянием нелинейных нагрузок. Случайные события представляют собой внезапные и значительные изменения формы напряжения, приводящие к отклонению его параметров от номинальных значений. Данные изменения напряжения, как правило, вызываются непредсказуемыми событиями (например, КЗ) или внешними воздействиями (например, погодными условиями).

 

1) Отклонение частоты. Для оценки качества электроэнергии по частоте установлен один показатель – отклонение частоты, под которым понимают изменения частоты f (менее одного процента в секунду) относительно ее номинального значения f _ном:

                                  δ f = f − f _ном = f − 50.                             (3.2.84)

Причиной отклонений частоты является нарушении баланса генерируемой и потребляемой активной мощности в электроэнергетической системе.

Отклонение частоты в системах электроснабжения не должно превышать ± 0,2 Гц в течение 95 % времени интервала в одну неделю и ± 0,4 Гц в течение 100 % времени интервала в одну неделю.

2) Отклонения напряжения – это медленные изменения напряжения, обусловленные, как правило, изменениями нагрузок электрической сети. Показателями КЭ, относящимися к медленным изменениям напряжения, являются отрицательное и положительное отклонения текущего значения напряжения U от номинального значения U _ном в точке передачи электрической энергии

3) Колебания напряжения вызываются внезапными достаточно большими изменениями нагрузки потребителей, например, пусковыми токами мощных электродвигателей. Колебания напряжения в сети появляются также при питании мощной нагрузки с повторно-кратковременным режимом работы, например прокатных станов или сварочных агрегатов.

4) Несинусоидальность напряжения характеризуется отличием формы кривой напряжения от синусоидальной формы (рис 3.2.11).

 

Рис. 3.2.11. Несинусоидальность напряжения

 

Появление несинусоидальности связано с наличием в сети нелинейных элементов. Основной вклад в несинусоидальность напря­жения вносят тиристорные преобразователи электрической энергии, получившие широкое распространение в промышленности.

5) Несимметрия напряжений характеризуется отличием напряжения в разных фазах (рис. 3.2.12, а) и обусловлена, как правило, наличием в сети несимметричных (однофазных) нагрузок.

 

                                       а)                                                                 б)

Рис. 3.2.12. Несимметричная система напряж е ний (а) и ее разложение на симметричные составляющие (б)

 

6)   Провалы напряжения (рис. 3.2.13) Провал напряжения, как правило, связан с возникновением КЗ, подключением мощной нагрузки или иной причиной резкого возрастания тока в системе электроснабжения

Провал напряжения рассматривается как электромагнитная помеха, интенсивность которой определяется как величиной перенапряжения, так и длительностью. В трехфазных системах электроснабжения за начало провала напряжения принимают момент, когда напряжение хотя бы в одной из фаз падает ниже 90 % от номинального, за окончание провала напряжения принимают момент, когда напряжение во всех фазах возрастает выше 90 % от номинального напряжения.

 

Рис. 3.2.13. Провал напряжения

 

Длительность провала напряжения (рис. 3.2.13)

                               t _п = t _к – t _н,                                    (3.2.93)

может составлять от 10 мс до 1 мин.

7) Перенапряжение – резкое изменение напряжения в точке элек­трической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня за промежуток време­ни до нескольких миллисекунд (рис. 3.2.14). Причины перенапряжений – коммутации в электрической сети и разряды молнии.

 

Рис. 7.4.

Рис. 3.2.14. Перенапряжение

 

Перенапряжения рассматриваются как электромагнитная помеха, интенсивность которой определяется как величиной перенапряжения, так и его длительностью.

 

26. Способы изменения режима напряжений в распределительной сети. (перечислить способы, краткое описание каждого способа)

 

Режим напряжений в распределительной сети может быть улуч­шен за счет:

- регулирования возбуждения генераторов электростанций;

Регулирование возбуждения генераторов элек­тростанций позволяет изменять напряжение в сети в относи­тельно небольших пределах (не более ±5 % от номинального). Этот способ регулирования применяется для близлежа­щих потребителей, питающихся от шин генераторного напряжения электростанций.

