Меню

Отклонения частоты сети переменного тока

Частота

О частоте в Единой энергетической системе России

Частота электрического тока является одним из показателей качества электрической энергии и важнейшим параметром режима энергосистемы. Значение частоты показывает текущее состояние баланса генерируемой и потребляемой активной мощности в энергосистеме. Работа Единой энергосистемы России планируется для номинальной частоты – 50 герц (Гц). Непрерывность производства электроэнергии, отсутствие возможности запасать энергию в промышленных масштабах и постоянное изменение объемов потребления требуют настолько же непрерывного контроля за соответствием количества произведенной и потребленной электроэнергии. Показателем, характеризующим точность этого соответствия, является частота.

При ведении режима ЕЭС, постоянно возникают колебания баланса мощности в основном из-за нестабильности потребления, а также (гораздо реже) при отключениях генерирующего оборудования, линий электропередачи и других элементов энергосистемы. Указанные отклонения баланса мощности приводят к отклонениям частоты от номинального уровня.

Повышенный уровень частоты в энергосистеме относительно номинальной означает избыток генерируемой активной мощности относительно потребления энергосистемы, и наоборот, пониженный уровень частоты означает недостаток генерируемой активной мощности относительно потребления.

Таким образом, регулирование режима энергосистемы по частоте заключается в постоянном поддержании планового баланса мощности путем ручного или автоматического (а чаще и того, и другого одновременно) изменения нагрузки генераторов электростанций таким образом, чтобы частота все время оставалась близкой к номинальной. При аварийных ситуациях, когда резервов генерирующего оборудования электростанций недостаточно, для восстановления допустимого уровня частоты, может применяться ограничение нагрузки потребителей.

Регулирование частоты электрического тока в ЕЭС России осуществляется в соответствии с требованиями, установленными Стандартом ОАО «СО ЕЭС» СТО 59012820.27.100.003-2012 «Регулирование частоты и перетоков активной мощности в ЕЭС России. Нормы и требования» (в редакции от 31.01.2017) и национальным стандартом Российской Федерации ГОСТ Р 55890-2013 «Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Оперативно-диспетчерское управление. Регулирование частоты и перетоков активной мощности. Нормы и требования» (далее – Стандарты).

Согласно указанным Стандартам, в первой синхронной зоне ЕЭС России должно быть обеспечено поддержание усредненных на 20-секундном временном интервале значений частоты в пределах (50,00±0,05) Гц при допустимости нахождения значений частоты в пределах (50,0±0,2) Гц с восстановлением частоты до уровня (50,00±0,05) Гц за время не более 15 минут. Высокие требования к поддержанию частоты обусловлены необходимостью согласования отклонений частоты с планируемыми запасами пропускной способности контролируемых сечений ЕЭС в нормальных условиях. Для ЕЭС России, характеризующейся протяженными межсистемными связями, входящими в контролируемые сечения, более жесткие нормативы по поддержанию частоты и, соответственно, баланса мощности, позволяют максимально использовать пропускную способность этих связей.

Все вращающиеся механизмы в синхронно работающих частях энергосистемы (турбины, генераторы, двигатели и т.д.) имеют номинальные проектные обороты, пропорциональные номинальной частоте в сети. Известно, что номинальный режим работы всех вращающихся механизмов является наиболее эффективным с точки зрения их экономичности, надежности и долговечности. Отклонение от номинальных оборотов приводит к нежелательным эффектам в работе оборудования электростанций и потребителей (возникновение повышенных вибраций, износа и т.д.), снижению их экономичности и надежности. Для разного оборудования существуют предельно допустимые отклонения частоты от номинальной. Поддержание частоты на уровне близком к номинальному обеспечивает максимальную экономичность работы энергетического оборудования и максимальный запас надежности работы энергосистем.

Источник

Допустимое отклонение напряжения — нормативные значения, причины

При проектировании электроприборов, в том числе и бытовой техники, учитываются номинальные характеристики сети, от которой они будут работать. Но в системах электроснабжения могут происходить процессы, вызывающие отклонения от номинальных параметров. Допустимое отклонение напряжения в сети, частоты, а также других характеристик, регулируется требованиями ГОСТ 13109-97 (международный стандарт, принятый в России, Республике Беларусь, Украине и в большинстве других стран СНГ). Приведем информацию о допустимых нормах отклонений и вызывающих их причинах.

