Jaký je důvod odchylky napětí?

3.1 Odchylky napětí Odchylky napětí od jmenovitých hodnot vznikají v důsledku denních, sezónních a technologických změn elektrického zatížení spotřebičů; změny výkonu kompenzačních zařízení; regulace napětí generátory elektráren a rozvoden energetických soustav; změny v uspořádání a parametrech elektrických sítí. Odchylka napětí je určena rozdílem mezi efektivními U a jmenovité hodnoty napětí U_NOM , V: (3.1) nebo,% (3.2) Odchylka napětí v ustáleném stavu je rovna, %: (3.3) kde je hodnota napětí v ustáleném stavu (efektivní) během intervalu průměrování (viz kapitola 3.8). V jednofázových elektrických sítích je efektivní hodnota napětí definována jako hodnota napětí základní frekvence bez zohlednění vyšších harmonických složek napětí a v třífázových elektrických sítích – jako efektivní hodnota kladné sekvence napětí základní frekvence. Norma normalizuje odchylky napětí na svorkách přijímačů elektrické energie. Normálně přípustné a maximální přípustné hodnoty odchylky ustáleného napětí se rovnají ±5, resp. ±10% hodnoty jmenovitého napětí a v místech obecného připojení spotřebičů elektrické energie musí být stanoveny ve smlouvách o dodávkách energie pro hodin minimálního a maximálního zatížení v energetickém systému, s přihlédnutím k nutnosti dodržovat normy pro svorky přijímačů elektrické energie v souladu s regulačními dokumenty. 3.2 Kolísání napětí Kolísání napětí je způsobeno prudkou změnou zátěže na uvažovaném úseku elektrické sítě, např. zařazením asynchronního motoru s vysokou frekvencí rozběhového proudu, technologickými instalacemi s rychle proměnlivým provozním režimem, zapojením asynchronního motoru s vysokou frekvencí rozběhového proudu, střídavým prouděním, střídavým prouděním a zapínáním na náběh. provázené otřesy činného a jalového výkonu – např. pohon reverzních válcovacích stolic, obloukových ocelárenských pecí, svářeček apod. Kolísání napětí je charakterizováno dvěma indikátory:

