RUS FR ДонНТУ Портал магистров ДонНТУ
|
Главная страница |
Реферат |
Библиотека |
Ссылки |
Отчет о поиске |
Крым в жизни семьи Романовых |
АВТОРЕФЕРАТ
Электрическая энергия как товар используется во всех сферах жизнедеятельности человека, обладает совокупностью специфических свойств и непосредственно участвует при создании других видов продукции, влияя на их качество. Каждый электроприёмник предназначен для работы при определенных параметрах электрической энергии: номинальной частоте, номинальном напряжении, номинальном токе и т.п., поэтому для нормальной его работы должно быть обеспечено требуемое качество электроэнергии (КЭ). Технические средства для улучшения КЭ требуют значительных дополнительных капитальных вложений, поэтому актуальной является задача использования в качестве средств обеспечения КЭ устройств, используемых в сетях промышленных предприятий для уменьшения токов КЗ, каковыми, например, являются сдвоенные реакторы (СР).
ГОСТ 13109-97 устанавливает допустимые уровни помех в электрических сетях, которые характеризуют качество электроэнергии и называются показателями качества электроэнергии (ПКЭ). Показателями качества электроэнергии, установленными ГОСТ 13109-97, являются:
1. установившееся отклонение напряжения δUу;
2. размах изменения напряжения δUt;
3. доза фликера Pt;
4. коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения KU;
5. коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения КU(n);
6. коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности К2U;
7. коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности К0U;
8. отклонение частоты Δf;
9. длительность провала напряжения ΔtП;
10. импульсное напряжение Uимп;
11. коэффициент временного перенапряжения Кпер U.
Большинство явлений, происходящих в электрических сетях и ухудшающих качество электрической энергии, происходят в связи с особенностями совместной работы электроприёмников и электрической сети.
Цель работы – состоит в оценке эффективности применения сдвоенных реакторов в качестве средств улучшения показателей КЭ в сетях с резкопеременной, несимметричной и несинусоидальной нагрузками.
Задача работы – определение параметров электромагнитной совместимости (ЭМС) в сетях со СР.
Новизна – при анализе отклонений, колебаний и несимметрии напряжения используются действующие значения показателя электромагнитной совместимости (ЭМС). Под электромагнитной совместимостью будем понимать способность электроприемника (ЭП) нормально функционировать в его электромагнитной среде (в электрической сети, к которой он присоединен), не создавая недопустимых электромагнитных помех для других ЭП, функционирующих в той же среде. Бытовые ЭП, как и промышленные, также должны иметь электромагнитную совместимость с другими ЭП, включенными в общую электросеть, не снижать эффективность их работы и не ухудшать ПКЭ. В случаи несинусоидальной нагрузки будут использоваться мгновенные значения показателей режима.
Важность проблемы повышения КЭ нарастала вместе с развитием и широким внедрением на производстве вентильных преобразователей и различных высокоэффективных технологических установок, таких как дуговые сталеплавильные печи, сварочные установки и др.
В быту в последние годы широкое распространение получили телевизоры, компьютеры и другие устройства, работающие на постоянном токе через вторичный источник питания и ухудшающие КЭ в питающей сети. В итоге возник своего рода парадокс – применение новых технологий, которые экономичны и технологически эффективны, которые улучшают жизнь людей, отрицательно сказываются на КЭ в электрических сетях.
КЭ тесно связано с надежностью электроснабжения, поскольку нормальным режимом электроснабжения потребителей является такой режим, при котором потребители получают электроэнергию бесперебойно, в количестве, заранее согласованном с энергоснабжающей организацией, и нормированного качества.
В дипломной работе рассматриваться один из показателей качества электроэнергии – колебания напряжения. Определим, что такое колебания напряжения, из-за чего они возникают и какие мероприятия используют для их уменьшения.
Причины возникновения колебаний напряжения. При работе электроприёмников с резкопеременной ударной нагрузкой в электрической сети возникают резкие толчки потребляемой мощности. Это вызывает изменение напряжения в сети, размахи которых могут достигнуть больших значений. В тех случаях, когда установленная мощность таких приёмников составляет заметную часть мощности короткого замыкания в сети в точке присоединения, пульсация нагрузки вызывает колебания напряжения.