Нормы напряжения в электросети по ГОСТу

В нормативном документе определено несколько показателей, позволяющих характеризовать качество электроэнергии в точках присоединения (ввод в сети потребителей). Перечислим наиболее значимые параметры и приведем допустимые диапазоны отклонений для каждого из них:

  • Для установившегося отклонения напряжения не более 5,0% от номинала (допустимая норма) при длительном временном промежутке и до 10% для краткосрочной аномалии (предельно допустимая норма). Заметим, что данные показатели должны быть прописаны в договоре о предоставлении услуг, при этом указанные нормы должны отвечать действующим нормам. Например, для бытовых сетей (220 В) быть в пределах 198,0-220,0 В, а для трехфазных (0,40 кВ) – не менее 360,0 В и не более 440 Вольт.
  • Перепады напряжения, такие отклонения характеризуются амплитудой, длительностью и частотой интервалов. Нормально допустимый размах амплитуды не должен превышать 10,0% от нормы. К перепадам также относят дозу фликера (мерцание света в следствии перепадов напряжения, вызывают усталость), это параметр измеряется специальным прибором (фликометром). Допустимая краткосрочная доза – 1,38, длительная – 1. Пример устоявшегося отклонения и колебания напряженияПример устоявшегося отклонения и колебания напряжения
  • Броски и провалы. К первым относятся краткосрочные увеличения амплитуды напряжения, превышающие 1,10 номинала. Под вторым явлением подразумевается уменьшение амплитуды на величину более 0,9 от нормы, с последующим возвращением к нормальным параметрам. Ввиду особенностей природы процессов данные отклонения не нормируются. При частом проявлении рекомендуется установить ограничитель напряжения (для защиты от бросков) и ИБП (при частых провалах).
  • Перенапряжение электрической сети, под данным определением подразумевается превышение номинала на величину более 10% длящееся свыше 10-ти миллисекунд. Примеры перенапряжения и провала (А), бросков (В)Примеры перенапряжения и провала (А), бросков (В)
  • Несимметрия напряжения. Допустимое отклонение коэффициента несимметрии от нормы – 2,0%, предельное – 4,0%.
  • Несинусоидальность напряжения. Определяется путем расчета коэффициента искажения, после чего полученное значение сравнивают с нормативными значениями. Пример нарушения синусоидальности напряженияПример нарушения синусоидальности напряжения
  • Отклонения частоты. Согласно действующим требованиям нормально допустимое отклонение этого параметра 0,20 Гц, предельно допустимое – 0,40 Гц.

Основные причины возникновения отклонения напряжения в сети

Теперь рассмотрим, что могло вызвать изменение характеристик сети:

  • Установившиеся отклонения напряжения связывают со следующими причинами:
  1. Увеличение величины нагрузки из-за подключения одного или нескольких мощных потребителей. Характерный пример – сезонное увеличение нагрузки на энергосистемы ввиду подключения обогревательного оборудования, а также суточные пики.
  2. Увеличение числа потребителей без модернизации энергосистемы.
  3. Обрыв или недостаточное качество контакта нулевого кабеля в трехфазных системах.

При ситуациях, описанных в первом пункте, поставщик нормализует напряжение, используя специальные средства регулирования. В остальных случаях производятся ремонтные работы.

Конструкция ограничителя перенапряжения (ОПН)

  • Причина перепадов напряжения связана с потребителями электрической энергии, с резко изменяющейся нагрузкой (как правило, при этом изменяется и реактивная мощность). В качестве примера можно привести металлургические предприятия, оборудованные дуговыми печами. Подобный эффект можно наблюдать при работе сварочного электрооборудования или поршневых компрессорных установок.
  • Причины минимального напряжения (провалы) в большинстве случаев связаны с КЗ, которые могут возникнуть в сети дома, на линиях ввода или ЛЭП. Длительность провалов варьируется от миллисекунд до секунд, при этом напряжение может уменьшаться до 90% от нормы. Наиболее чувствительна к таким изменениям электроника, нормализовать ее работу можно при помощи ИБП.
  • Возникновение импульсных напряжений может быть вызвано коммутационными процессами, ударом молнии в ВЛ, а также другими причинами. При этом величина импульса может многократно превышать стандартное напряжение в квартире по ГОСТу. Естественно, что существенное увеличение максимальных значений этого параметра приведет к выходу из строя подключенного к сети оборудования, чтобы не допустить этого, следует использовать ограничитель перенапряжения. Принцип работы этого защитного устройства и схему установки можно найти на нашем сайте. Конструкция ограничителя перенапряжения (ОПН)
  • При кратковременных перенапряжениях уровень отклонений значительно ниже, чем при бросках, но, тем не менее, это может стать причиной выхода из строя оборудования, включенного в розетки. ОПН в этом случае не спасет, но поможет реле напряжения, которое произведет защитное отключение и после нормализации ситуации восстановит подключение. Пределы изменения срабатывания (диапазон регулирования) можно задать самостоятельно или использовать настройки по умолчанию. Что касается причин, вызывающих перенапряжение, то они связаны с коммутационными процессами и КЗ.
  • Несимметрия происходит вследствие перекоса нагрузки между фазами. Ситуация исправляется путем транспозиции питающих линий.
  • Нарушение синусоидальности возникает в тех случаях, когда к энергосистеме подключается мощное оборудование, для которого характерна нелинейная ВАХ. В качестве такового можно привести промышленные преобразователи напряжения с тиристорными элементами.
  • Частота сети напрямую связана с равновесием активных мощностей источника и потребителя. Если происходит дисбаланс, связанный с недостаточной мощностью генераторов, наблюдается снижение частоты в энергосистеме до тех пор, пока не будет установлено новое равновесие. Соответственно, при избыточных мощностях, происходит обратный процесс, вызывающий повышение частоты.
Читайте также:  Светильник с регулятором тока