• rozsah změny napětí
• dávka blikání

Rozsah změn napětí se vypočítá pomocí vzorce % (3.4) kde , jsou hodnoty po sobě jdoucích extrémů (nebo extrémního a horizontálního řezu) obálky efektivních hodnot napětí, podle obr. 3.1. Obr.3.1. Kolísání napětí Opakovací frekvence změn napětí , (1/s, 1/min) je určena výrazem: (3.5) kde m – počet změn napětí v čase Т;
Т – časový interval měření se rovná 10 minutám. Pokud nastanou dvě změny napětí ve vzdálenosti kratší než 30 ms, jsou považovány za jednu. Časový interval mezi změnami napětí je roven: (3.6) Posouzení přípustnosti rozsahů změn napětí (kolísání napětí) se provádí pomocí křivek závislosti přípustných rozsahů kolísání na frekvenci opakování změn napětí nebo časovém intervalu mezi změnami napětí. následné změny napětí. CE v místě společného spojení s periodickým kolísáním napětí majícího meandrovitý (obdélníkový) tvar (viz obr. 3.2) se považuje za vyhovující požadavkům normy, pokud naměřená hodnota rozsahu změn napětí nepřesahuje hodnoty ​určeno z křivek na obr. 3.2 pro odpovídající rychlost opakování změn napětí nebo interval mezi změnami napětí. Obr.3.2. Kolísání napětí libovolného tvaru (a) a meandrovitého tvaru (b) Maximální přípustná hodnota součtu ustálené odchylky napětí δU_У a rozsah změn napětí?U_t v místech připojení k elektrickým sítím s napětím 0,38 kV se rovná ±10 % jmenovitého napětí. Dávka blikání je mírou náchylnosti osoby k účinkům kolísání světelného toku způsobeného kolísáním napětí v napájecí síti po stanovenou dobu. Norma stanovuje krátkodobé () a dlouhodobé dávky blikání () (krátkodobé je stanoveno v časovém intervalu pozorování 10 minut, dlouhodobé v intervalu 2 hodin). Výchozími údaji pro výpočet jsou úrovně blikání měřené pomocí měřiče blikání – zařízení, které modeluje křivku citlivosti (amplitudově-frekvenční odezvu) zrakového orgánu člověka. V současné době byl v Ruské federaci zahájen vývoj měřičů blikání pro sledování kolísání napětí. EC pro dávku blikání splňuje požadavky normy, pokud krátkodobé a dlouhodobé dávky blikání, stanovené měřením za 24 hodin nebo výpočtem, nepřekračují nejvyšší přípustné hodnoty: pro krátkodobou dávku blikání – 1,38 a pro dávka dlouhodobého blikání – 1,0 (při kolísání napětí s tvarem odlišným od meandru). Maximální přípustná hodnota pro krátkodobou dávku blikání v místech společného připojení spotřebičů elektřiny se žárovkami v místnostech, kde je vyžadována výrazná zraková zátěž, je 1,0 a pro dlouhodobou dávku – 0,74, s kolísáním napětí s tvarem jiný než meandr. 3.3 Nesinusové napětí V procesu výroby, přeměny, distribuce a spotřeby elektřiny dochází ke zkreslení ve tvaru sinusových proudů a napětí. Zdrojem zkreslení jsou synchronní generátory elektráren, výkonové transformátory pracující při zvýšených hodnotách magnetické indukce v jádře (při zvýšeném napětí na jejich svorkách), měniče AC na DC a elektrické pohony s nelineární voltampérovou charakteristikou ( nebo nelineární zatížení). Zkreslení vytvářená synchronními generátory a výkonovými transformátory jsou malá a nemají zásadní vliv na napájecí soustavu a provoz elektrického zařízení. Hlavní příčinou zkreslení jsou ventilové měniče, elektrické obloukové pece na tavení oceli a rudy, zařízení pro obloukové a kontaktní svařování, frekvenční měniče, indukční pece, řada elektronických technických zařízení (TV přijímače, PC), plynové výbojky, atd. Elektronické napájecí přijímače a plynové výbojky vytvářejí během svého provozu nízkou úroveň harmonického zkreslení na výstupu, ale celkový počet takových elektronických zařízení je velký. Z kurzu matematiky je známo, že jakákoli nesinusová funkce (např Obr. 3.3), splňující Dirichletovu podmínku, lze znázornit jako součet konstantní hodnoty a nekonečné řady sinusových hodnot s více frekvencemi. Takové sinusové složky se nazývají harmonické složky nebo harmonické. Sinusová složka, jejíž perioda je rovna periodě nesinusové periodické veličiny, se nazývá základní neboli první harmonická. n-nazývají se vyšší harmonické. Obr.3.3. Nesinusové napětí Nesinusové napětí je charakterizováno následujícími indikátory:

• činitel zkreslení sinusové křivky napětí.
• součinitel n-tá harmonická složka napětí.