Колебания напряжения – это быстро изменяющиеся отклонения напряжения длительностью от полупериода до нескольких секунд.
Наиболее распространенные потребители электрической энергии, порождающие колебания напряжения являются:
• тяговые подстанции;
• приводы реверсивных прокатных станов;
• дуговые сталеплавильные печи;
• сварочные аппараты;
• электролизные установки.
В связи с внедрением вентильных регулируемых преобразовательных агрегатов для питания резкопеременных ударных нагрузок прокатных станов положение с колебаниями в питающей сети резко ухудшилось. Регулируемые вентильные преобразователи потребляют большие реактивные мощности, которые в основном и вызывают колебание напряжения. Мощность вентильных преобразователей в единице доходит до 2х20 МВт. Электроприводы, питающиеся от таких преобразователей, получают всё большее распространение, так как они наиболее полно удовлетворяют современным технологическим требованиям. Регулирование числа оборотов в широких пределах приводит к большому потреблению реактивной мощности. В системах электропривода, работающего в повторно-кратковременном режиме, мгновенное значение реактивной мощности изменяется в широких пределах за рабочий цикл, поскольку режимы разгона и торможения составляют существенную долю цикла.
На станах холодной прокатки при применении вентильных преобразователей набросы реактивной мощности могут превышать 100 000 кВар со скоростью нарастания примерно 2 000 000 квар/с. Такие быстрые изменения реактивной мощности вызывают большие колебания напряжения.
Также существенными источниками колебаний напряжений являются дуговые трёхфазные электропечи ДСП. При работе ДСП имеют место частые отключения, число которых достигает 10-ти и более в течение одной плавки. Наиболее тяжёлые условия получаются в период расплавления металла и в начале окисления. При этом возникают эксплуатационные толчки тока (эксплуатационные короткие замыкания) вызванные обвалом шихты при её расплавлении и замыкании её на электроды.
Влияние колебания напряжения на работу потребителей электрической энергии. При резких изменениях токовой нагрузки происходит столь же резкое изменение эквивалентных параметров потребителей электрической энергии, в результате чего имеет место модуляция во времени амплитуд и фаз вынужденных составляющих мгновенного тока как основной, так и кратных ей высших несущих частот. В некоторых случаях возможно также появление свободных составляющих. Все это приводит к увеличению суммарных активных потерь в сети.
Колебания напряжения крайне не благоприятно отражаются на работе всех электроприёмников, подключённых к данной сети, в том числе и электроприёмников вызывающих эти изменения и могут привести к ущербу.
К числу потребителей электрической энергии чрезвычайно чувствительных к колебаниям напряжения относятся осветительные приборы, особенно лампы накаливания и электронная техника.
Колебания напряжения вызывают мигание ламп накаливания (фликер эффект), что порождает неприятный психологический эффект у человека, утомление зрения и организма в целом. Это ведет к снижению производительности труда, а в ряде случаев и к травматизму.
Колебания напряжения нарушают нормальную работу и уменьшают срок службы электронной аппаратуры: устройств телефонно-телеграфной связи, теле-, радио-, приемо-передающей аппаратуры, офисной и бытовой техники.
При значительных колебаниях напряжения могут быть нарушены условия нормальной работы электродвигателей, возможно отпадание контактов магнитных пускателей с соответствующим отключением работающих двигателей.
Колебания напряжения с размахом (10 ... 15)% могут привести к выходу из строя конденсаторных батарей, а также вентильных преобразователей. На металлургических заводах возможно разрушение сердечников индукционных плавильных печей. Снижается производительность электролизных установок, сокращается срок их службы вследствие повышенного износа анодов. Колебания амплитуды и фазы напряжения вызывают колебания электромагнитного момента, активной и реактивной мощностей синхронных генераторов предприятий, а это сказывается на экономичности работы станции. Колебания фазы напряжения вызывают вибрации электродвигателей, механических конструкций и трубопроводной арматуры. В последнем случае снижается усталостная прочность металла, сокращается срок его службы.
Меры компенсации колебаний напряжения. Снижение уровней колебания напряжения в городских электрических сетях возможно следующими способами:
• Применения быстродействующих источников реактивной мощности, способных компенсировать изменения реактивной мощности.