Последствия отклонения от стандартов

Отклонение от номинальных напряжений может вызвать много нежелательных последствий, начиная от сбоев в работе бытовой техники и заканчивая нарушениями производственных техпроцессов и созданием аварийных ситуаций. Приведем несколько примеров:

  • Долгосрочные отклонения напряжения сверх установленной нормы приводят к снижению срока эксплуатации электрооборудования.
  • Броски с большой вероятностью могут вывести из строя электронные приборы и другую технику, подключенную к сети.
  • При провалах происходят сбои в работе вычислительных мощностей, что увеличивает риски потери информации.
  • Перекос фаз приводит к критическому повышению напряжения, что вызовет, в лучшем случае, срабатывание защиты в оборудовании, а в худшем – полностью выведет его из строя.
  • Изменение частоты моментально отразится на скорости вращения асинхронных двигателей, а также приведет к снижению активной мощности. Помимо отклонения приведут к изменению ЭДС генераторов, что вызовет лавинный процесс.

Мы привели только несколько примеров, но и их вполне достаточно, чтобы стало понятно насколько важно придерживаться норм, указанных в настоящих стандартах и ПУЭ.

Источник

Эксплуатация электрических систем — Качество электрической энергии

Содержание материала

КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
4.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Системы электроснабжения и электроприемники выполняют такими, чтобы наилучшее функционирование достигалось при питании их от однофазной или симметричной трехфазной системы напряжением заданной амплитуды и синусоидальной формы частотой 50 Гц. Однако в реальных электрических сетях по известным причинам возникают отклонения от идеальных параметров, что приводит к ухудшению работы установок потребителей электроэнергии, проявляющемуся в технико-экономическом ущербе.
Невнимание к качеству электроэнергии в процессе эксплуатации ЭС приводит к прогрессирующему расстройству электроснабжения и нарушениям работы электроприемников. Отклонение показателей качества электроэнергии является и результатом воздействия на ЭС электроустановок потребителей. Показатели качества электроэнергии можно разделить на две группы.
К первой группе относятся отклонения частоты и напряжения от номинальных, устраняемые системами электроснабжения.

Ко второй — колебания частоты и напряжения, несимметрия и искажение формы кривых напряжения и тока, проявляющиеся главным образом в зонах, на которые влияют особые, вызывающие эти искажения электроприемники. Степень этого влияния определяется соотношением мощности этих электроприемников и параметров ЭС. Кроме того, имеются электроприемники, чувствительные к различного рода помехам. Условия, в которых возникают эти помехи, не постоянны, так как ЭС в сочетании с установками потребителей непрерывно развиваются: изменяются параметры систем, состав и мощность электроприемников. Поэтому качество электроэнергии является объектом контроля.
Соблюдение качества электроэнергии связано с использованием:
рациональной системы показателей качества, определяющих ограничения отклонений и электромагнитной совместимости оборудования, подключенного к общей сети;
средств измерения, позволяющих без больших затрат труда оценивать качество электроэнергии и намечать обоснованные меры по его улучшению;
технических средств повышения качества электроэнергии;
методов оптимального управления качеством электроэнергии в ЭС.
Отклонения от идеальных показателей должны ограничиваться. Поэтому существуют нормы на допустимые отклонения, зафиксированные в государственных стандартах на качество электроэнергии. Эти нормы приняты во всех развитых странах, и учитывая опыт и развитие систем электроснабжения и электропотребления, постепенно изменяются применительно к реальным условиям.
В СССР показатели качества электроэнергии в точках сетей, к которым присоединяются приемники, нормируются ГОСТ 13109—87. Необходимо нормировать качество электроэнергии и в узлах ЭС, являющихся границами балансовой принадлежности сетей.
Отклонения показателей качества электроэнергии от идеальных подразделяют на нормально- и максимально допустимые. В течение 95% времени суток (22,8 ч) показатели качества электроэнергии не должны выходить за пределы нормально допустимых значений и в течение всего времени, включая послеаварийные режимы, они должны находиться в пределах максимально допустимых значений (табл. 4.1).
При аварийных ситуациях в ЭС допускается выход показателей качества за установленные пределы, в том числе снижение напряжения до нулевого уровня и отклонение частоты до ±5 Гц с последующим их восстановлением до допустимых для послеаварийных режимов максимальных значений.

