Энергосбережение и качество электрической энергии К. Т. Н. , ДОЦЕНТ КАФ. ЭИМ АЛПАТОВА О. В.
Литература Кудрин Б. И. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебник для студ. ВУЗов. -М. Интермет Инжиниринг, 2006. - 672 с. Управление качеством электроэнергии/И. И. Карташев, В. Н. Тульский, Р. Г. Шамонов и др. ; под ред. Ю. В. Шарова. – М. : Издательский дом МЭИ, 2006. – 320 с. Карташев И. И. Качество электроэнергии в системах электроснабжения. Способы его контроля и обеспечения. – М. : Издательство МЭИ, 2000. – 120 с. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. – 5 -е изд. , перераб. и доп. – М. : Энегоатомиздат, 2004. – 358 с. ГОСТ 13109 -97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М. : Изд-во стандартов, 19
Энергосбережение на промышленных предприятиях Долгое время поддерживалась политика заниженных цен на энергоресурсы, доля которых в себестоимости промышленной продукции составляла от долей до нескольких процентов, а в коммунальную сферу ресурсы отдавались в 3 раза ниже себестоимости, обусловила низкую эффективность энергоиспользования. Эффективность использования электрической энергии в России: в 6 раз ниже, чем в Японии; в 2 раза ниже, чем в США; в 1, 2 раза ниже, чем в Германии; в 1, 4 раза ниже, чем в Индии и Китае. Удельные расходы тепла: Швеция, Финляндия - 140 к. Вт·ч/м 2; Германия -250 к. Вт·ч/м 2; Россия – 400 - 700 к. Вт·ч/м 2;
1. Основные направления энергосбережения Энергосбережение - это комплекс правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мероприятий, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов. Для решения задач энергосбережения необходимо: внедрение систем контроля и учета энергоресурсов; Развитие собственных энергоисточников на предприятии; утилизация вторичных энергоресурсов; создание АСУ-энерго для минимизации энергозатрат; Разработка режимов рационального энергопотребления; внедрение энергосберегающих технологий и оборудования.
Система нормирования и планирования энергопотребления 1) научное обоснование норм; 2) возможность определения норм расхода по уравнениям-моделям энергопотребления цеха (предприятия) в целом; 3) обеспечение оптимального режима потребления энергоресурсов; 4) методическое обеспечение нормирования на высших уровнях (предприятие, отрасль), предусматривающее классификацию объектов по условиям производства и величине потребления энергии; 5) установление закономерностей потребления для однородных групп объектов и определение плановой меры расхода энергии для соответствующих условий производства.
Вторичные энергетические ресурсы Большое значение имеет возвращение ВЭР в технологический процесс и использование утилизируемой энергии для выработки энергетических ресурсов (электроэнергии, пара или горячей воды) Тепловые энергетические ресурсы (тепло отходящего пара) Ресурсы технологических газов с избыточным давлением и при редуцировании природного газа Образующиеся горючие энергетические ресурсы Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР)
Варианты изменения общего (числитель) и удельного (знаменатель) расходов электроэнергии W (данные по 100 предприятиям) При спаде производства на 60 %, расход электроэнергии снизится на 35– 40 % при значении постоянной составляющей 0, 4. Если постоянная составляющая занимала 60 %, то общее электропотребление снизится примерно на 15 % при спаде производства на 40 % и на 25 % при снижении выпуска продукции на 60 % от первоначального объема. Постоянная составляющая при спаде производства 0, 40 0, 45 0, 50 0, 55 0, 60 W, %, 0, 45 0, 55 64/160 67/168 70/175 73/183 76/190 67/149 70/155 73/161 75/167 78/173 70/140 73/145 75/150 78/155 80/160 73/133 75/137 76/127 78/141 80/145 78/130 82/149 80/133 82/137 84/140 0, 6
Выводы Для повышения энергоэффективности предприятия необходимо : снижать общезаводские расходы электроэнергии; заменить недогруженное оборудование; разработать энергосберегающие режимы при простое оборудования или отключении; примененять более энергоэффективное оборудование, с меньшими непроизводительными расходами; осуществлять постоянный контроль показателей электропотребления, энергетический мониторинг.
