1.Основные понятия о компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения.

tg=Q/P

∆P=3*I²*R.

Раньше при низком коэффициенте мощности потребитель должен был обязан установить компенсирующее устройство, теперь он должен выбрать ставить КУ или платить за реактивную энергию, превышающую уровень экономич значения.

2.Способы компенсации реактивной мощности.

1)Использование симметричных машин: синхронных генераторов(E>U), синхронных двигателей(E<U), синхронных компенсаторов(E=U).

2)Конденсаторные компенсирующие устройства (в виде параллельной или последовательной компенсации);

3)Фильтр-симметрирующие устройства.

3.Параллельная компенсация реактивной мощности в сетях: не содержащих преобразовательных установок.

Такие устройства м/б индивидуальные, групповые и централизованные.

При групповом устанавливается на шинах низшего напряжения (0,4кВ).

Централизованные на шинах 6, 10кВ ТП.

В сетях, где нет выпрямительных установок КУ содержат только конденсаторы.

4.Параллельная компенсация реактивной мощности в сетях, содержащих преобразовательные установки.

kωL=1/kωC; X/L/=1/k²*Xc.

Для переем тока k=3 =>X/L/=1/9*Xc. Uc м/б > U1.

При пост токе k=5, k=11. Т.к. коэфф мощности высокий (до 0,97), то необходимость установки компенсации на подстанцию постоянного тока снята. И ставят только на подстанции перем тока.

{на каждую обмотку тр-ров не ставят, т.к. потребовались бы разные ёмкости, неизвестны токи и т.д., самое выгодное на ЭПС, но на конденсаторной основе не влезают, хотя можно попробовать на импульсной. Т.о. остаётся только между КПлп и рельсом и КПпп и рельсом.}

5.Последовательная компенсация реактивной мощности.

6.Проблема качества электрической энергии. Показатели качества и вспомогательные параметры, установленные госТом.

Качество элЭнергии – совокупность таких св-в, которые обеспечивают нормальную работу приёмников элЭнергии.

Нормируется качество ГОСТом – “Нормы качества Эл.Энергии в системах ЭС общего назначения”. (ГОСТ 13109-97).

Проблема качества имеет 3 аспекта: 1)Экономический, 2)Математический (хар-ет методы расчёта показателей качества), 3)Технический (охватывает тех меры по повышению кач-ва, приборы, автоматизированные системы для измерения показателей качества).

Качество элЭнергии зависит от основных параметров: частота, напряжение, синусоидальность кривой напряжения, симметричность напряжения.

Вспомогательные параметры (т.е. величины, которые используются при вычислении параметров качества): 1)Частота повторения изменения напряжения; 2)Интервал между изменением напряжения; 3)Глубина провала напряжения; 4)Длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды; 5)Длительность временного перенапряжения.

ПКЭ установлены для двух вариантов: нормальнодопустимые и предельнодопустимые вел-ны.

ФЛИКЕР – субъективное восприятие человеком колебания светового потока искусственных источников освещение вызванных изменением напряжения питающего эти источники.

ДОЗА ФЛИКЕРА – количественная оценка субъективного восприятия мерцания света.

7.Оценка уровня частоты и меры по её стабилизации.

От частоты зависит нормальная работа всех Эл приёмников. Нарушение синхронности работы ведёт к распаду энергосистемы.

Частота установлена: Нормальное отклонение +-0,2Гц; Предельно допустимое +-0,4Гц; Погрешность измерения 0,03Гц.

Проводится 15 измерений за 20 секунд.

f/у/=[(i=1Σ15)f/i/]/N, где f/у/ - усреднённое значение частоты.

Считается, что элЭнергия соответствует требованиям стандартов по частоте, если отклонение частоты за весь период измерения не выходит за предельные значения в течение суток. При этом 95% измерений не выходит за предельные нормы значений. Разрешается оценку качества делать по числу выбросов за пределы норм отклонений.

Уровень частоты определяется всецело работой первичных двигателей на Эл станции, т.е. турбины, которые вращают генераторы дизелей. На источнике установлено средство автоматически поддерживающее частоту вращения.

Предусмотрены специальные автоматические устр-ва разгружающие эн систему, в случае падения частоты (при перегрузке) – АЧР (автоматика частотной разгрузки). Существует определённый порядок отключения АЧР потребителей по их значимости.

8.Влияние уровня напряжения на работу электроприёмников. Установившееся отклонение напряжения.

От изменения уровня напряжения зависит нормальная работа потребителей. Для разных потребителей уровень напряжения сказывается по разному. В асинхронных двигателях от напряжения зависит скорость вращения. Синхронные двигатели вообще практически не могут работать. Асинхронные двигатели меняют скольжение.