- регулирования коэффи­циентов трансформации силовых трансформаторов;

Изменение коэффициента трансфор­мации под нагрузкой про­изводят при суточном регулировании напряжения на шинах вторичного напряжения подстанции (централизованное регулирование). Изменение ко­эффициента трансформации трансформаторов с ПБВ производят крайне редко, например, при сезонном изменении нагрузки. Диапазон регулирования ПБВ составляет + 2х2,5 %.

 

- применения линейных регуляторов и вольтодобавочных трансформаторов;

- изменения потоков реактивной мощности в сети;

Изменение потоков реактивной мощности в сети осуществляют с помощью установок поперечной компенсации, например, конденсаторных батарей. При этом сеть разгружается от реактивной мощности и улучшается режим напряжения.

- изменения параметров сети.

Изменение параметров сети достигается использованием установок продольной компенсации, т. е. конденсаторов, включаемых в рассечку линии, позволяющих скомпенсировать индуктивное сопротивление сети и за счет этого уменьшить потери напряжения и улучшить режим напряжения.

27. Потребители реактивной мощности. Компенсирующие устройства.

 

Основными потребителями реактивной мощности являются промышленные предприятия различного профиля. Рассмотрим основные виды промышленных ЭП различного тех­нологического назначения.

Электродвигатели переменного тока – основ­ной вид электроприемников в промышленности, на долю которо­го приходится 60-70 % суммарной мощности.

Номинальная реактивная мощность, потребляемая асинхронным двигателем, определяется по его паспортным данным

                           (3.2.101)

где Р _ном, tgj_ном – номинальные активная мощность и коэффициент мощности; h – КПД двигателя. 

При изменении загрузки двигателя или подводимого к нему напряжения потребляемая реактивная мощность изменяется.

Потери реактивной мощности в трансформаторах зависят от их загрузки и достигают при одной трансформации 8...10 % от полной передаваемой мощности.

 

Компенсирующие устойства

В отличие от активной мощности, вырабатываемой на электростанциях, реактивную мощность несложно генерировать в любом узле электрической сети с помощью установки в этом узле компенсирующих устройств (КУ). В качестве этих устройств используются батареи конденсаторов, синхронные компенсаторы, синхронные двигатели и статические источники реактивной мощности.

Конденсаторные батареи выпускаются в виде комплектных устройств, состоящих из параллельно и последовательно включенных конденсаторов, коммутационной и защитной аппаратуры.

При включении фаз C _ф конденсаторной батареи треугольником генерируемая одной фазой реактивная мощность в соответствии с рис. 3.2.15 составляет

Q _кб = UI,                              (3.2.102)

где U, I – линейные напряжение и ток.

При включении фаз С _ф конденсаторной батареи в звезду генерируемая одной фазой реактивная мощность составляет

Q _кб = U _ф I _ф = UI /3,                        (3.2.103)

где U _ф, I _ф – фазные напряжение и ток.

 

Рис. 3.2.15. Схемы включения конденсаторных батарей

 

Поскольку при включении конденсаторной батареи треугольником генерируемая реактивная мощность будет в три раза больше, в большинстве случаев фазы конденсаторной батареи соединяют в треугольник.

Синхронный компенсатор представляет собой синхронный двигатель, работающий на холостом ходу без активной нагрузки на валу. ЭДС компенсатора Е _q определяется величиной тока возбуждения. В режиме перевозбуждения (E _q > U) синхронный компенсатор выдает в сеть реактивную мощность, в режиме недовозбуждения (E _q < U) – потребляет реактивную мощность из сети.

Синхронный двигатель потребляет из сети активную мощность. Как и синхронный компенсатор, синхронный двигатель в зависимости от режима возбуждения выдает (E _q > U) или потребляет (E _q < U) реактивную мощность.

