Негативний вплив на силове електрообладнання та вимірювальні прилади надають тривалі спотворення кривої напруги, особливо спотворення напруги, що мають характер «зазубрин», викликані комутацією силових тиристорів і діодів в потужних джерелах спотворення. Найбільш небезпечними є спотворення кривої напруги вання через нуль. Ці спотворення можуть викликати додаткові комутації діодів малопотужних джерел живлення, прискорення старіння конденсаторів, збій комп'ютерів і принтерів та іншої апаратури.
Проблема якості в вітчизняних електричних мережах дуже специфічна. В усіх промислово розвинених країнах підключення потужних нелінійних навантажень, які деформують форму кривих струму і напруги електричної мережі, допускається тільки при дотриманні вимог щодо забезпечення якості електроенергії та при наявності відповідних коригуючих пристроїв. При цьому сумарна потужність знову вводиться нелінійного навантаження не повинна перевищувати 3. 5% від потужності всієї навантаження енергокомпанії. Інша картина спостерігається в нашій країні, де такі споживачі підключаються досить хаотично.
Видача технічних умов на приєднання багато в чому формальна через відсутність чітких методик і масових сертифікованих приладів, які фіксують «хто винен». При цьому промисловістю практично не випускалися необхідні фільтрокомпенсуючі, симетрувальні, багатофункціональні оптимізують пристрої та ін.
В результаті електричні мережі Росії виявилися перенасиченим викривляє обладнанням. В окремих регіонах сформувалися унікальні за своєю потужністю і ступеня спотворення кривих струму і напруги комплекси електричних мереж енергосистем і розподільних мереж споживачів, що істотно загострило проблему електропостачання споживачів якісною електроенергією.
Існують три основні групи методів підвищення якості електроенергії.
1) раціоналізація електропостачання, яка полягає, зокрема, в підвищенні потужності мережі, в харчуванні нелінійних споживачів підвищеним напругою;
2) поліпшення структури 1УР, наприклад забезпечення номінальної завантаження двигунів, використання багатофазних схем випрямлення, включення до складу споживача коригувальних пристроїв;
3) використання пристроїв корекції якості - регуляторів одного або декількох показників якості електроенергії або пов'язаних з ними параметрів споживаної потужності.
Економічно найбільш кращою є третя група, так як зміна структури мережі і споживачів веде до значних витрат. Проектування же нових мереж споживачів необхідно вести з урахуванням сучасних вимог до якості, орієнтуючись на розробку регуляторів якості електроенергії різних типів. Цілеспрямований вплив на зміну одного виду спотворень викликає непрямий вплив на інші види спотворень. Наприклад, компенсація коливань напруги викликає зниження рівнів гармонік і призводить до зміни відхилень напруги.
Відхилення напруги є повільними і викликаються або зміною рівня напруги в центрі живлення, або втратами напруги в елементах мережі (рис. 10.8). вимоги по відхиленнях напруги для останніх електроприймачів не виконуються изза значних втрат напруги в кабельній лінії і на шинах харчування. сумарні втрати напруги л /ц.п,%, визначають за виразом:
Аналізуючи епюру (див. Рис. 10.8), можна зробити висновок, що забезпечити вимоги по відхиленнях напруги можна за рахунок регулювання напруги в центрі живлення (ДПП, рп) та шляхом зниження втрат напруги в елементах мережі.
Регулювання реалізується за допомогою зміни коефіцієнта трансформації напруги трансформатора. для цього трансформатори оснащуються засобами регулювання напруги під навантаженням (РПН) або мають можливість перемикання отпаек регулювальних відгалужень без збудження (ПБЗ), т. е. з відключенням їх від мережі на час перемикання відгалужень. трансформатори з РПН дозволяють регулювати напругу в діапазоні від ± 10 до ± 15% з дискретністю 1,25. 2,50%. трансформатори з ПБЗ зазвичай мають регулювальний діапазон ± 5%.
Зниження втрат напруги в живильних лініях або кабелях може бути реалізовано за рахунок зниження активного і (або) реактивного опору. Зниження опору досягається шляхом збільшення перерізу проводів або застосуванням пристроїв поздовжньої компенсації (КПК). Поздовжня ємнісна компенсація параметрів лінії полягає в послідовному включенні конденсаторів у розтин лінії, завдяки чому її реактивний опір зменшується: Х'л = XL ХC<Хл.