*Розенкрон Я. К., Биманис В. В. Температурно-токовые защиты трансформаторов от аварийных и систематических перегрузок//Электротехника, 1985, № 8, С. 36—38.

Таблица 4.1. Допустимые отклонения показателей качества электроэнергии

Допустимое значение показателя

Отклонение частоты, Гц

В послеаварийных режимах допускается отклонение частоты ±0,5. — 1 Гц, общая продолжительность за год не более 90 ч

Отклонение напряжения (%) в электрической сети напряжением, кВ:

При определении отклонения напряжения провалы напряжения и импульсы напряжения не учитывают

В переходном режиме допустимы кратковременные выходы отклонения напряжения за установленные пределы

Размах колебаний напряжения (%) (см. §4.3):
на входах осветительных устаноновок с лампами накаливания в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение, и в точках электрических сетей, к которым присоединяют потребителей с такими установками
на входах осветительных установок с лампами накаливания в остальных помещениях, в том числе в жилых зданиях и в точках электрических сетей, к которым присоединяют потребителей с такими установками
на входах осветительных установок с люминесцентными лампами и других приемников электрической энергии и в точках электрических сетей, к которым присоединяют потребителей с такими установками и приемниками

с кривой 1 рис. 4.13
В соответствии

с кривой 2 рис. 4.13
В соответствии с кривой 3 рис. 4.13

Доза колебаний напряжения (%2) в электрической сети, к которой присоединяют осветительные установки:

Показатель «доза колебаний напряжения» в действующих электрических сетях вводится по мере их оснащения соответствующими приборами, при использовании которых оценку допустимости размаха изменения напряжения на вводах осветительных установок по кривым рис. 4.13 допускается не производить

с лампами накаливания в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение

Продолжение табл. 4.1

Допустимое значение показателя

с лампами накаливания в остальных помещениях

с люминесцентными лампами

Коэффициент несинусоидальности (%) в электрической сети напряжением, кВ (см. § 4.5):

Коэффициент гармонической составляющей напряжения нечетного (четного) порядка (%) в электрической сети напряжением, кВ (см. § 4.6):

Коэффициент обратной последовательности напряжений (%) (см. § 4.4)

Коэффициент нулевой последовательности напряжений (%) (см. § 4.4)

На входах приемников, являющихся источниками электромагнитных помех, значения показателей качества могут выходить за допустимые пределы, если это не приводит к нарушению норм стандарта у других приемников электроэнергии.

4.2. ОТКЛОНЕНИЕ ЧАСТОТЫ

Частота в установившемся режиме является общей для ЕЭС. Изменения частоты обусловлены изменениями суммарной нагрузки и характеристиками регуляторов частоты вращения турбин. В установившемся режиме работы ЭЭС изменения частоты содержат несколько гармонических составляющих. Это объясняется тем, что на периодические изменения суммарной- нагрузки с основным периодом, равным 24 ч, накладываются случайные их изменения с периодами, исчисляемыми минутами и секундами. Большие мощности ЭЭС и современные системы регулирования частоты и мощности привели к снижению амплитуд минутных и секундных изменений частоты, выраженных слабо. Они, как правило, не превышают 0,1 Гц и их влиянием на работу электроприемников можно пренебречь. Большие отклонения частоты возникают в результате медленного регулярного изменения нагрузки при недостаточном резерве активной мощности. Изменения частоту, превышающие 0,2 Гц, существенно влияют на технико-экономические результаты работы электроприемников. Поэтому допустимые (с вероятностью 0,95) отклонения частоты равны ±0,2 Гц, а предельно допустимые отклонения — ±1,0 Гц.
Отклонение частоты от номинальной вызывает возникновение электромагнитной и технологической составляющих ущерба.
Электромагнитная составляющая ущерба приводит к увеличению расхода энергии на передачу. Считают, что снижение частоты на 1% сопровождается увеличением расхода энергии на передачу на 2%.
Технологическая составляющая вызывает снижение производительности технологического оборудования, требующего дополнительного времени работы предприятий. В ряде случаев предприятия вынуждены компенсировать этот ущерб применением более производительного оборудования (насосов, вентиляторов), потребляющего при нормальной частоте избыточное количество электроэнергии.
Поддержание нормальной частоты сводится к обеспечению необходимых резервов мощности в ЭЭС.