Батареи статических конденсаторов являются самыми дешевыми из всех компенсирующих устройств, просты в эксплуатации, имеют малые потери активной мощности (0,0025...0,005 кВт/квар). Однако конденсаторы имеют зависимость выработки реактивной мощности от величины напряжения U в точке подключения, допускают лишь ступенчатое регулирование реактивной мощности, чувствительны к перегрузке, перенапряжениям и высшим гармоникам.

Синхронные компенсаторы и двигатели за счет регулирования тока возбуждения имеют возможность плавного регулирования реактивной мощности, возможность работы в режиме, как выдачи, так и потребления реактивной мощности и возможность увеличения генерации реактивной мощности при снижении напряжения в узле подключения.

В качестве компенсирующих устройств на промышленных предприятиях обычно используют конденсаторные установки на напряжение 0,4 и 6-10 кВ и синхронные двигатели на напряжение 6-10 кВ.

 

28. Типы подстанций 5УР. (тупиковая, ответвительная, проходная, узловая, определение и поясняющий рисунок)

Тупиковая подстанция (ПС1) получает питание с одной стороны по одной или двум параллельным линиям.

Ответвительная подстанция (ПС2) присоединяется отпайкой к проходящей линии.

Проходная (транзитная) подстанция (ПС3 и ПС4) включается в рассечку двух линий с односторонним питанием или в рассечку одной линии с двухсторонним питанием. Такие ПС более дорогие, чем ответвительные, так как требуют большего количества коммутационных аппаратов на высшем напряжении.

Узловая подстанция (ПС5) присоединяется к центрам питания не менее чем тремя линиями. Для таких ПС требуются более сложные схемы электрических соединений на высшем напряжении, чем у тупиковых, ответвительных и проходных ПС.

ЦП – центр питания.

29. Виды схем электрических соединений подстанций ГПП и ПГВ-35…220 кВ. (перечислить, указать на каких типах подстанций 5УР применяются)

Блочные схемы, выполненные блоком линия-трансформатор с разъединителем или выключателем, применяются, главным образом, для тупиковых и ответвительных подстанций.

В схеме (а) при повреждении в трансформаторе предусматривается передача отключающего импульса на головной выключатель. В схеме (б) выключатель установлен
в РУВН.

Для двухтрансформаторных подстанций используются два блока, не связанные между собой, или два блока, связанные между собой ремонтной перемычкой из двух разъединителей (схема (в)). Перемычка позволяет осуществлять питание потребителей через два трансформатора при ремонте или повреждении одной из линий.

Упрощенные схемы с рабочими и ремонтными перемычками применяются на тупиковых, ответвительных и проходных подстанциях.

На проходных подстанциях рабочая перемычка нормально замкнута, поскольку через нее осуществляется транзит мощности.

Ремонтная перемычка на проходных подстанциях включается для транзита мощности через подстанцию при ремонте рабочей перемычки.

На тупиковых и ответвительных подстанциях рабочая перемычка с выключателем нормально разомкнута, а ремонтная перемычка может отсутствовать.

В схеме (г), применяемой на тупиковых и ответвительных ПС:

q при повреждении одной из линий автоматически отключается выключатель со стороны поврежденной линии и включается выключатель в рабочей перемычке, оба трансформатора остаются в работе, а потребители получают питание по одной линии.

q При повреждении одного из трансформаторов автоматически отключается выключатель со стороны поврежденного трансформатора. Потребители будут получать питание по одной линии через один трансформатор.

В схеме (д), применяемой на тупиковых и ответвительных ПС:

q при повреждении одной из линий автоматически отключается выключатель со стороны поврежденной линии. Потребители будут получать питание по одной линии через один трансформатор. Включение в работу второго трансформатора может быть осуществлено оперативными переключениями через ремонтную перемычку.

q При повреждении одного из трансформаторов автоматически отключается выключатель со стороны поврежденного трансформатора. Потребители будут получать питание по одной линии через один трансформатор.