2. Принципы и этапы внедрения системы энергоменеджмента Энергоменеджмент обеспечивает планирование, управление и контроль за балансом энергоресурсов с целью его оптимизации и повышения энергоэффективности предприятий. Энергоменеджмент предполагает: организацию учета энергопотребления; разработку планов (режимов) по управлению энергопотоками; составление энергопаспорта предприятия, его структурных подразделений; разработку прогнозных моделей энергопотребления; подготовку рекомендаций по эффективному, рациональному использованию энергоресурсов; организацию эффективного контроля за использованием энергоресурсов; анализ новых проектов с учетом их энергоэффективности.
Основные цели энергоаудита – количественная оценка потребления энергоресурсов на предприятии и разработка энергосберегающих проектов Расчет энергопотребления и затрат Расчет энергетических потоков Анализ собранной информации • Ознакомление с предприятием • Сбор и анализ информации по энергопотреблению • Составление плана действий • Выявление основных потребителей и мест наиболее вероятной экономии энергоресурсов • Составление баланса по всем энергоресурсам • Выявление основных потребителей и мест наиболее вероятной экономии энергоресурсов • Критическое рассмотрение энергопотоков • Предложение путей снижения энергозатрат Разработка энергосберегающих проектов • Анализ и проработка идей • Сравнение альтернативных и выбор лучших Экспертиза энергосберегающих проектов • Оценка последствий внедрения проектов • Расчет стоимости и окупаемости проектов Представление результатов • Составление письменных отчетов энергетического обследования руководителям
3. Баланс активной и реактивной мощности Баланс активной мощности обеспечивает частоту ЭЭС где - активная мощность , потребляемая нагрузкой; - активная мощность , рассеиваемая на технологические потери в элементах ЭЭС; - активная мощность , рассеиваемая на технологические потери в нагрузке; - активная мощность генераторов электростанций. Если , то частота в ЭЭС увеличивается; Если , то частота в ЭЭС снижается.
Баланс реактивной мощности обеспечивает напряжение ЭЭС где -реактивная мощность , потребляемая нагрузкой; - реактивная мощность, обусловленная технологическими потерями в элементах ЭЭС; - реактивная мощность, обусловленная технологическими потерями в нагрузке; - реактивная мощность генераторов электростанций; - реактивная мощность компенсирующих устройств. Если , то напряжение повышается, если , то напряжение снижается.
Энергобаланс формируется из объемов энергопотребления, производства и утилизации как покупных, так и собственных энергоносителей. Энергетический баланс ДСП
21, 6 млн Гкал По вертикали – структура производства. По горизонтали – все виды энергетических ресурсов, используемые на предприятии (покупные, вырабатываемые, утилизированные. ) Годовой баланс энергии предприятия
Энергетический баланс где – суммарное потребление энергоресурсов на nпроизводствах; – суммарный объем утилизируемых энергоресурсов при т ≤ п; – совокупность произведенных собственных энергоресурсов. Энергозатраты на производство основной продукции ЭОП=ЭПОК – ЭР, где ЭПОК – энергосодержание покупных энергоресурсов; ЭР – энергосодержание реализуемых на сторону энергоресурсов.
4. Комплексный подход к сокращению энергопотребления В настоящее время тарифы для промышленных предприятий 750 к. ВА и выше формируются по группам напряжения: тариф для потребителей высокого напряжения несколько ниже, чем для потребителей других групп. Например, по Тверской области в феврале 2003 г. тариф составил по высокому напряжению 189 руб. /к. Вт, за энергию 46 коп. /к. Втч; по среднему 415 руб. /к. Вт и 65 коп. /к. Втч; по низкому 608 руб. /к. Вт и 74 коп. /к. Втч. По-прежнему промышленные предприятия несут часть тарифной нагрузки населения и других льготных групп потребителей. Поэтому задача сокращения электропотребления для промышленного предприятия является сегодня первоочередной. Для решения проблемы электросбережения необходимо: 1) снижение себестоимости потребленной электроэнергии; 2) сокращение электропотребления.
