Показатели качества электроэнергии

S_пт/S_к.(5.10)

На рис. 5.11 показано соотношение между измеренными максимальными значениями P_st и соответствующими значениями S_пт/S_к, %.

 

Рисунок 5.11- Зависимость P_St от отношения S_пт /S_к

 

Эти величины получены в результате измерений, проведенных  с помощью фликерметра типа UTE/IEC на десяти независимых некомпенсированных ДСП. Полученный коэффициент k_st находился в интервале 48–85 при среднем значении 60.

Доза фликера большой длительности, вызываемого компенсированными  ДСП, определяется с помощью выражения

P_lt = k_lt S_пт/S_к.                                  (5.11)

При оценке P_lt необходимо учитывать следующие три взаимозависимых условия:

а) S_пт соответствует мощности эксплуатационного КЗ ДСП, которое имеет место, когда электроды ДСП полностью опущены;

б) мощность КЗ сети S_к в точке общего подсоединения должна выбираться по минимальному значению, которое могло бы иметь место в течение длительных промежутков времени в году;

в) k_lt – коэффициент, значение которого изменяется в зависимости от нескольких факторов (типа печи, вида загрузки, особенности работы). Опыт показывает, что этот коэффициент находится в пределах 35–50. Меньшее значение обычно относится к ДСП, работающим при стабильных дугах, а большее значение – к печам, работающим с высокими коэффициентами мощности при длинных и, возможно, менее стабильных дугах. Среднее значение коэффициента, при определении его из рис. 5.9, равняется 0,66 × 60 » 40.

Для иллюстрации влияния коэффициентов k_st на интенсивность P_st большой длительности примем мощность печного трансформатора ДСП равной 40 МВ^.А и мощность КЗ сети равной 2000 МВ^.А. Два крайних значения коэффициента будут влиять на ДФ следующим образом:

P_{st max} = 48 × 40 / 2000 = 0,96;

P_{st max} = 85 × 40 / 2000 = 1,7;

P_lt  = 35 × 40 / 2000 = 0,7;

P_lt  = 50 × 40 / 2000 = 1,0.

 

 

 

 

6.Влияние отклонений напряжения на работу электроприемников и технологических установок

 

Отклонения напряжения. Асинхронные и синхронные электродвигатели. При наличии ОН на зажимах асинхронного двигателя (АД) изменяются частота вращения ротора, а также значения активных потерь и потребляемой реактивной мощности (РМ). Это приводит к изменению экономических показателей, характеризующих работу электродвигателя. По сравнению с режимом номинального напряжения приведенные затраты изменяются на величину

,

где и – приращения  потребляемой РМ и активных потерь по сравнению со значениями этих величин при номинальном напряжении; и – приращение потребляемой активной мощности и ущерб, связанные с изменением частоты вращения; – стоимость 1 кВт ч электроэнергии; – дополнительные затраты, обусловленные изменением срока службы изоляции; к– удельная стоимость РМ источника.

Рассмотрим  составляющие функции  . Потери активной мощности в полностью загруженных двигателях, работающих с постоянным моментом сопротивления, возрастают при снижении напряжения вследствие увеличения тока, потребляемого из сети; при повышении напряжения эти потери уменьшаются. При малых загрузках электродвигателей характер зависимости изменяется (рис. 1.7).

Изменения активных потерь в АД при ОН в пределах  
5–10 % невелики (не более 0,03 ); однако они оказываются того же порядка, что и потери в питающих сетях.

Характерные графики изменения потребляемой РМ представлены на рис. 6.2.

На практике считают, что  для АД серии А мощностью  
20–100 кВт в диапазоне допустимых ОН изменение напряжения на 1 % влечет за собой изменение потребляемой РМ  на 3 %. Увеличение потребляемой РМ с ростом напряжения объясняется повышенным расходом ее на намагничивание стали машин.

Характер  графиков изменения частоты вращения электродвигателей в зависимости  от ОН аналогичен приведенным на рис. 1.7. Эта аналогия объясняется тем, что при положительных (отрицательных) ОН усиливается (ослабляется) электромагнитная связь между полями статора и  ротора, что приводит к уменьшению (увеличению) скольжения и увеличению (уменьшению) частоты вращения ротора. Для механизмов с вентиляторным  моментом сопротивления, пропорциональным квадрату частоты вращения, изменение  частоты сопровождается изменением производительности.