• Применение оборудования с улучшенными характеристиками (снижение ΔQ). Применение электродвигателей со сниженным пусковым током и улучшенным cosφ при пуске. Или применение частотного регулирования электроприводов, а также устройств плавного пуска – остановка двигателя
• Подключение к мощной системе электроснабжения (увеличение Sкз). Распространение колебаний напряжения в сторону системы электроснабжения происходит с затуханием колебаний по амплитуде. Причём, коэффициент затухания тем больше, чем мощнее система электроснабжения.
• Приближение источников питания высшего напряжения к электроприемникам с резкопеременной нагрузкой и разделение питания этих электроприёмников от спокойных нагрузок, путем использования сдвоенных реакторов или силовых трансформаторов с расщепленными обмотками (см рис. 3). Размах изменения напряжения δUt на шинах спокойной нагрузки (- Q) снижается на 50...60 %. "Минусы" – возрастают потери при неполной загрузке трансформаторов.
Рисунок 1 – Анимированные схемы для уменьшения колебаний напряжения в сети (для просмотра нажать "обновить" 9 кадр/сек, 5 повторений)
• Снижение сопротивления питающего участка сети. При увеличении сечения проводников линии снижается R, а применение устройств продольной компенсации снижает суммарное X. "Минусы" – увеличиваются капитальные затраты, а применение продольной компенсации опасно повышением токов короткого замыкания при X > 0.
На практике не обоснованно, но активно применяют последние два мероприятия.
В литературе безоговорочно рекомендуется для уменьшения колебаний напряжения применение сдвоенных реакторов (СР). Определим область применения СР и оценим их техническую эффективность по сравнению с индивидуальным и групповым реактированием.
Сопоставим схемы индивидуального и группового реактирования со СР по отклонениям напряжения (ОН) и колебаниям напряжения (КН).
Для обеспечения сопоставимости будем считать, что при индивидуальном реактировании (рис. 4, а), как и в схеме рис. 4, в со СР, электроприемники разбиваются на две группы с электрическими нагрузками I1 и I2. В схеме рис. 4, б с групповым реактором по нему протекает суммарный ток. По условию ограничения токов КЗ сопротивления Хр реакторов одинаковы. В нормальном режиме сопротивление левой ветви сдвоенного реактора, по которой протекает ток I1, уменьшается на значение k•Xp•I2/I1, определяемое коэффициентом k магнитной связи между обмотками.
Рисунок 2 – Схемы соединения реакторов
а- индивидуальное реактирование; б- групповое реактирование; в- реактирование со сдвоенным реактором.
При проектирование систем электроснабжения промышленных предприятий напряжение источника питания считается равным номинальному значению Uном. Поэтому ОН в расчетных точках, показанных на рис. 4 кружками, совпадают по абсолютному значению с потерями напряжения. Во всех схемах на сопротивлении сети Х потери одинаковы и равны √3•X•(I1+I2) Неравномерность распределения нагрузок характеризуется коэффициентами неравномерности
βc=I2c/I1c или βσ=σ2/σ1
Обозначив α=X/Xp,Vc=√3•Xp•I1c, запишем выражения для средних значений потерь напряжения в расчетных точках для трех схем:
, (1)
Коэффициенты эффективности сдвоенных реакторов по средним отклонениям напряжения:
,(2)
,(3)
положительны, если СР уменьшает отклонения напряжения. Выполнив расчет падений напряжения и коэффициентов эффективности при Х=0 (Ом) и Х=0,81 (Ом) для обычного РБ 10-630-0,25УЗ и сдвоенного РБС 10-2*630-0,25УЗ реакторов, получим следующие графики:
Рисунок 3 – Графики падения напряжения на реакторах при Х=0
Рисунок 4 – Зависимость коэффициентов эффективности от коэффициента неравномерности при Х=0
Рисунок 5 – Графики падения напряжения на реакторах при Х=0,81
Рисунок 6 – Зависимость коэффициентов эффективности от коэффициента неравномерности при Х=0,81
Из графиков видно, что зависимость коэффициентов эффективности от коэффициента неравномерности (характеристики эффективности) начинаются с нуля, так как при нулевом значении аргумента ток в правой ветви отсутствует и все схемы эквивалентны. В первой и второй схемах потери напряжения возрастают по прямой, а в третьей – знак углового коэффициента зависит от соотношения между сопротивлением сети и коэффициентом магнитной связи.