Koeficient sinusového zkreslení křivky napětí je určen výrazem, % ;(3.7) kde je efektivní hodnota n-tá harmonická složka napětí, V;
n – řád harmonické složky napětí,
N – pořadí poslední zohledněné harmonické složky napětí je stanoveno normou N = 40;
– efektivní hodnota napětí hlavní frekvence, V. Lze ji určit výrazem, % (3.8) kde – jmenovité napětí sítě, V. Koeficient nHarmonická složka napětí je rovna, % (3.9) Lze vypočítat pomocí výrazu, % (3.10) Pro výpočet je nutné určit napěťovou hladinu jednotlivých harmonických generovaných nelineární zátěží. Harmonické fázové napětí v návrhovém bodě sítě se zjistí z výrazu: (3.11) kde je efektivní hodnota fázového proudu n – oh harmonické; – napětí nelineární zátěže (pokud se návrhový bod shoduje s bodem připojení nelineární zátěže, pak = ); – jmenovité síťové napětí; – zkratový výkon v místě připojení nelineární zátěže. Pro výpočet je nutné nejprve určit proud příslušné harmonické, který závisí nejen na elektrických parametrech, ale také na typu nelineární zátěže. Normálně přípustné a maximálně přípustné hodnoty v místě společného připojení k elektrickým sítím s různým jmenovitým napětím jsou uvedeny v tabulce 3.1. Tabulka 3.1 Hodnoty koeficientu sinusového zkreslení napěťové křivky

3.4 Napěťová asymetrie Nejčastějšími zdroji napěťové asymetrie v třífázových napájecích soustavách jsou spotřebiče elektřiny, jejichž symetrické vícefázové provedení je buď nemožné nebo nepraktické z technických a ekonomických důvodů. Mezi taková zařízení patří indukční a elektrické obloukové pece, železniční trakční zátěže na střídavý proud, elektrické svařovací jednotky, speciální jednofázové zátěže a osvětlovací zařízení. K asymetrickým napěťovým režimům v elektrických sítích dochází také v nouzových situacích – při výpadku fáze nebo asymetrických zkratech. Napěťová asymetrie je charakterizována přítomností v třífázové elektrické síti napětí záporné nebo nulové složky, která jsou podstatně menší než odpovídající složky stejnosměrné (hlavní) složky. K asymetrii třífázového napěťového systému dochází v důsledku superpozice kladných složkových napětí soustavy záporných složek na soustavě, což vede ke změnám absolutních hodnot fázových a sdružených napětí (obr. 3.4.). Obr.3.4. Vektorový diagram kladné a záporné sekvence napětí. Kromě asymetrie způsobené napětím systému se zpětnou složkou může asymetrie vzniknout superpozicí napětí systému nulové složky na systému kladné složky. V důsledku posunutí neutrálu třífázové soustavy dochází k asymetrii fázových napětí při zachování symetrické soustavy sdružených napětí (obr. 3.5.). Obr.3.5. Vektorový diagram kladného a nulového sledu napětí. Asymetrie napětí je charakterizována následujícími indikátory:

Odchylka napětí v elektrické síti je rozdíl mezi její aktuální skutečnou hodnotou v ustáleném provozním stavu a jmenovitou hodnotou pro danou síť. Důvod odchylky napětí v kterémkoli bodě energetické sítě spočívá ve změně zatížení sítě v závislosti na harmonogramech různých zátěží.

Odchylka napětí ovlivňuje provoz zařízení. V technologických procesech tedy pokles napájecího napětí vede k prodloužení doby trvání těchto procesů a v důsledku toho se zvyšují náklady na výrobu. A zvýšení napětí zkracuje životnost zařízení, protože zařízení začíná pracovat s přetížením, což zvyšuje pravděpodobnost nehod. Pokud se napětí výrazně odchyluje od normy, může dojít k narušení technologického procesu.

Na příkladu osvětlovacích soustav můžeme poukázat na skutečnost, že se zvýšením napětí pouze o 10% se provozní doba žárovek zkracuje čtyřnásobně, to znamená, že žárovka vyhoří mnohem dříve! A při snížení napájecího napětí o 10% se světelný tok žárovky sníží o 40%, zatímco u zářivek klesne světelný tok o 15%. Pokud je při zapnutí zářivky napětí 90% jmenovité hodnoty, bude blikat a při 80% se nerozběhne vůbec.