Коливання напруги в системі електропостачання промислового підприємства викликаються накинувся реактивної потужності навантажень. На відміну від відхилень напруги коливання напруги відбуваються значно швидше. Частоти повторення коливань напруги досягають 10. 15 Гц при швидкостях накидів реактивної потужності до десятків і навіть сотень мегавар в секунду. Розмах коливань напруг
З виразу (10.33) випливає, що для зниження bU, необхідно зменшити ХКЗ або накиди реактивної потужності навантаження QH, для зниження яких повинні застосовуватися швидкодіючі джерела реактивної потужності, здатні забезпечити швидкості накидів реактивної потужності, співмірні з характером зміни навантаження. При цьому виконується умова
Підключення ІРМ призводить до зниження амплітуд коливань результуючої реактивної потужності, але збільшує їх еквівалентну частоту. При недостатньому швидкодії застосування ІРМ може привести навіть до погіршення становища.
Для зниження впливу резкопеременной навантаження на чутливі електроприймачі застосовують спосіб поділу навантажень, при якому найбільш часто застосовують здвоєні реактори, трансформатори трьохобмотувальні, з розщепленої обмоткою або живлять навантаження від різних трансформаторів. Ефект використання здвоєного реактора заснований на тому, що коефіцієнт взаємоіндукції між обмотками здвоєного реактора не дорівнює нулю, а падіння напруги, що зменшується на 50. 60% за рахунок магнітного зв'язку обмоток реактора, в кожній секції визначається за формулами:
де Км - коефіцієнт взаємоіндукції між обмотками секцій реактора; XL - індуктивний опір секції обмотки реактора.
Трансформатори з розщепленої обмоткою дозволяють підключати до однієї гілки обмотки нижчої напруги резкопеременной навантаження (джерело спотворень), а до іншої - стабільну. Зв'язок між змінами напруги в обмотках визначається за виразом
Зниження несиметрії напрузі досягається зменшенням опору мережі струмів зворотної та нульової послідовностей і зниженням значень самих струмів. З огляду на, що опору зовнішньої мережі (трансформаторів, кабелів, ліній) однакові для прямої і зворотної послідовностей, знизити ці опору можливе лише шляхом підключення несиметричного навантаження до окремого трансформатора.
Основним джерелом несиметрії є однофазні навантаження. При співвідношенні між потужністю короткого замикання у вузлі мережі SK 3 до потужності однофазного навантаження більше 50 коефіцієнт зворотній послідовності зазвичай не перевищує 2%, що відповідає вимогам ГОСТ. Знизити несиметрію можна, збільшивши SK3 на затискачах навантаження. Це досягається, наприклад, підключенням потужних однофазних навантажень через власний трансформатор на шини 110 - 220 кВ. Зниження систематичної несиметрії в мережах низької напруги здійснюється раціональним розподілом однофазних навантажень між фазами з таким розрахунком, щоб опору цих навантажень були приблизно рівні між собою. Якщо несиметрію напруги не вдається знизити з допомогою схемних рішень, то застосовуються спеціальні пристрої.
В якості таких симетрувальних пристроїв застосовують несиметричне включення конденсаторних батарей (рис. 10.9, а) або спеціальні схеми симетрування (рис. 10.9, б) однофазних навантажень.
Якщо несиметрія змінюється за імовірнісним законом, то для її зниження застосовуються автоматичні симетрувальні пристрої, в схемах яких конденсатори і реактори набираються з декількох невеликих паралельних груп і підключаються залежно від зміни струму або напруги зворотної послідовності (недолік - додаткові втрати в реакторах). Ряд пристроїв заснований на базі застосування трансформаторів, наприклад трансформаторів з обертовим магнітним полем, що представляє собою несиметричну навантаження, або трансформаторів, що дозволяють здійснити пофазні регулювання напруги. Зниження несинусоидального напруги досягається:
• схемними рішеннями: виділення нелінійних навантажень на окрему систему шин; розосередження навантажень по різних вузлів харчування з підключенням паралельно їм електродвигунів; угруповання перетворювачів за схемою множення фаз; підключення навантаження до системи з більшою потужністю SK 3;
• використанням фільтрових пристроїв: включення паралельно навантаженні вузькосмугових резонансних фільтрів; включення фільтрокомпенсуючі пристроїв; застосування фільтросімметрірующіх пристроїв; застосування ІРМ, що містять фільтрокомпенсірутощіе пристрої;
• застосуванням спеціального обладнання, що характеризується зниженим рівнем генерації вищих гармонік: використання «ненасищаемой» трансформаторів; застосування багатофазних перетворювачів з поліпшеними енергетичними показниками.