В схеме (г), применяемой на проходных (транзитных) ПС:

q при повреждении одной из линий автоматически отключается выключатель со стороны поврежденной линии. Потребители будут получать питание по другой линии, но через два трансформатора, поскольку выключатель в рабочей перемычке остается включенным. Транзит мощности через ПС прерывается.

q При повреждении одного из трансформаторов автоматически отключается выключатель со стороны поврежденного трансформатора и выключатель в рабочей перемычке. Потребители будут получать питание по одной линии через один трансформатор. Транзит мощности через ПС автоматически прерывается, но может быть восстановлен оперативными переключениями через рабочую перемычку.

В схеме (д), применяемой на проходных (транзитных) ПС:

q при повреждении одной из линий автоматически отключается выключатель со стороны поврежденной линии и выключатель в рабочей перемычке. Потребители будут получать питание по одной линии через один трансформатор. Транзит мощности через ПС прерывается.

q При повреждении одного из трансформаторов автоматически отключается выключатель со стороны поврежденного трансформатора. Потребители будут получать питание через один трансформатор. Транзит мощности через ПС сохраняется, поскольку выключатель в рабочей перемычке остается включенным.

Схема четырехугольника (схема (е))является наиболее распространенной из схем многоугольников и применяется при четырех присоединениях (две линии и два трансформатора).

Схема четырехугольника обладает более высокой надежностью, чем упрощенные схемы ((г) и (д)), так как авария в линии или трансформаторе приводит к отключению только поврежденного элемента.

При аварийном или плановом отключении одной из линий трансформаторы будут получать питание по второй линии.

При аварийном или плановом отключении одного из трансформаторов транзит мощности через ПС сохраняется.

Схема четырехугольника применяется, как правило, для напряжений 220 кВ при мощности трансформаторов 125 МВ*А и выше.

Схема с одной рабочей секционированной системой сборных шин (схема (ж)) используется, как правило, для напряжения 35 кВ (высшего, среднего и низшего) при пяти и более присоединениях (два трансформатора, три и более отходящих линии).

Допускается применять эту схему для РУ 110-220 кВ при использовании высоконадежного оборудования.

Если схема используется в транзитной ПС, выключатель QB включен.

Схема имеет ряд существенных недостатков:

q ремонт одной секции сборных шин (или любого шинного разъединителя) связан с отключением всех линий, подключенных к этой секции;

q повреждение на секции сборных шин приводит к отключению всех линий, отходящих от этой секции;

q ремонт любого выключателя (кроме секционного) связан с отключением соответствующего присоединения.

Схема с одной секционированной и обходной системами шин (схема (з)) с обходным Q1 и секционным QB выключателями применяется для РУ 110-220 кВ при количестве присоединяемых линий более трех.

В нормальном режиме секционный выключатель QB и шиносоединительный (обходной) выключатель Q1 отключены. Все разъединители QS линий и трансформаторов со стороны обходной системы шин (ОСШ) отключены.

В нормальном режиме ОСШ находится без напряжения.

Схема с ОСШ является более надежной, чем предыдущие, поскольку позволяет проводить ремонт любого выключателя Q (линии, трансформатора) без отключения соответствующего присоединения.

Однако схема дорогая и применение ее для ГПП требует отдельного Технико-экономического обоснования (ТЭО).

30. Основные конфигурации схем электроснабженияна напряжении 6-10 кВ. (перечислить, дать краткое описание каждой схемы)

Радиальные схемы применяются, когда потребители расположены в разных направлениях от ЦП. Эти схемы могут быть одноступенчатыми и двухступенчатыми. При наличии потребителей первой и второй категорий надежности их питание должно выполняться по двум линиям. Возможно питание по одной линии при наличии перемычек на низком напряжении между соседними ТП.

Вся коммутационная аппаратура устанавливается на РП (ГПП), а на питаемых от них ТП предусматривается, как правило, глухое присоединение трансформаторов.

Схема обладает большой гибкостью и удобствами в эксплуатации.

Магистральные схемы применяются при линейном размещении потребителей относительно ЦП. Достоинства – меньшее число силовых выключателей. Недостатки – более сложные схемы коммутации при присоединении ТП и одновременное отключение нескольких потребителей при повреждении одного участка магистрали.