Сопоставим вначале схемы с индивидуальным реактированием и СР. При малых сопротивлениях сети, когда α < κ, с увеличением βc от нуля отрицательная потеря напряжения в ветви СР все больше компенсирует потерю напряжения в сети. В результате суммарная потеря уменьшается, а эффективность СР растет. Полная компенсация достигается при βc=(1+α)/(κ-α), когда кривые эффективности стремятся в бесконечность. При дальнейшем увеличении аргумента суммарная потеря напряжения изменяет знак, но поскольку оценка производится по абсолютным значениям, эффективность СР уменьшается. Более того, перекомпенсация может стать настолько большой, что потеря напряжения по абсолютному значению превысит потерю напряжения в первой схеме. Согласно (2) область применения СР по средним отклонениям напряжения определяется неравенством:
, (4)
Из которого следует, что ограничения области применимости будут лишь при
. Если неравенство (4) не выполняется,
то характеристика эффективности пересекает ось абсцисс при
, а затем стремится к отрицательному значению
. При больших сопротивлениях сети полная компенсация в первой схеме невозможна, в связи с чем характеристики эффективности не имеют разрыва, монотонно возрастают, стремясь к положительному значению
.
Перейдем к схеме с групповым реактором. Здесь потери напряжения больше на величину
, поэтому эффективность СР заведомо выше. При
кривые эффективности вначале возрастают,
но после точки разрыва уже не пересекают ось абсцисс, стремясь к значению
При больших сопротивлениях сети кривые эффективности монотонно возрастают, на превосходя значения
.
При увеличении сопротивлений сети предельные значения коэффициентов эффективности обратно пропорциональны разности ?-k. Это свидетельствует о том, что увеличение сопротивления расширяет область применимость, но при этом эффективность СР уменьшается.
С увеличением коэффициентов неравномерности для левой ветви СР уменьшаются соответствующие коэффициенты для правой ветви. Поэтому если требования к качеству напряжения одинаковы для обеих ветвей, то приходится стремиться к равномерному распределению нагрузок. Подстановка
дает неравенство
, которое всегда
выполняется. Поэтому при равномерном распределении нагрузок
СР всегда эффективен по средним ОН.
Средние ОН не зависят от степени корреляции между нагрузками. Иначе обстоит дело с диапазонами ОН от их средних значений, которые определяются соответствующими стандартами σσ
Для различных схем реактирования при
и 
стандарты
,(5)
,(6)
,(7)
существенно зависят от коэффициента корреляции r.
Коэффициенты эффективности СР по диапазонам ОН находятся из выражений
,(8)
в которых абсолютные значения отсутствуют, так как стандарты всегда положительны.
При подстановке в формулу (8) значения r = 1 получаем выражения аналогичные (2) и (3). Поэтому все выводы об эффективности СР для этого частного случая идентичны для средних значений и диапазонов ОН: СР увеличивает диапазон отклонений лишь по сравнению с индивидуальным реактированием при значениях βσ лежащих выше кривой r = 1.
Сопоставим вначале первую и третью схемы. Область применимости СР вместо индивидуальных определяется неравенством
, которое справедливо при
, откуда получаем условия:
(9)
Аналогичным образом из неравенства σσ2>σσ3
найдём условие
эффективности СР по сравнению с групповым реактором.
При положительной корреляции это условие выполняется всегда, а в случае отрицательной корреляции – при
(10)
Вид кривых эффективности зависит от соотношения стандартов. Рассмотрим случаи питания электроприёмников от системы бесконечной мощности, когда α = 0. В схеме индивидуального реактирования при любых r стандарт не зависит от βσ. Для других схем при отсутствии корреляции стандарты возрастают, причём βσ.
Для других схем при отсутствии корреляции стандарты возрастают, причём σσ2<σσ3.
Поэтому СР менее эффективен, чем индивидуальные реакторы, а по сравнению с групповым реактированием
более эффективен. Причина такого явления наглядно видна в случае, когда по левой ветви СР протекает неизменный ток.