Перекрестное субсидирование в Европе Основной данные для промышленности Основной бытовые потребители Основной цена за эл. Эн. Долл/к. Вт ч Основной Основной Основной Основной
Тарифы Для промышленных потребителей мощностью свыше 750 к. ВА применяются двухставочные тарифы – плата за 1 к. Вт заявленного максимума нагрузки и за 1 к. Втч потребляемой электроэнергии, т. е. С = Р З С 1 + Wпот С 2, где РЗ – величина заявляемой мощности за расчетный период (месяц), к. Вт; С 1| – стоимость 1 к. Вт заявленной мощности, руб. /к. Вт; Wпот – потребленная электроэнергия за расчетный период, к. Втч; С 2 – тариф потребляемой электроэнергии, руб. /к. Втч. Для промышленных потребителей используются дифференцированные по трем зонам суток (пиковый, полупиковый и ночной), т. е. С= Wn. Сn + Wm. Cm + WHCH, где Wn и Wm – пиковое и полупиковое потребление электроэнергии в рабочие дни расчетного периода, к. Втч; Сn, Cm, CH – тарифы пикового, полупикового и ночного потребления электроэнергии за расчетный период, руб. /(к. Втч); WH – ночное электропотребление в рабочие дни расчетного периода с учетом расхода электроэнергии в субботние, выходные и праздничные дни.
Для сокращения электропотребления необходимо: Оптимизировать режимы электропотребления; Выравнивать графики нагрузок. (регулировать электропотребление в часы максисусов нагрузки) Суточный график потребления электрической мощности. (1 – регулируемый график нагрузки в часы 9 -11 и 20 -23 одного предприятия, 2 – полностью регулируемый график нагрузки другого)
Виды графика нагрузок Индивидуальные – графики электрических приемников; Групповые – суммирование индивидуальных графиков; Для потребителей в целом, питающихся от 6 УР-4 УР На суточном графике выделяют утренний и вечерний максимумы. Наибольший из суточных максимумов в течении квартала следует принимать за заявленный и оплачивать
Типы регулирования Изменением времени начало-конец цикла (максимальной нагрузкой уйти на ночь) при одинаковом технологическом процессе. Регулирование по интенсивности (если нельзя сдвигать по времени, но продукция различна по электроемкости). Остановка производства, для экономии оплаты за электроэнергию. Снижением нагрузки (если нет ограничений).
Электропотребление Энергия W, затрачиваемая на полезную работу и потери передачи от i-го элемента к (i+1)-му мгновенной мощности потока энергии Рi, i+1 на некотором интервале времени τ: Расход электроэнергии, регистрируемый счетчиком A=PT - электропотребление
Снижение максимальной заявленной мощности означает выравнивание графика нагрузки, что приводит к нецелесообразности строительства части генерирующих мощностей Принципы регулирования нагрузки на 6 УР.
Инструменты тарифной политики в энергосбережении Прозрачность тарифа для понимания путей сокращения затрат; Исключение перекрестного субсидирования; Отражение в тарифах специфики регионов, потребителей и производителей энергоресурсов; Совмещение интересов субъектов электроэнергетики и потребителей на основе равенства интересов; Наличие льгот в тарифах для развития утилизации ВЭР и сокращения выбросов парниковых газов.
Анализ вводимых в России энергетических мощностей показывает, что резко упал спрос на крупные турбогенераторы и начинается рост производства генераторов небольшой мощности. Перспективней стала малая энергетика от единиц киловатт до электростанций единичной мощностью 0, 5 -30 МВт. Ценовые показатели электроэнергии: 1 – себестоимость электроэнергии, выработанной станциями ОАО «ММК» ; 2 – стоимость покупной электроэнергии от «Челябэнерго»
Режимы работы генераторов малых электростанций Параллельный с энергосистемой Автономный Способствует повышению Затруднено качества электрической энергии Возможна продажа избыточной электроэнергии другим потребителям Характеризуется большими токами КЗ на шинах РУ 10(6) к. В, что требует реконструкции сети 10(6) к. В и дополнительных капитальных затрат. поддержание требуемых показателей качества электроэнергии
Реконструкция электроприводов переменного тока При снижении технологических нагрузок появилась необходимость в реконструкции электроприводов переменного тока по уровням: • Реализация управляемого пуска с ограничением динамических моментов и пусковых токов для отключения в результате вынужденных и плановых простоях; • Создание ступенчатого регулирования скорости для экономичных режимов работы; • Плавное регулирование частоты вращения двигателя с высокой точностью и в широком диапазоне.