Asynchronní motory jsou velmi citlivá zařízení na napájecí napětí. Takže pokud napětí na vinutí statoru klesne o 15%, pak se točivý moment na hřídeli sníží o čtvrtinu a motor se s největší pravděpodobností zastaví nebo, pokud mluvíme o startování, asynchronní motor se vůbec nerozběhne . Při sníženém napájecím napětí se zvýší odběr proudu, více se zahřejí statorové vinutí a značně se sníží běžná životnost motoru.

Při dlouhodobém provozu motoru při napájecím napětí 90 % jmenovité hodnoty se jeho životnost zkrátí na polovinu. Pokud napájecí napětí překročí jmenovitou hodnotu o 1 %, pak se jalová složka výkonu spotřebovaného motorem zvýší přibližně o 5 % a celková provozní účinnost takového motoru se sníží.

V průměru elektrické sítě pravidelně zásobují následující zátěže: 60 % energie pochází z asynchronních elektromotorů, 30 % z osvětlení atd., 10 % ze specifických zátěží, například moskevské metro tvoří 11 %. Z tohoto důvodu upravuje GOST R 54149-2010 maximální přípustnou hodnotu ustálené odchylky na svorkách elektrických přijímačů jako ± 10 % jmenovité hodnoty sítě. V tomto případě je ± 5 % považováno za normální odchylku.

Existují dva způsoby, jak tyto požadavky splnit. Prvním je snížení ztrát, druhým je regulace napětí.

Způsoby, jak snížit ztráty

Optimalizace R – výběr průřezu vodičů elektrického vedení v souladu s předpisy pro podmínky minimálních možných ztrát.

Optimalizací X je použití podélné kompenzace reaktancí vedení, což je spojeno s nebezpečím zvýšených zkratových proudů při X→0.

Kompenzační cesta Q je použití PFC instalací za účelem snížení jalové složky během přenosu elektrickými sítěmi, pomocí přímých kondenzátorových jednotek nebo pomocí synchronních elektromotorů pracujících v přebuzení. Kompenzací jalového výkonu bude kromě snížení ztrát možné dosáhnout úspor energie, protože se sníží celkové elektrické ztráty v sítích.

Způsoby regulace napětí

Pomocí transformátorů v napájecím centru je regulováno napětí UDC. Speciální transformátory jsou vybaveny automatickými zařízeními pro úpravu transformačního poměru podle aktuální hodnoty zatížení. Regulace je možná přímo pod zátěží. Těmito zařízeními je vybaveno 10 % výkonových transformátorů. Rozsah řízení je ±16 %, s krokem řízení 1,78 %.

Regulaci napětí lze realizovat i transformátory mezistanic Utp, jejichž vinutí různých transformačních poměrů jsou na nich opatřena přepínatelnými odbočkami. Regulační rozsah je ±5 %, s regulačními kroky 2,5 %. Přepínání se zde provádí bez buzení – s odpojením od sítě.

Organizace dodávky energie je odpovědná za neustálé udržování napětí v mezích regulovaných GOST (GOST R 54149-2010).

Ve skutečnosti lze R a X zvolit ve fázi návrhu elektrické sítě a další provozní změny těchto parametrů jsou nemožné. Q a Utp lze upravovat při sezónních změnách zatížení sítě, ale provozní režimy kompenzačních jednotek jalového výkonu musí být řízeny centrálně, v souladu s aktuálním provozním režimem celé sítě, to znamená, že to musí provádět organizace zásobování energií.

Pokud jde o úpravu napětí Utsp – přímo z energetického centra, jedná se o nejpohodlnější metodu pro organizaci dodávky energie, která vám umožňuje rychle upravit napětí přesně podle plánu zatížení sítě.

Smlouva o dodávce energie specifikuje limity kolísání napětí v místě připojení spotřebitele; při výpočtu těchto limitů je nutné vycházet z úbytku napětí mezi daným bodem a napájecím přijímačem. Jak bylo uvedeno výše, GOST R 54149-2010 reguluje přípustné hodnoty odchylek v ustáleném stavu na svorkách elektrického přijímače.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!