Число трансформаторов, подключаемых к одной магистрали не превышает 2-3 при мощности трансформаторов 1000-2500 кВА и 4-5 при мощности 250-630 кВА.

Магистрали выполняются одиночными, двойными, с односторонним и двухсторонним питанием.

При двухстороннем питании одиночной магистрали производится деление магистрали на два участка примерно по середине на одной из промежуточных ТП.

Смешанные схемы, сочетающие принципы радиальных и магистральных схем получили наибольшее распространение на крупных объектах.

Петлевая схема получила распространение в городских электрических сетях. В нормальном режиме петля разомкнута разъединителем Р-1 и каждая магистраль питается от РП независимо.

При повреждении на каком-либо участке отключается головной выключатель В и прекращается питание всех потребителей магистрали. После отключения оперативным персоналом поврежденного участка включают разъединитель Р-1 и питание всех потребителей восстанавливается.

Число трансформаторов петлевой сети 5-6.

Петлевая схема может присоединяться выключателями В к двум разным РП, такая схема обычно называется кольцевой.

31. Выбор трансформаторов цеховых ТП-10/0,4 кВ (что определяют при выборе, чем руководствуются)

При выборе трансформаторов 3УР определяют их:

q количество,

q тип,

q единичную номинальную мощность,

q место размещения,

q способ присоединения со стороны высокого и низкого напряжения,

q схемы и группы соединения обмоток.

Выбор числа и мощности трансформаторов для промышленных предприятий зависит от типа цеховых ТП (одно- или двух трансформаторные). Наиболее простое и дешевое решение – применение комплектных однотрансформаторных цеховых КТП. На предприятиях, имеющих складской резерв трансформаторов, их можно использовать для питания электроприемников III и даже II категории.

При наружной установке применяют масляные трансформаторы, для внутренней установки также преимущественно рекомендуется их использование. Сухие трансформаторы применяются в электроустановках, где требуется экологическая и пожарная безопасность.

Ориентировочно выбор единичной мощности трансформаторов цеховых ТП может производиться по удельной плотности нагрузки (кВА/м2) и полной расчетной нагрузке объекта (кВА).

Если расчетная на­грузка цеха более 3000-4000 кВА, то:

q при удельной плотности нагрузки 0,2-0,5 кВА/м² целесообразно применять транс­форматоры мощностью 1600 кВА;

q при плотности более 0,5 кВА/м² – трансформаторы 2500 кВА,

q при плотности ниже 0,2 кВА/м² – трансформаторы 630-1000 кВА.

Число типоразмеров трансфор­маторов во всех цехах промышленного предприятия следует ограничить до двух-трех.

При выбранном типе и единичной мощности трансформаторов число их в целом по предприятию зависит от степени компенсации реактивной мощности в сетях напряжением до 1 кВ и коэффициента загрузки k_з, значение которого для двухтрансформаторных подстанций (при преобладании нагрузок второй категории) следует принять 

k_з = 0,7…0,8.

Число трансформаторов:

q при практически полной компенсации реактивной мощности в сети напряжением до 1 кВ (N_min),

q при отсутствии компенсации в сети напряжением до 1 кВ (N_mах),

определяется следующим образом:

Полученные величины N_min и N_mах должны быть округлены до ближайшего большего целого числа.

Далее необходимо провести сравнение вариантов числа трансформаторов от N_{mi n} до N_mах при использовании мощности компенсирующих устройств.

 

32. Режимы работы электроприемников. (длительный, кратковременный, ПКР)

Длительный – режим работы, при котором потребитель работает длительно, а потребляемый им ток не вызывает нагрева потребителя, а также кабельных (шинных) линий и прочих устройств входящих в систему электроснабжения более, чем предусматривает ГОСТ. В таком режиме работает большинство электрических машин (тяговый электропривод магистральных электровозов и тепловозов, вентиляторы, насосы, освещение цехов и улиц (в ночное время) и прочее). Также в длительном режиме но с кратковременной паузой работают электропривода дерево- и металлообрабатывающих станков, прессов и наковален.