Совершенствование работы общепромышленных систем и оборудования Компрессоры Системы вентиляции Системы водоснабжения Подъемно-транспортное оборудование Системы освещения
Основные положения энергетической стратегии России Эффективность использования электроэнергии – важнейшая часть обеспечения энергетической безопасности страны. В 2002 г. В России выработано 875, 1 и потреблено 685, 2 ТВт ч в том числе промышленностью 362 ТВт ч. Энергетической стратегией России на период до 2020 г. Предусмотрено следующее потребление: Производство электроэнергии 2010 – 1135(1180) ТВт ч, 2020 – 1545 (1620) ТВт ч.
Проблемы электроснабжения необходимо решать исходя из государственной политики энергосбережения: Рост цен на энергоносители: Цены будут расти на 15 -20 % в год (без учета инфляции) Энергетическая составляющая в затратах энергоемких отраслей промышленности будет расти.
Электромагнитная совместимость технических средств Ø Электроприборы и оборудование предназначены для работы в определённой электромагнитной среде. Ø Электромагнитной средой принято считать систему электроснабжения и присоединенные к ней электрические аппараты и оборудование, связанные кондуктивно и создающие в той или иной мере помехи, отрицательно влияющие на работу друга. Ø Электромагнитная помеха – это случайное электромагнитное воздействие, способное вызывать в электрическом устройстве нарушение функционирования, отказ, разрушение. Помехи м. б. кратковременными (приводят к устранимым последствиям) и длительными (приводят к невосстановимым потерям).
Виды помех Кондуктивные Полевые распространяются по распространяются через линиям электропередач в виде тока Пример. Преобразователи тяговых подстанций электрифицированного транспорта создают помехи в электрической сети к которой они подключены. окружающее пространство Пример. Воздушная линия высокого напряжения создает полевые помехи при передаче электроэнергии, влияющие на линии связи.
При возможности нормальной работы оборудования в существующей электромагнитной среде, говорят об электромагнитной совместимости технических средств. Помехоустойчивость – уровень ЭМС, при котором гарантируется нормальное функционирование технических средств. Помеховосприимчивость – уровень ЭМС, при котором происходит нарушение функционирования устройства или отказ.
Характеристика электромагнитной обстановки в точке подключения электроприемника к электрической сети
Проблема ЭМС технических средств включает в себя Изучение источников и видов помех; Изучения восприимчивости оборудования к тем или иным видам помех и их уровням; Изучение распространения помех по сети; Изучение способов и средств снижения уровня помех; Разработку нормативных документов, определяющих допустимый уровень помех, вносимых в электрическую сеть; Разработку средств и методов измерения уровней помех.
Виды воздействия помех Электротехнические Технологические Нагрев, износ Брак продукции, нарушение технологического режима и т. д. Технологическая составляющая в том числе – 80 % изоляции, сокращение срока службы электрооборудования и т. д. Общий ущерб в СССР в ценах 1985 г составил 2, 5 млрд. руб.
Качество электроэнергии Ø Стандарты устанавливают допустимые уровни помех в электрической сети, которые характеризуют качество электроэнергии (КЭ) и называются показателями качества электроэнергии (ПКЭ). Ø Показатели качества электрической энергии, методы их оценки и нормы определяет Межгосударственный стандарт: «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» ГОСТ 1310997.