На освещении уровень напряжения сказывается тем, что при напряжении выше номинального лампы горят ярче, но падает срок службы, и наоборот.

Считается, что повышение напряжения на 10% сверх нормы снижает срок службы в 2 раза. Для оценки уровня напряжения в ГОСТе предусмотрено несколько величин, таких как например ‘установленное отклонение напряжения’. δU/у/= [U/у/-U/ном/]/[U/ном/]*100, где U/у/ - установленное значение. За U/у/ приходится принимать усреднённое значение. В однофазных сетях усреднённое значение основной частоты, для 3-х фазных цепей – усреднённое значение только по первой гармонике. Причём это значение м/б получено или аналитическим расчётом через составляющие напряжения, или измерено с некоторыми допущениями.

U/у/ на практике можно вычислить как 1/3 от суммы междуфазных напряжений.

За минуту необходимо провести 18 измерений.

Нормально доп значение +-5%, Предельно доп ±10%.

9.Колебания напряжения. Размах изменения напряжения. Доза фликера.

Характеризуются двумя показателями: размахом изменения напряжения и дозой фликера.

Колебания напряжения влияют на цветовосприятие (фликера).

При оценке колебаний напряжения приходится приводить реальные формы колебаний к форме меандра. При измерении отклонений напряжения необходимо фиксировать или среднеквадратичное или максимальное значение напряжения, причём за каждый полупериод.

Отклонение напряжения оценивается в %, как отношение абсолютной величины: δU/i/=[|U/i/-U/i+1/|]/[U/ном/]*100.

Кривую строят как огибающую среднеквадратичные значения за каждый полупериод

δU/i/=[|U/аi/-U/а,i+1/|]/[√2*U/ном/]*100., где U/a/ - амплитудное значение.

Кроме самого отклонения напряжения (размаха) вычесляется частота повторения изменения напряжения F(δU/i/)=m/T, где m – число изменений за период Т.

Нормы для колебаний напряжений приводятся в виде кривой предельных значений, но только для формы меандра.

Для перехода от формы меандра к фактическим имеются специальные таблицы и графики позволяющие откорректировать исходные формы для меандра.

Считается, что отклонения находятся в норме, если они не выходят за предельные значения от 1 до 1,38 от Uном.

Для оценки ДОЗЫ ФЛИКЕРА существует целая методика. Проще всего, если есть фликметр. Но при этом объём вычислений и измерений получается большим, т.к. каждая доза фликера обладает своей вероятностью появления. Поэтому её измеряют для разных уровней вероятности. Берут вероятности: 0,1; 0,7; 1,0; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10; 13; 17; 30; 50; 80%.

Для каждой из этих вероятностей фликерметром определяют фактическую дозу, а оценка производится не по фактической дозе, а по интегральным значениям. Поэтому по Р/0,1/, Р/0,7/ и т.д. находят прежде всего сглаженные дозы фликера. P/1s/=[P/0,7/+P/1,0/+P/1,5/]/3 – 1 сглаженный уровень, P/3s/=[P/2,2/+P/3,0/+P/4,0/]/3 – 2-й сглаженный уровень; P/10s/=[P/6/+P/8/+P/10/+P/13/+P/17/]/5 – 3-й сглаженный уровень; P/50s/=[P/30/+P/50/+P/80/]/3 – 4-й сглаженный уровень.

Различают кратковременные и длительные дозы фликера.{Рассчитываются по разным формулам, для длительной дозы состоит из суммы кратковременной средней арифметической}.

Уровень напряжения считается качественным по дозе фликера, если каждая кратковременная или длительная доза фликера, определяющаяся или путём измерения или путём расчёта, не выходит за пределы допускаемых значений. Эти допускаемые значения зависят от уровня требований к качеству Эл энергии. Для более точных работ, требующих зрительное напряжение, эти нормы более жёсткие. Для работ с меньшим ограничением м/б допущена большая доза фликера. В стандарте приведены таблицы, где для разных условий определяются эти дозы.

ФЛИКЕР – субъективное восприятие человеком колебания светового потока искусственных источников освещение вызванных изменением напряжения питающего эти источники.

ДОЗА ФЛИКЕРА – количественная оценка субъективного восприятия мерцания света.

10.Частота повторения изменения напряжения, частость появления провалов напряжения.

Кроме самого отклонения напряжения (размаха) вычисляется частота повторения изменения напряжения F(δU/i/)=m/T, где m – число изменений за период Т.

