Анализ показателей качества электрической энергии

       При постоянном протекании токов нулевой  последовательности через заземлители  последние высушиваются, а их сопротивление  увеличивается. Это отрицательно воздействует на работу систем релейной защиты и  железнодорожной блокировки, что  может привести к очень тяжелым  последствиям. Несимметрия напряжений значительно ухудшает режимы работы многофазных вентильных выпрямителей из-за значительного увеличения пульсации  выпрямленного напряжения, ухудшаются условия работы систем импульсно-фазового управления тиристорных преобразователей.

       Конденсаторные  установки при несимметрии напряжений неравномерно загружаются реактивной мощностью по фазам, что делает невозможным  полное использование их установленной  мощности. Кроме того, конденсаторные установки в этом случае усиливают  уже существующую несимметрию, так  как выдача реактивной мощности в  сеть в фазе с наименьшим напряжением  будет меньше, чем в остальных  фазах.

       Ответственность и меры компенсации.

       В ГОСТе указывается, что ответственность за нарушение норм по показателям коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности и коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности лежит на потребителях с несимметричной нагрузкой.

       Снижение  несимметрии напряжения достигается  либо уменьшением сопротивления  сети токам обратной и нулевой  последовательности, либо снижением  уровней этих токов. Учитывая, что  сопротивления внешней сети одинаковы  для токов прямой и обратной последовательности, снизить эти сопротивления возможно лишь путем подключения мощной однофазной нагрузки через отдельный трансформатор на шины с большой S_кз. Снижение систематической несимметрии в сетях низкого напряжения осуществляется рациональным распределением однофазных нагрузок между фазами с таким расчетом, чтобы сопротивления этих нагрузок были равны между собой.

       Если  несимметрия напряжения не может  быть снижена путем схемных решений, то применяют симметрирующие устройства (СУ). В качестве таких устройств  применяют несимметрично включенные конденсаторные батареи (рис. 2.4.1).

       

       Рисунок 2.4.1 – Схема несимметрично включенных конденсаторных батарей.

       Для снижения несимметрии, которая является результатом случайных процессов, применяются автоматические СУ, которые  состоят из конденсаторов и реакторов, собранных в параллельные группы и подключаемых в зависимости  от изменения тока или напряжения обратной последовательности. Разработан ряд СУ на базе трансформаторов, например, трансформаторов с вращающимся  магнитным полем, представляющих собой  несимметричную нагрузку или позволяющих  осуществлять пофазное регулирование  напряжения. 

       2.5. Отклонение частоты.

       Нормируемый показатель:

         -отклонение частоты.

       Причина выхода показателя за пределы норм заключается в изменении величин  генерируемой и (или) потребляемой мощности в энергосистеме.

       Влияние на работу различных ЭП.

       Как известно, большинство основных технологических  линий на промышленных предприятиях с непрерывным циклом производства оборудовано механизмами с постоянным и вентиляторным моментами сопротивлений. Приводами этих механизмов служат асинхронные  двигатели. Частота вращения роторов  АД пропорциональна изменению частоты  сети, а производительность технологических  линий зависит от частоты вращения двигателя.

       Наиболее  чувствительны к снижению частоты  двигатели собственных нужд электрических  станций. Снижение частоты приводит к снижению их производительности, что сопровождается снижением располагаемой  мощности генераторов, дальнейшим дефицитом  активной мощности и снижением частоты. В итоге, как показывает практика, может возникнуть так называемая лавина частоты, следствием которой  может стать отключение электроснабжения целых районов.

       Кроме этого, пониженная частота в электрической  сети отрицательно влияет на срок службы оборудования, содержащего элементы со сталью (электрические машины, трансформаторы, реакторы), вследствие увеличения тока намагничивания и дополнительного  нагрева стальных сердечников. Следует  также отметить, что отклонения частоты  отрицательно влияют на работу телевизионных  приемников, вызывая яркостные и  геометрические фоновые искажения  телевизионного изображения.

       Ответственность и меры компенсации.

       Ответственность за поддержание в норме показателя «отклонение частоты», согласно ГОСТ, целиком лежит на энергоснабжающих организациях, в ведении которых  находятся мощные генераторы. Для  предотвращения общесистемных аварий, вызванных снижением частоты, используются комплектные устройства защиты с функцией автоматической частотной разгрузки (АЧР), отключающие часть менее ответственных потребителей. После ликвидации дефицита мощности устройства защиты выполняют функцию частотного автоматического повторного включения (АПВЧ), что обеспечивает ввод отключенных потребителей и восстановление нормальной работы энергосистемы. 

       2.6. Электромагнитные переходные помехи.

       Нормируемые показатели:

         -длительность провала  напряжения;

         -импульсное напряжение;

         -коэффициент временного  перенапряжения.

       Причины ухудшения показателей.

       Три перечисленных показателя можно  отнести к характеристикам различных  электромагнитных переходных помех, возникающих  при электромагнитных переходных процессах, которые имеют место в электрических  сетях в результате возникновения  различных видов коротких замыканий, ударов молний в элементы сети, действий систем релейной защиты и автоматики, коммутаций различного электрооборудования, обрывов нулевого провода в сетях 0,4 кВ. Кроме того, провалы напряжения могут быть обусловлены ошибочными действиями персонала и ложными  срабатываниями средств защиты и  автоматики.

       Влияние на работу различных ЭП.

       Очевидно, что провалы напряжения отрицательно сказываются на любых ЭП. Так как  по ГОСТ провалом напряжения считается  его снижение более чем на 10 %, то нетрудно догадаться, что большая  часть современного электрооборудования  и приборов при возникновении  провала отключается. А те ЭП, которые  не отключаются - продолжают работать в ухудшающихся условиях и выходят из строя. Перенапряжения и импульсные напряжения сказываются в первую очередь на изоляции любых ЭП. В особо тяжелых условиях изоляция пробивается и оборудование выходит из строя.