4.3. ОТКЛОНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Отклонение напряжения, %,

где U — текущее значение напряжения; UНОм — номинальное напряжение.
Действующим значением напряжения в электрических сетях однофазного тока считают напряжение основной частоты U <1) (без учета гармонических составляющих), а в сетях трехфазного тока— значение напряжения прямой последовательности основной частоты U1(1).
При коэффициенте несинусоидальности, не превышающем 5%, можно вместо действующего напряжения основной частоты измерять действующее значение напряжения.
Изменение напряжения является следствием изменения нагрузки во времени, вызывающей изменение падения напряжения в элементах сети. Отклонения напряжения также зависят от уровня напряжения в точках питания электрической сети, изменяются они во времени в соответствии с изменением общей нагрузки, т. е. медленно.

Читайте также:  Как найти силу тока в цепи с одним источником

V — отклонение напряжения. Подобное обозначение для отклонения напряжения, а также в сочетании с другими символами для обозначения составляющих напряжения, выражаемых в процентах от номинального, принято для упрощения применяемых в книге формул.
В различных точках сети отклонения напряжения различны. Нормальная работа электроприемников обеспечивается при условии, что отклонения напряжения на их входе равны ±5% от номинального (с вероятностью 0,95). Предельно допустимые отклонения напряжения равны ±10%.
Влияние отклонений напряжения на работу электроприемников. Относительное изменение силы света, потребляемой мощности, срока службы ламп накаливания при отклонениях напряжения характеризуется уравнением

Здесь η можно принять следующие (рис. 4.1): для светового потока, лм, (У) —3,61; для световой отдачи, лм/Вт, (2) —2,0; для мощности, Вт, (3) — 1,58; для срока службы, ч, (4) — (—13,57).
Работа люминесцентных ламп от отклонений напряжения зависит меньше. С учетом пускорегулирующих аппаратов для двух ламп их потребление можно выразить в таком виде:

Срок их службы изменяется на 4% при отклонении напряжения, равном 1%.
Сравнительно небольшие изменения напряжения мало сказываются на световом потоке лампы. При больших снижениях напряжения лампы или не загораются, или мигают, что резко сокращает срок их службы.
Освещенность рабочих мест существенно влияет на производительность труда. По имеющимся данным снижение освещенности в 1,5—2 раза снижает производительность труда на 1—2%. Кроме того, освещенность оказывает влияние на зрение, которое при пониженной освещенности резко ухудшается. Учитывая, что освещенность зависит от напряжения, к нему предъявляются достаточно жесткие требования.

Рис. 4.1. Характеристики ламп накаливания в относительных единицах
Существенно влияет отклонение напряжения на электротермические установки. Снижение напряжения приводит к увеличению длительности цикла технологического процесса, а в ряде случаев (при больших отклонениях и отсутствии регуляторов температуры) процесс вообще не может быть завершен. Сильно влияют снижения напряжения и на электролитические установки. Большие его отклонения в бытовых сетях электроснабжения приводят к массовому использованию стабилизаторов напряжения. На их изготовление расходуется дефицитная трансформаторная сталь. Использование стабилизаторов вызывает потери энергии в стали и потребление значительной реактивной мощности, вызывающей как дополнительные потери энергии на ее передачу, так и потери напряжения в сети.

Рис. 4.3. Зависимость реактивной мощности, потребляемой асинхронными двигателями различной мощности, от отклонений напряжения
Отклонение напряжения сказывается и на работе асинхронных двигателей. От напряжения в некоторой степени зависит скорость их вращения, а следовательно, и производительность (рис. 4.2). От напряжения также зависит реактивная мощность, потребляемая двигателями (рис. 4.3).

Рис. 4.2. Изменение скорости вращения асинхронных двигателей в зависимости от отклонения напряжения для различных нагрузок