ПРОВАЛ НАПРЯЖЕНИЯ хар-ется двумя показателями: длительностью провала и глубиной провала.

Сильным провалом считается снижение уровня напряжения ниже 0,9 от Uном.

∆Uп – глубина провала(от 0,9 до Uп), ∆tп – длительность провала.(tкп-tнп).

За глубину провала принимают разницу между уровнем 0,9 Uном и фактическим напряжением во время провала.

∆tп учитывается, если она не менее 30 сек; если меньше, то это не провал, а колебание.

Соответствующие нормы определяют предельное значение провала, которое должно быть в сумме с отклонением напряжения не более 10%.

11.Длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды. Длительность временного перенапряжения.

Оценка импульса напряжения даётся по уровню амплитуды 0,5 и по времени действия этого импульса амплитуды 0,5.

Здесь нормы нет, но уровень импульса оговорён в технической документации.

Т.к. на импульсные перенапряжения может реагировать автоматика и релейная защита, то импульсом считается обычно величина, если её длительность более 40 мс.

ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ВРЕМЕННОГО ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ – интервал времени между моментом начала перенапряжения и моментом его исчезновения.

Период, за который оценивают кач-во элЭнергии принят равным 24 часам. Контроль осуществляют представители энергосистем или спец лаборатория. Требования к качеству должны быть отражены в договорах для установившегося значения отклонения напряжения ежегодно. Для остальных показателей раз в 2 года. Для потребителей, ухудшающих качество, измерения производятся в точках подключения к энергосистеме и у каждого источника, искажающего энергию. Если сети относятся к системе, то контроль осуществляется в точках подключения потребителей.

Временное перенапряжение оценивается коэффициентом временного перенапряжения, величина которого k/пер/=[U/a,max/]/[√2*U/ном/], где U/a,max/ - Max значение из всех измеренных амплитуд при резком превышении уровня напряжения, равного 1,1√2Uном. Вторая хар-ка – время существования перенапряжения.

∆tпер=tкпер-tнпер, За tнпер примем момент, когда напряжение превышает 1,1Uном; tкпер – время, когда перенапряжение спадает до 1,1Uном.

12.Несинусоидальность кривой напряжения, отрицательные влияния, вызванные несинусоидальностью кривых напряжения и тока.

e=B*l*U. ЭДС станет синусоидальным, когда B=Bм*sinωt. Конструктивно этого можно достич. Искажение синусоидальности вызывается изменением нагрузки. Основной причиной появления несинусоидальности явл-ся наличие нелинейных Эл-тов, т.е. элементов с нелинейной внешней характеристикой. Такими элементами явл-ся цепи со сталью, ёмкости, выпрямители и инверторы, которые используют элементы с нелинейными характеристиками.

k=p*n±1 – семейство гармоник, где р – число пульсаций выпрямителя, n – натуральный ряд чисел.

Для систем переменного тока, где используются выпрямители на ЭПС, хар-ся по числу пульсаций p=2, k=1, 3, 5, 7, 9, 11, 13…

При системе постоянного тока p=6, k=1,11,13,17,19.; p=12, k=1,11,13,23,25.

При работе инвертора спектр гармоник зависит от режима работы инвертора, т.е. от угла регулирования; Малоопределённый спектр даёт импульсное регулирование на ЭПС. Практически и на дорогах переем тока, и на дорогах пост тока, имеем дело с нелинейными токами. Наличие нелинейности ведёт к тому, что все расчёты необходимо проводить в действующих (эффективных) значениях. Здесь появляются различия через cos и коэффициент мощности.

Если в сети оказывается включённой индуктивность, то гармоники тока сглаживаются, а гармоники напряжения усиливаются.

U1=I/1/*ωL; Uk=I/k/*kωL; [I/k/]/[I/1/]=1/k*[U/k/]/[U/1/], т.о. в k раз гармоника тока “срезается” по отношению к гармоники напряжения.

Если же в цепи включена ёмкость, то сглаживаются гармоники напряжения и усиливаются гармоники тока.

U1=I/1/*1/[ωC]; Uk=I/k/*1/[kωC]; [I/k/]/[I/1/]=k*[U/k/]/[U/1/].

Возможность резонанса по одной из гармоник в составе кривой тока или напряжения. Условие резонанса – равность индуктивного и емкостного сопротивления. kωL=1/kωC.

Если по какой-то k-той гпрмонике резонанс возник, то он возникнет и для гармоники k². ωL=1/k²ωC.

13.Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения. Коэффициент n-ной гармонической составляющей.

Для оценки несинусоидальности используются 2 коэффициента:

1)Коэффициент искажения синусоидальности.