В схеме с индивидуальным реактором колебания напряжения, естественно, отсутствуют, а в схеме со СР за счёт магнитной
связи изменение тока правой ветви ведёт к изменению сопротивления левой ветви. Умножение неизменного тока на переменное
сопротивление даёт переменную потерю напряжения. Этот же пример поясняет, почему в схеме с групповым реактором результат
противоположен: ток правой ветви создаёт долю потерь напряжения величиной 
,
а магнитная связь в левой ветви – только 
.
При r=1 стандарт σσ2не ограничено возрастает, стандарт σσ3 с увеличением βσот 0 до 1/k вначале уменьшается до 0, а затем при βσ>1/k возрастает. В святи с этим СР всегда эффективней группового реактора, а по сравнению с индивидуальным реактированием применим лишь в области значений βσ>2/k.
При r=1 и увеличении βσот 0 до 1 уже стандарт σσ2 уменьшается до 0, а затем неограниченно возрастает, но в большей мере, чем стандарт σσ3. Равенство стандартов достигается при βσ=2/(1-k). Поэтому СР эффективней группового реактора при больших значениях βσ, а по сравнению с индивидуальным реактированием всегда менее эффективен.
Рассмотрим эффективность применения СР по колебаниям напряжения, которые в общем случае характеризуются дозой фликера. Количественно эта доза близка к дисперсии процесса после фильтра динамической модели, определяющей этот показатель. В этой связи оценки по дозе колебаний и дисперсии
аналогичны. Доза y измеряется (%)2, а для перехода к КН используются величина 
,
которая пропорциональная стандарту процесса после фильтра.
Это позволяет оценивать эффективность сдвоенного реактирования по КН так же,
как и по диапазону ОН, для этого достаточно в формулы (5) – (8) подставить значения
,
, где ψ1, ψ2
дозы колебаний нагрузки.
Для нахождения области применения СР по диапазону ОН или дозам фликера при равномерном распределении необходимо подставить в (9) и (10) значение βσ и решить неравенство относительно α. В результате области эффективности сдвоенного реактирования по сравнению с индивидуальным даются неравенствами:
– в случаях положительной корреляции:
– некоррелированности и отрицательной корреляции:
и коэффициент корреляции отрицателен.
Выводы на данный момент работы: СР в большинстве случаев уменьшает среднее значение значение напряжения; эффективность СР по диапазону и дозе КН зависит от характера связи между электрическими нагрузками ветвей. Существует определенные области значений коэффициентов корреляции, при которых СР увеличивает диапазон отклонений и колебаний напряжения.
Автореферат подготовлен на основе статьи Э.Г. Куренный, Н.Н. Погребняк, Сулейман Халед, Л.Е. Клименко «Эффективность применения сдвоенных реакторов». Дальнейшие результаты исследований применения СР будут помещены на сайт по окончанию выполнения магистерской работы.
Перечень ссылок
1 Шидловский А.К., Борисов Б.П., Вагин Г.Я., Куренный Э.Г., Крахмалин И.Г. Электромагнитная совместимость электроприемников промышленных предприятий. – К: Наукова думка, 1992 – 236с.
2 ГОСТ 13109-97. Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в ситемах электроснабжения общего назначения. - Введ. в Украине с 01.01.2000 .
3 Ермилов А. А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. Изд.3- е, перераб. и доп. Г., "Энергия", 1976.
4 Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / Под ред. Ю. Г. Барыбина и др. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 464 с.
5 Мукосеев Ю.Л., Электроснабжение промышленных предприятий. – М: Энергия, 1973. – 584 с.
6 Ермилов А. А., Соколов Б. А. Электроснабжение промышленных предприятий - 4- е изд., перераб. и доп. - Г.:
Энергоатомиздат, 1986 - 144 с.
7 Жежеленко И. В. И др. Качество электроенергии на промышленных предприятиях / И. В. Жежеленко, М. А. Рабинович, В. М. Божко. - К.: Техника, 1981, 160 с.
|
Главная страница |
Реферат |
Библиотека |
Ссылки |
Отчет о поиске |
Крым в жизни семьи Романовых |
© 2008 ДонНТУ