Контроль напряжения в распределительной сети производится для того, чтобы выяснить, требуется или нет вносить коррективы в настройку режима из-за изменения условий электроснабжения.
После настройки режима некоторое время его можно дополнительно не контролировать. Периодичность контроля приближенно определяется сезонными изменениями нагрузок.
Учитывая, что контроль напряжения проводится для проверки необходимости коррекции режима, нужно иметь предварительное представление о том, какой режим является желательным.
К предварительной информации относится представление о модели сети, соответствующей рис. 4.4. Персоналу известно, производится или нет встречное регулирование напряжения на шинах ЦП, а также от каких РТ питаются потребители, имеющие другой график нагрузки, чем большинство потребителей сети, например трехсменное производство.
Использование предварительной информации позволяет судить о том, какие из зафиксированных отклонений напряжения соответствуют максимальным и минимальным нагрузкам сети. Например, из рис. 4.4 следует, что при использовании встречного регулирования напряжения на начальных участках распределительной сети максимальные положительные отклонения напряжения могут соответствовать максимальным нагрузкам, причем диапазон изменения напряжения меньше диапазона встречного регулирования. Если в процессе измерения зафиксирован значительно больший диапазон изменения отклонений напряжения, то взаимосвязь обратная (максимальные напряжения соответствуют минимальным нагрузкам, а минимальные напряжения — максимальным нагрузкам).
Для получения информации нужно на некоторое время установить в сети приборы, производящие и фиксирующие измерения в форме, требующей для расшифровки незначительных затрат труда и по возможности указывающей на нужное мероприятие в случае необходимости улучшения качества напряжения.
Для улучшения качества напряжения разрабатывают мероприятия, касающиеся средств установки и регулирования напряжения.

Рис. 4.6. Изменение графика напряжения с помощью его смещения на AU
К средствам установки напряжения относятся: ответвления ПБВ распределительных трансформаторов, нерегулируемые конденсаторные батареи и уставки уровня напряжения автоматических регуляторов напряжения трансформаторов ЦП. Переключение ПБВ и включение в работу нерегулируемых конденсаторных батарей на стороне НН РТ приводит к смещению напряжения без изменения его характера (рис. 4.6). Изменение уставки регулятора напряжения приводит к смещению напряжения всех РТ, питающихся от ЦП.

Рис. 4.7. Изменение графика напряжения воздействием на диапазон изменения напряжения: 1 — исходный график напряжения; 2 — устанавливаемые графики напряжения

К средствам регулирования напряжения относятся уставка встречного регулирования регулятора ЦП, регулируемые конденсаторные батареи, а также другие средства регулирования, изменяющие конфигурацию графика напряжения (рис. 4.7). Эти средства служат для ввода изменения напряжения в желательный диапазон. После использования средств регулирования может потребоваться изменение положений ответвлений ПБВ или применение других средств установки напряжения.
Нецелесообразно использовать указывающие и регистрирующие приборы для получения информации об отклонениях напряжения, так как для обработки информации требуются большие затраты труда.
Измерения можно производить устройствами, осуществляющими передачу информации по каналу на анализирующую ЭВМ. Информацию записывают и на машинные носители информации, с которых затем она считывается и анализируется на ЭВМ. Можно применять специальные компактные приборы типа статистических, производящие измерения, запоминание и предварительную обработку информации в форме, удобной для последующего использования.
Учитывая, что отклонения напряжения должны находиться в нормируемых пределах с вероятностью 0,95, целесообразно представлять информацию в виде плотности распределения или вероятности выхода за пределы норм. В этом случае определяются:
—диапазон, в пределах которого оказалось отклонение напряжения;
— расположение этого диапазона относительно желаемой области.
Информация, полученная в виде гистограммы (рис. 4.8), удобна для использования. Гистограммы бывают: узкими несмещенными; узкими смещенными; широкими несмещенными; широкими смещенными.
Если гистограмма узкая несмещенная, то положение с отклонениями напряжения нормальное. При узкой смещенной гистограмме необходимо изменить ответвление ПБВ РТ для ее смещения в желаемую область.

Рис. 4.8. Гистограммы отклонений напряжения: а — узкая несмещенная; б —узкая смещенная; в — широкая
Учитывая, что смещение фиксировано, а характер процесса не изменяется, после изменения рабочего ответвления не требуется повторного измерения.
Широкие гистограммы свидетельствуют о том, что либо на ЦП нет встречного регулирования напряжения (недостаточен его диапазон), либо необходимо дополнительное местное средство регулирования или реконструкция сети. После изменения положения требуется повторный контроль.
Алгоритм контроля отклонений напряжения в распределительной сети приведен на рис. 4.9. Измерение производилось в сети со встречным регулированием напряжения в ЦП. Диапазон встречного регулирования напряжения можно определить с помощью гистограммы, полученной для шин ЦП, оказавшийся рав-
ным 8%. Из 20 измерений в 15 случаях гистограммы оказались узкими несмещенными. На этих РТ положение нормально.
В трех случаях гистограммы оказались узкими, смещенными в сторону высоких напряжений. На этих РТ пришлось изменить ответвления ПБВ. В одном случае гистограмма оказалась широкой, что, как в дальнейшем выяснилось, объясняется наличием трехсменного потребителя на начальном участке сети. Этот потребитель должен применить местное средство регулирования напряжения (линейный регулятор или регулируемую конденсаторную батарею). В противном случае приходится уменьшать диапазон встречного регулирования напряжения, что ухудшает напряжение у всех остальных электроприемников.
Из вышеизложенного следует, что возможность изменения средств установки напряжения без последующего контроля позволяет ориентироваться на информацию в виде интегральной плотности распределения отклонений напряжения, дающей возможность достаточно точно (для практических целей) судить о положении и мероприятиях, необходимых для его улучшения.