Отклонения  напряжения влияют на значение потерь в электродвигателях, поэтому тепловой износ изоляции зависит от ОН и  загрузки электродвигателя. При положительных  ОН срок службы изоляции по сравнению со значением при номинальных значениях напряжения и нагрузки изменяется обратно пропорционально квадрату коэффициента загрузки т:

.

Очевидно  при т < 1 тепловой износ изоляции уменьшается.

 

Рис. 6.1- Зависимость потерь активной мощности в АД от ОН при различных коэффициентах загрузки kз		Рис. 6.2- Зависимость изменения РМ, потребляемой АД, от ОН при различных коэффициентах загрузки kз

 

При отрицательных ОН срок службы изоляции сокращается и определяется уравнением

.

Если ОН находятся  в нормированных пределах, то полагают .

Влияние отдельных  составляющих функции  на ее значение оказывается противоречивым, поэтому для сетей различного назначения с преимущественно асинхронной нагрузкой не может быть указан оптимальный уровень напряжения без проведения специальных расчетов. Если производительность механизмов не зависит от уровня напряжения, рекомендуется поддерживать на шинах электродвигателей номинальное напряжение при их полной загрузке, а при загрузке на 50–75 % – несколько пониженное [11]. Эти рекомендации могут быть распространены на двигатели рольгангов прокатных цехов, нерегулируемых поточно-транспортных систем, станочного оборудования и другие двигатели, которые подключаются, как правило, к электрическим сетям с БК поперечно-емкостной компенсации. В энергетических цехах, на насосных станциях, оборудованных АД, изменение напряжения сказывается на производительности агрегата. В этом случае целесообразно поддерживать номинальное напряжение при малых и средних нагрузках электродвигателей и повышенное, вплоть до ПДЗ, при номинальной загрузке.

Рассмотрим  влияние ОН на режимы работы синхронных двигателей (СД). Максимальный электромагнитный момент СД в широко распространенных схемах с вентильными и электромашинными возбудителями при неизменном токе возбуждения изменяется пропорционально  напряжению. Это вызывает соответствующее  изменение запаса статической устойчивости двигателя. При наличии ОН в сети изменяется располагаемая РМ, определяемая тепловой нагрузкой СД: при повышении  напряжения снижается вследствие увеличения насыщения магнитопровода машины и  потерь в стали, при понижении  до 80 % номинального – увеличивается  для СД с высокими значениями отношения  короткого замыкания (ОКЗ) (примерно 1,25 и выше) и небольшой нагрузкой  на валу. Для СД с ОКЗ = 1,25 снижение напряжения вызывает уменьшение располагаемой  РМ.

Потери активной мощности в СД увеличиваются с  возрастанием напряжения в сети и  загрузки СД по РМ. Для их оценки может  использоваться выражение 

,

где и – генерируемая РМ и ее номинальное значение.

Постоянные  коэффициенты и определяются техническими параметрами конкретной машины.

Вентильные преобразователи (ВП). В современном производстве в большинстве случаев применяются управляемые ВП, коммутируемые по трехфазной мостовой схеме.

В управляемых  ВП, применяемых главным образом  в электротехнологических процессах, используются либо тиристоры с системой импульсно-фазового управления (СИФУ), либо кремниевые диоды. В ряде технологических  процессов цветной металлургии (например, при электролизе) система авторегулирования  преобразователя должна обеспечить постоянство выпрямленного тока. Соблюдение этого требования при  ОН сети приводит к изменению коэффициента мощности преобразователя l:

,

где – угол сдвига по фазе между первыми гармониками сетевого напряжения и тока; – коэффициент искажения, равный отношению действующего значения ВГ сетевого тока и первой гармоники.

Для управляемых  ВП в первом приближении можно  принять j₁ » a, где a – угол управления ВП.