K/Ui/=[√((k=1Σ40)Ui²)]/[U/1(1)/]*100, где U/1(1)/ - действующее значение напряжений прямой последовательности основной частоты.

Но практически используется отношение K/Ui/=[√((k=1Σ40)Ui²)]/Uн*100.

Средневзвешенное значение этого коэффициента определяется в результате измерений. Время измерений – 3 сек. За это время нужно зафиксировать 9 значений. Для этого коэффициенты нормы даются предельно- и нормальнодопустимые, в зависимости от напряжения в сети.{Напряж в ВЛ, кВ - 0,38, Норм доп,% - 8, Пред доп,% - 12; НВЛ6-20, НД5,ПД8; НВЛ35,НД4,ПД6; НВЛ110ивыше,НД2,ПД3}

2)Коэффициент n-ной гармоники составляющей напряжения.

К/U/(n)i//=[U/(n)i/]/[U/1(1)/]*100;

Практически: К/U/(n)i//=[U/(n)i/]/[Uн]*100.

При измерении в течение 3-х сек необходимо зафиксировать не менее 9 значений. Нормируется эта величина только для предельных значений в зависимости от напряжения в линии. {Напр в ВЛ,кВ-до1,0, K/U/(n)//,%-6(3); НВЛ6-20,K5(2,5); НВЛ35,К4(2); НВЛ110ивыше,К2(1). За скобками для нечётных гармоник, в скобках - чётных}

Качество Эл энергии по показателю нелинейности оценивается аналогично: если в течение суток в пределах 5% времени значения не выходят за пределы предельных значений, а в остальное время (95%) не превышает норм допустимых значений.

По гармоническому составу оценка должна производиться с помощью специальных приборов, которые могут автоматически разложить кривую напряжения или тока на гармоники, выполнить их анализ и получить коэффициент.

14.Несимметрия токов и её влияние на работу генераторов, линий электропередачи и тр-ров.

Несимметрия начинается с несимметрии токов. При симметричных режимах токи во всех фазах одинаковы по величине, т.к. напряжение симметрично.

НЕСИММЕТРИЧНЫМ наз-ся режим, при котором либо одна из фаз, либо все фазы загружены неодинаково или имеют неодинаковые напряжения.

Различают несимметрию 2-х видов: 1)кратковременную; 2)длительную(эксплуатационную).

Причинами появления кратковременной несимметрии м/б к.з., обрывы проводов ЛЭП, грозовые перенапряжения.

Причинами эксплуатационной несимметрии явл-ся нагрузки потребителей, когда к 3-х фазным сетямподключены однофазные нагрузки, распределение неодинаково по фазам. Такими однофазными потребителями м/б индукционные печи, нагрузки освещения, отопительные приборы, а в системе Эл тяги – тяговая нагрузка перем тока, при которой используются 3-х фазные 3-х обмоточные тр-ры с двухплечным питанием нагрузки тяги.

На дорогах пост тока, как правило, такой проблемы не возникает. Т.о. с учётом того, что тяговая нагрузка загружает ЛЭП неодинаково, токи, доходя до Эл станции создают даже не одинаковые сопротивления, неодинаковые падения напряжения, т.е. появляется несимметрия напряжения для тех потребителей, которые подсоединяются к этим сетям.

Любую несимметричную систему можно разложить на симметричные составляющие: прямой, обратной и нулевой последовательности. Через эти составляющие характеризуется сам процесс несимметрии.

На работу ГЕНЕРАТОРОВ оказывает влияние несимметрия токов, вызванная несимметричной нагрузкой потребителей. При появлении несимметрии токов поле генератора искажается и становится эллипсоидальным вместо кругового. Такое поле можно разложить на 2 круговых поля: прямой и обратной (вращающееся в обратную сторону) последовательности. При этом греется и Ме статора, и Ме ротора.

На ЛЭП отрицательное влияние оказывает несимметрия тока. Во-первых, снижается пропускная способность ЛЭП, во-вторых, появляются дополнительные потери активной мощности. ∆P=3*I²*Rф, а для несимметрии: ∆P=3*I²*Rф+2*∆I²*Rф.

На ТР-РЫ отрицательное влияние оказывает несимметрия токов. Появляются дополнительные потери мощности, недоиспользованная мощность тр-ра. В 3-х фазных тр-рах немного сглаживается перегрев обмотки при несимметрии, т.к. обмотки тр-ра расположены на одном сердечнике, погружены в общий бак с маслом и там тепло передаётся от одной обмотки к другой через сталь, масло. В однофазных тр-рах каждая обмотка в своём баке, и тепло не перераспределяется.