Читайте также:  Индикатор утечек тока своими руками

Рис. 4.9. Алгоритм контроля отклонения напряжения
Рассмотренные выше требования предъявляются к напряжению на зажимах электроприемников. Контроль же отклонений напряжения в других узлах электрической сети связан в большинстве случаев с сопоставлением результатов измерения и расчета, требующих выявления временных функций процессов. Исключение составляют шины сетей НН (0,38 кВ), напряжение на которых обычно должно находиться в диапазоне —2%. Контроль можно осуществлять для периодов, соответствующих годовым максимальным и минимальным нагрузкам в точках, характеризующих режим и принимаемых на основе знания распределительной сети и опыта эксплуатации.
Современный уровень эксплуатации для каждой распределительной сети предполагает наличие математической модели, реализованной на ЭВМ. С помощью модели можно определить режим отклонений напряжения на шинах и выбрать наилучший диапазон встречного регулирования напряжения . Измерения отклонений напряжения в электрических сетях в этом случае служат для проверки достоверности модели и позволяют при необходимости вносить в нее коррективы.

Источник



Причины отклонения частоты в электрических системах

Как известно из курса ТОЭ, в нормальном установившемся режиме суммарная мощность вырабатываемая всеми генераторами электрической системой должна быть точно ровна суммарной мощности всех электроприемников подключенной к системе в данный момент. В этом случае, скорость вращения генераторов системы (а все они вращаются синхронно), а следовательно, и частота в электросистеме, должна оставаться постоянной и равной номинальной 50 Гц (в США, Японии и ряде других стран 60 Гц).

Всякое нарушение баланса между вырабатываемой и потребляемой мощностями вызывает изменение скорости вращения генераторов т. е. частоты в системе.

При аварийном отключении одного (нескольких) генераторов или подключении мощных нагрузок в системе возникает дефицит активной мощности. Электрическая нагрузка (их отдаваемый ток) на оставшиеся в работе генераторы возрастает. При этом турбины этих генераторов начинают тормозиться, что приводит к понижению частоты в системе.

Автоматические регуляторы частоты (АРЧ) увеличивают подачу пара в турбины (или воды в гидротурбины) и их обороты (мощность) увеличиваются, соответственно увеличивается до номинальной и частота напряжения вырабатываемая исправными генераторами.

Такое поддержание частоты возможно только при наличии резерва активной мощности в генераторах, то есть, если генераторы до рассматриваемого момента были частично не догружены. Если же все резервы по мощности будут исчерпаны, системе не удается восстановить частоту.

При отключении мощных нагрузок, с системе появляется избыточна генерируемая мощность, т. к. мощность вырабатываемая турбинами генераторов в первый момент остается неизменной, что приводит к повышению их оборотов и, соответственно, частоты в системе. При этом вступают в действие регуляторы скорости паровых турбин, которые несколько уменьшают подачу пара (в гидравлических турбинах – подачу воды) снижая тем самым вырабатываемую генератором мощность до достижения нового баланса мощности в системе.

Регуляторы скорости вращения паровых турбин работают достаточно быстро, поэтому сброс нагрузки проводит к незначительному возрастанию частоты и быстрому ее восстановлению до номинального значения. В гидравлических турбинах регуляторы действуют медленнее и у них скорость вращения (частота) может повыситься до 120 – 140 %.

19) Влияние отклонения частоты на работу электроприемников, требования нормативных документов к отклонениям частоты.

Влияние отклонения частоты на работу электроприемников и электросистемы

Незначительныеснижения частоты (на несколько десятых герца) не представляет серьезной проблемы для электросистемы, но такое понижение частоты не благоприятно отражается на работе потребителей. С понижением частоты снижается скорость вращения электродвигателей (особенно асинхронных) и, соответственно, производительность приводимых ими в движение механизмов.

На отдельных предприятиях отклонение частоты от номинальной может привести к нарушению технологии производства, снижение частоты на 3 – 5% нарушает работу радиооборудования и ряда автоматических устройств управления. При снижении частоты резко возрастает реактивная мощность трансформаторов и вращающихся машин, что снижает экономичность работы электрических сетей.