Розвиток сучасної бази силової електроніки і методів високочастотної модуляції призвело до створення пристроїв, що поліпшують якість електроенергії - активних фільтрів, що поділяються на послідовні і паралельні, на джерела струму і напруги. Це призвело до отримання чотирьох базових схем (рис. 10.10).
Опір фільтра Z на частоті зі одно При XL = Хс на частоті зі настає резонанс напруг, що означає, що опір фільтра для гармонійної складової напруги з частотою зі дорівнює 0. При цьому гармонійні складові з частотою зі поглинатимуться фільтром і не будуть проникати в мережу. На цьому явищі заснований принцип побудови резонансних фільтрів.
У мережах з нелінійними навантаженнями виникають, як правило, гармоніки канонічного ряду, порядковий номер яких v = 3, 5, 7. Рівні гармонік з таким порядковим номером зазвичай зменшуються зі збільшенням частоти. Тому на практиці застосовують ланцюжки з паралельно включених фільтрів, налаштованих на 3, 5, 7 і 11ю гармоніки. Такі пристрої називаються вузькосмуговими резонансними фільтрами. Якщо XL і Хс - опір реактора і конденсаторної батареї на основній частоті, то, використовуючи вираз (10.38), одержуємо
Фільтр, який крім фільтрації гармоніки буде генерувати реактивну потужність і компенсувати втрати потужності в мережі і напруги, називається фільтрокомпенсуючі (ФКУ).
Якщо пристрій крім фільтрації вищих гармонік виконує функції симетрування напруги, то такий пристрій називається філиросімметрірующім (ФСУ). Конструктивно ФСУ є несиметричний фільтр, включений на лінійну напругу мережі. Вибір лінійних напруг, на які підключаються фільтруючі ланцюга ФСУ, а також співвідношення потужностей конденсаторів *, включених в фази фільтра, визначаються умовами симетрування напруги.
Таким чином, пристрої типу ФКУ і ФСУ впливають одночасно на кілька показників (несинусоидальность, несиметрія, відхилення напруги). Такі пристрої для підвищення якості електричної енергії отримали назву багатофункціональних оптимізують пристроїв (рис. 10.12). Доцільність їх розробки полягає в тому, що резкопеременной навантаження типу ДСП викликають одночасне спотворення напруги по ряду показників, що і зажадало комплексного вирішення проблеми.
При розробці стратегії підвищення якості електроенергії в електричних мережах і забезпечення умов електромагнітної сумісності слід враховувати, що для виправлення становища необхідні значні матеріальні ресурси і досить тривалий період часу. Розробка всього комплексу заходів вимагає технічної і економічної оцінки наслідків зниженого якості, що утруднено в силу наступних обставин:
• вплив якості електроенергії на якість і кількість продукції, що випускається, а також на терміни служби електроприймачів носить інтегральний характер; зміни більшості показників якості в часі є стохастичними в силу їх за
залежності від режимів роботи великого числа електроприймачів;
• наслідки зниженої якості електроенергії часто виявляються в остаточному продукті, на якісні і кількісні характеристики якого впливають і інші фактори;
• відсутність даних звітного характеру, що дозволяють встановити прічінноследственние зв'язку між реальними показниками якості, з одного боку, і роботою електрообладнання та якістю продукції, що випускається - з іншого;
• слабка оснащеність вітчизняних електричних мереж засобами вимірювання показників якості електроенергії.
Проте для забезпечення необхідних ГОСТ 13109 - 97 показників необхідно виконання комплексу організаційних і технічних заходів, спрямованих на встановлення причин та джерел порушень і полягають в індивідуальному і централізованому придушенні перешкод із забезпеченням підвищеної перешкодозахищеності чутливих до спотворень електроприймачів.
Рекомендуйте цю статтю іншим!