При повышении  напряжения в сети система авторегулирования  тока обеспечивает увеличение угла a, вследствие чего коэффициент мощности ВП уменьшается. Так, при повышении напряжения на 5 % значение l снижается на 5–7 %, и потребление РМ увеличивается. Понижение напряжения влечет за собой возрастание значения l, при этом несколько увеличивается ток, проходящий через трансформатор ВП, и потери в нем, однако в целом работа преобразовательного агрегата становится более экономичной.

При регулировании напряжения ВП с  помощью СИФУ, а также специального автотрансформатора или регулируемого  под нагрузкой трансформатора ВП экономические показатели агрегата заметно улучшаются. При поддержании  постоянства выпрямленного тока влияние ОН на технологический процесс  не обнаруживается.

В электролизных  цехах с неуправляемыми ВП при  отсутствии регулирования напряжения (хлорные станции целлюлозно-бумажных комбинатов, некоторые химические предприятия) наблюдаются снижение производительности и повышение расхода ЭЭ.

Электротермические  установки. Дуговые сталеплавильные печи (ДСП), рудно-термические печи, индукционные плавильные печи, печи сопротивления и различные электронагревательные установки широко используются в различных отраслях промышленности. Как правило, ОН приводят к снижению производительности печей [6]. Так, при отжиге заготовок в печах сопротивления в случае снижения напряжения технологический процесс продолжается дольше; при снижении напряжения на 10 % процесс отжига производить невозможно. Удлинение процесса приводит к увеличению длительности последующих технологических циклов, повышению расхода ЭЭ и как следствие к увеличению себестоимости продукции.

Влияние ОН на снижение производительности электротермических установок можно проследить по графику  зависимости производительности П  и удельного расхода электроэнергии W_уд от полезного напряжения U_пол,ф, построенному для ферросплавной дуговой электропечи мощностью 16500 кВ^.А (рис. 6.3).

Как видно  из рис. 1.9, минимальный удельный расход электроэнергии W_уд имеет место при напряжении 65 В, а максимальная  производительность – при напряжении  70 В.  Отклонение напряжения в ту или иную сторону вызывает увеличение расхода ЭЭ и снижение производительности установки П_у.

Производительность  электротермических установок П_у во многих случаях имеет квадратичную зависимость от уровня напряжения:

,

где – коэффициент, зависящий от параметров электрооборудования и выпускаемой продукции и некоторых особенностей технологии.

 

 

Рисунок 6.3 - График зависимости производительности и удельного расхода электроэнергии от полезного напряжения

 

Отклонения  напряжения существенно сказываются  на работе ДСП. Связь между производительностью  печи П и отклонением напряжения для периода расплавления представляется в виде

,

где – производительность печи при номинальном напряжении.

Так, для печи ДСП-100 снижение напряжения на 5 % в период расплавления скрапа привело к снижению производительности на 10 % и увеличению периода расплавления на  
16 мин.

Осветительные электроприемники. Качество работы осветительных электроприемников существенно влияет на производственный процесс. Увеличение освещенности рабочего места на 10 % приводит к увеличению производительности труда в отдельных отраслях производства до 14 % [12]. Качество освещения существенно сказывается на выполнении работ, связанных с использованием ручного труда, в особенности при выполнении точных операций. Недостаточная освещенность приводит к снижению производительности труда, повышенной утомляемости, увеличению производственного травматизма и брака.

Как известно, при повышении напряжения срок службы светильников сокращается: так, при  = 10 % срок службы ламп уменьшается в 3 раза.

 

Лекция 7

Влияние несимметрии и колебаний напряжения на работу электроприемников и технологических установок

 

Несимметрия напряжения в электрических сетях предприятий обусловлена наличием мощных однофазных нагрузок (индукционных плавильных и нагревательных печей, сварочных агрегатов, печей электрошлакового переплава), а также трехфазных, длительно работающих в несимметричном режиме (например, ДСП). Трехфазная система напряжений может быть несимметричной при питании сети предприятия от тяговой подстанции переменного тока.

При несимметрии напряжений в трехфазных сетях появляются дополнительные потери в элементах электросетей, сокращается  срок службы ламп и электрооборудования  и снижаются экономические показатели его работы.