Крайне отрицательно влияет снижение частоты на работу тепловых электростанций. Так, например снижение частоты на 3 – 5 Гц влечет уменьшение на 20 – 40 % подачу воды в конденсатор циркуляционными насосами. Это ведет к уменьшению располагаемой мощности (мощности которую может генерировать) станции, что в свою очередь ведет к дальнейшему падению частоты в системе. Это опасное явление получило название «лавина частоты».

Требования нормативных документов к устройствам АЧР

Согласно ПУЭ [11] устройство автоматического ограничения снижения частоты должно исключить работу электросистемы при частотах ниже 45 Гц, время работы с частотой ниже 47 Гц не должно превышать 20 с, а с частотой ниже 48,5 Гц – 60 с.

ГОСТ по качеству электроэнергии [8] нормирует следующие отклонения частоты:

— нормально допустимые отклонения (в нормальном режимах работы)

— максимально допустимые отклонения (в послеаварийном режимах)

Принцип действия АЧР, категории и очереди АЧР

Принцип действия АЧР

Аварийное снижение частоты, вызванное внезапным значительным дефицитом активной мощности имеет быстротечный характер – несколько секунд. Поэтому парировать это снижение может только автоматика. Первоначально, автоматика задействует все резервы активной мощности в системе. Исправные генераторы системы берут на себя максимум нагрузки (с учетом допустимых кратковременных перегрузок).

Если после этих действий автоматики частота продолжает снижаться (что свидетельствует о не устраненном дефиците активной мощности) остается единственный способ уравнять величины генерируемой и потребляемой мощностей – отключить часть наименее ответственных электроприемников.

Такие отключения осуществляются специальными устройствами электроавтоматики – автоматами частотной разгрузки – АЧР.

Устройства АЧР, как правило, устанавливаются на подстанциях электросистемы, допускается их установка непосредственно у потребителей, но под контролем электросистемы [8].

ПУЭ [8] подразделяет устройства АЧР на две категории: АЧРI и АЧРII.

Первая категорияАЧРI предназначена для не допущения глубокого снижения частоты в первоначальный момент развития аварии. Эти устройства выполняются быстродействующими (с выдержками времени tАЧР ≤ 0,5 с) и уставками срабатывания по частоте от 47 – 48 Гц до 46 – 46,5 Гц. Для реализации АЧРI потребители отключаются небольшими группами, согласно очередности. Электроприемники первой очереди отключаются, например, при снижении частоты ниже 48 Гц. Если снижение частоты будет продолжаться отключаются электроприемники второй очереди с уставкой 47,5 Гц, далее – третьей, с уставкой 47 Гц. Минимальное отличие в уставках частоты ближайших очередей принимают равным 0,1 Гц. АЧРI оборудуется примерно 75 – 80% всей электрической нагрузки оснащаемой АЧР.

Вторая категория – АЧРII предназначена для восстановления частоты в случае если она длительно остается пониженной, образно говоря «зависает» на уровне около 48 Гц. Уставки по частоте АЧРII принимают одинаковыми и на 0,5 Гц выше верхней уставки АЧРI. В отличии от АЧРI в работу АЧРII вводятся значительные выдержки времени в диапазоне 15 – 90 с отличающиеся друг от друга на 5 с. Такие относительно большие выдержки необходимы для подключения резервов мощности, в частности, запуска гидрогенераторов. Устройствами АЧРII оснащается примерно 20 – 25 % всей электрической нагрузки оснащаемой АЧР.

21) Эл.схема устройства АЧР на электромеханических реле, работа схемы.

На рис. 7.1 приведена схема устройства АЧР на постоянном оперативном токе с использованием электромеханических или электронных реле.

Основным элементом схемы является реле частоты KF (электромеханическое типа ИВЧ-3 индукционного принципа действия или электронное типа УРЧ-3М). Реле KF контролирует частоту первичной сети через измерительный трансформатор напряжения TV. При снижении частоты ниже уставки, реле KF замыкаетсвой контакт в цепи реле времени KT. Напряжение постоянного оперативного тока, вырабатываемое блоком питания UGV (например типа БПЗ-401), подается на обмотку реле времени KT (типа ЭВ-100 или ВЛ-68). Последнее, через заданную выдержку времени замкнет свой контакт KT в цепи обмоток указательного реле KH (типа РУ-21) и промежуточного реле KL (типа РП-23). Подробное описание названных реле приведено в лабораторной работе 1 и 2.

Промежуточное реле замыкает свои контакты KL1 и KL2, посылая команды отключения на приводы выключателей Q1 и Q2. Выключатели срабатывают, отключая присоединенные через них электроприемники. Замкнувшиеся контакты KL3 формируют команду на запрет АПВ. Срабатывание указательного реле KH сигнализирует обслуживающему персоналу о фактесрабатывания устройства АЧР.

Источник