15. Лекция №15

15.1. Влияние качества электроэнергии на работу электроприемников и электрических аппаратов

Качество электроэнергии характеризуется определенными показателями, относящимися к частоте переменного тока и режиму напряжений (качество напряжения). Качество электроэнергии влияет на работу электроприемников, а также на работу электрических аппаратов, присоединенных к электрическим сетям. Все электроприемники и аппараты характеризуются определенными номинальными параметрами ( и т. д.)[1]. Обычно предполагается, что работа при этих параметрах является наиболее целесообразной с технической и экономической точек зрения. Изменения частоты и напряжения по сравнению с номинальными значениями вызывают изменения технических и экономических показателей работы электроприемников и аппаратов.

Изменение напряжения оказывает неблагоприятное влияние на работу осветительных ламп и асинхронных двигателей, составляющих вместе с лампами значительную часть всех приемников электроэнергии в системе. К отрицательным последствиям приводит как понижение, так и повышение напряжения на зажимах этих приемников по отношению к номинальному значению. При напряжении, на 5% меньшем номинального, световой поток уменьшается на 18%, а снижение напряжения на 10% приводит к уменьшению потока уже более чем на 30%.

При работе ламп накаливания с напряжением, превышающим номинальное значение, их световой поток заметно повышается, но вместе с тем значительно уменьшается их срок службы. Так, при повышении напряжения на 10% световой поток ламп увеличивается примерно на 30%, а срок службы ламп сокращается почти в 3 раза.

Снижение напряжения особенно опасно в сети электрической системы, характеризующейся невысоким уровнем устойчивости. Здесь понижение напряжения может явиться причиной массового останова асинхронных двигателей и возникновения тяжелой системной аварии. Уменьшение крутящего момента, пропорционально квадрату напряжения на зажимах двигателей, приводит к остановке или к невозможности запуска двигателей. При пониженном напряжении у двигателей ухудшается к.п.д. и происходит процесс более интенсивного старения изоляции из – за увеличения тока, проходящего по обмоткам. Одновременно увеличивается скольжение и снижается число оборотов двигателя.

Увеличение напряжения на зажимах асинхронных двигателей может также сказываться неблагоприятно на условиях их работы. Связано это с существенным увеличением намагничивающего тока, что часто вызывает перегрузку обмотки статора.

Снижение напряжения у трансформаторов при неизменной мощности, протекающей по их обмоткам, приводит к увеличению тока в обмотках. Во многих случаях это не представляет опасности для трансформаторов, так как их номинальная мощность зачастую превышает нагрузку.

Более опасным может оказаться для трансформатора повышение подводимого к нему напряжения. Связано это, так же как и у электродвигателей, с существенным увеличением намагничивающего тока, которое у трансформатора более заметно вследствие резкого изменения реактивного сопротивления намагничивания. Значительный рост тока намагничивания приводит к работе трансформаторов в области нелинейной характеристики намагничивания. Это приводит к искажению кривой тока намагничивания и появлению высших гармоник тока. Последние обусловливают увеличение потерь активной мощности в магнитопроводе и его дополнительный нагрев.

Потребители электроэнергии требуют для своей экономичной нормальной работы также и высокой стабильности частоты переменного тока. При решении этих задач предполагается, что электрическая система обеспечивает поддержание стандартной частоты Гц.

На трансформаторных подстанциях обычно устанавливаются трехфазные трансформаторы; трехфазные группы, составленные из однофазных трансформаторов, устанавливаются лишь при очень больших их единичных мощностях. Для всех трехфазных устройств нормальный режим предполагает симметрию подведенного напряжения. Искажение симметрии ухудшает условия работы потребителей, снижая их экономичность и ухудшая технические характеристики.

Существование при несимметрии подведенного к двигателю напряжения магнитного поля, вращающегося в обратном направлении, является причиной изменений характеристик двигателя в этом режиме. К числу их относятся: некоторое изменение вращающего момента машин, дополнительный нагрев их обмоток и стали вращающегося ротора, а также появление в ряде случаев вибраций машин. Весьма существенным при этом следует считать дополнительный нагрев, который вызывает усиленное старение изоляции, а зачастую и аварийный выход машин из работы. Дополнительный нагрев объясняется тем, что обратное вращающееся магнитное поле перемещается относительно ротора с двойной синхронной частотой и поэтому наводит в замкнутых контурах - обмотке и стали ротора - дополнительные переменные токи, также имеющие двойную или близкую к ней частоту.

В несимметричных режимах возможны также перегрев трансформаторов и снижение мощности, которую можно передать потребителям через обмотки трансформатора.

В настоящее время широко применяются выпрямительные установки в промышленности и в железнодорожном транспорте. Работа таких установок, использующих для выпрямления переменного тока управляемые вентили, связана с искажением формы тока и напряжения в сети. При этом кривые тока и напряжения становятся несинусоидальными. Несинусоидальность кривой напряжения вызывает дополнительные отклонения напряжения, перегрузку конденсаторов и снижение экономичности работы электрических сетей. Наличие высших гармоник часто вызывает появление в электрических сетях резонансных явлений на частотах различных гармоник.