       Ответственность и меры компенсации.

       По  ГОСТ ответственными за показатели длительность провала напряжения, импульсное напряжение, коэффициент временного перенапряжения являются энергоснабжающие организации. Для компенсации перенапряжений и импульсных напряжений используются нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН), а также трубчатые и вентильные разрядники. 

       3. Возмущения, снижающие качество напряжения.

       Возмущения, снижающие качество напряжения, могут  возникать как при передаче, так  и при распределении электроэнергии.

       Возмущения  при передаче. Из-за значительной протяженности  воздушные линии электропередачи  подвержены воздействию атмосферных  явлений. Различные виды разрядов атмосферного электричества (молний) являются причинами  различных типов возмущений, бросков, посадок сетевого напряжения, полного  прекращения подачи электроэнергии. Длительность и степень возмущений зависят от структуры сети и времени, необходимого на ее реконфигурацию. Причины  возникновения перенапряжений из-за ударов молний обычно рассматриваются  как внешние по отношению к  сети.

       Другие  виды возмущений возникают в процессе управления сетью, при сбросах или  неожиданных нарастаниях нагрузки. Хотя последний вид возмущений достаточно редок, поскольку обычно крупные  нагрузки подключаются к сети постепенно. Это не относится к внезапным  сбросам нагрузки, которые зачастую являются следствием аварий.

       Внутрисетевые источники возмущений:

       1).Резонанс. Сюда относятся характерные для данной сети колебания или колебания, возникающие между различными элементами сети, например, фильтрами. Разумеется, для их предотвращения принимаются все возможные меры, но они могут временно возникать при изменениях конфигурации сети.

       2).Неустойчивость при передаче. Наиболее часто она связана с углом передачи d (или внутренним углом, или транспортным углом). Возможно также возникновение подсинхронных колебаний, что может оказать катастрофическое воздействие на силовые генераторы электростанций.

       3).Феррорезонанс. Нелинейные колебания, возникающие при насыщении силовых или измерительных трансформаторов.

       4).Коммутации. Перенапряжения возникают вследствие подключения или отключения элементов сети, фильтров, конденсаторных батарей или трансформаторов.

       5).Повреждения «фаза/земля».

       Возмущения  при распределении. Сейчас мы имеем дело со всё возрастающим количеством электрических нагрузок, ухудшающих качество энергии в сети как на бытовом, так и на промышленном уровне, и с активной деятельностью по стандартизации качества энергии. Последняя тенденция весьма неоднозначна, так как на начальном этапе она приводит к штрафным санкциям по отношению к производителям и даже к потребителям, в то время как организации, занятые распределением энергии, как правило, не несут никакой ответственности в отношении мощности короткого замыкания или структуры полного сопротивления сети.

       Силовая электроника вызывает ухудшение  качества энергии, но по сравнению с  другими видами преобразования она  характеризуется наличием собственных  средств борьбы с этим ухудшением. В течение многих лет пассивные  фильтры использовались в связке с высокомощными тиристорными или  диодными преобразователями. Сейчас на рынке появились запираемые электронные  элементы – IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором), GTO (запираемый тиристор) или IGCT (запираемый тиристор с интегрированным блоком управления), которые сделали возможным производство преобразователей, способных повышать качество энергии. Стали реальностью активные фильтры для низких напряжений, доказана возможность их применения на средних напряжениях, и эта технология в ближайшие годы будет активно развиваться.

       Ухудшение качества электроэнергии не сводится только к гармоникам. Сюда же входят изменения напряжения, посадки напряжения и возмущения, связанные с колебаниями  напряжения, называемые «мерцанием»  или «фликкер-эффектом», с частотой от 1 до 30 Гц и максимумом возмущений при частоте 9 Гц. Электроника больших  мощностей в состоянии предложить решения по борьбе с последними тремя  видами возмущений.

       В системе энергоснабжения осуществляются мероприятия позволяющие изменить величину и направление реактивной мощности и сопротивления отдельных  участков, в результате чего изменяются уровни напряжения в отдельных точках сети.

       Для поддержания уровней напряжения в допустимых пределах и общей  надежности энергосистемы используют различные методы, которые можно  разделить на следующие взаимосвязанные  меры:

-Рациональное построение системы электроснабжения

-Правильный выбор ответвлений обмоток у трансформаторов, имеющих устройство переключения обмоток без возбуждения.

-Использование перемычек на напряжение до 1 кВ между цеховыми трансформаторами.

-Снижение общего сопротивления электроснабжения включением на параллельную работу трансформаторов.

-Применение компенсирующих устройств.

-Применение специальных регуляторов напряжения. 

       4.Устройства  компенсации реактивной мощности.

       Устройства, способные поглощать и возвращать реактивную мощность, обеспечивать постоянство  напряжения в сети, разработаны более 40 лет назад.

       В последние годы более широкое  применение нашли преобразовательные установки, выполняемые на базе инверторов напряжения с использованием полностью  управляемых вентилей. В устройствах  СТАТКОМ (система статической компенсации  реактивной мощности) или SVC (Static VAR Compensator) индуктивность изменяется за счет использования тиристоров (рис. 4.1 и 4.2). В состав устройств входят: цепь управления реактором TCR (Thyristor Controlled Reactor — реактор с тиристорным управлением) и цепь ступенчатого подключения элементов конденсаторной батареи TSC (Thyristor Switched Capacitor — конденсаторная батарея с тиристорным переключением).