Качество электроэнергии – это совокупность ее свойств, определяющих воздействие на электрооборудование, приборы и аппараты и оцениваемых показателями качества электроэнергии. ПКЭ, поддержание которых возможно общесистемными средствами Отклонение частоты и установившееся отклонение напряжения ПКЭ. Характеризующие несинусоидальность формы Коэффициенты искажения синусоидальной формы кривой напряжения и др. ПКЭ, характеризующие случайные ЭМ явления и электротехнологические процессы Провалы напряжения, перенапряжения и импульсы напряжения.
ПКЭ
Причины возникновения электромагнитных помех Технологический процесс ПКЭ Производство ЭЭ Отклонения частоты, отклонения напряжения Передача ЭЭ Отклонения частоты, отклонения напряжения, перенапряжения, грозовые импульсы, провалы, несинусоидальность напряжения Распределение ЭЭ Несинусоидальность , несимметрия напряжения Потребление ЭЭ Отклонения напряжения, несинусоидальность, несимметрия напряжения, колебания напряжения.
Промышленные источники искажения напряжения Характеристика потребителя Виды искажений СЭС общего напряжения, производство химических волокон Отклонение напряжения Машиностроение Колебания напряжения, несимметрия Черная и цветная металлургия Колебания напряжения, несинусоидальность Предприятия с мощными однофазными электроприемниками Отклонение напряжения, колебания напряжения, несинусоидальность Тяговые подстанции Отклонение напряжения, несинусоидальность
Отклонение напряжения – отличие фактического напряжения в установившемся режиме работы системы электроснабжения от его номинального значения. δUy = ((Uy-Uном)/ Uном)*100% ГОСТ 13109 -97 устанавливает нормально и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприёмников в пределах соответственно δUyнор= ± 5 % и δUyпред= ± 10 % номинального напряжения сети. Отклонение напряжения в той или иной точке сети происходит под воздействием медленного изменения нагрузки в соответствии с её графиком.
Отклонение напряжения
Векторная диаграмма напряжений на участке сети
Отклонение напряжения
Влияние отклонения напряжения на работу электрооборудования Технологические установки: 1. При снижении напряжения существенно ухудшается технологический процесс, увеличивается его длительность. Следовательно, увеличивается себестоимость производства. 2. При повышении напряжения снижается срок службы оборудования, повышается вероятность аварий. 3. При значительных отклонениях напряжения происходит срыв технологического процесса.
Влияние отклонения напряжения на работу электрооборудования Освещение: 1. Снижается срок службы ламп освещения, так при величине напряжения 1, 1·Uном срок службы ламп накаливания снижается в 4 раза. Лампы накаливания Люминисцентные лампы Световой поток Ф~ U 3, 6 Световой поток Ф~ U 1, 5 Срок службы Тсл~ U-14 Срок службы Тсл~ U-4, 5 При величине напряжения 0, 9·Uном снижается световой поток ламп накаливания на 40 % и люминесцентных ламп на 15 %. 3. При величине напряжения менее 0, 9·Uном люминесцентные лампы мерцают, а при 0, 8·Uном просто не загораются. 2.
Влияние отклонения напряжения на работу электрооборудования Электропривод: 1. При снижении напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя на 15 % момент снижается на 25 %. Двигатель может не запуститься или остановиться. 2. При снижении напряжения увеличивается потребляемый от сети ток, что влечёт разогрев обмоток и снижение срока службы двигателя. При длительной работе на напряжении 0, 9·Uном срок службы двигателя снижается вдвое. 3. При повышении напряжения на 1 % увеличивается потребляемая двигателем реактивная мощность на 3. . . 7 %. Снижается эффективность работы привода и сети.
Обобщённый узел нагрузки электрических сетей (нагрузка в среднем) составляет: - 10 % специфической нагрузки (например, в Москве это метро - 11 %); - 30 % освещение и прочее; - 60 % асинхронные электродвигатели. Ответственность за поддержание напряжения в пределах, установленных ГОСТ 13109 -97, возлагается на энергоснабжающую организацию ГОСТ 13109 -97 устанавливает допустимые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприёмника. А пределы изменения напряжения в точке присоединения потребителя должны рассчитываться с учетом падения напряжения от этой точки до электроприёмника и указываться в договоре энергоснабжения.
Встречное регулирование
Способы обеспечения качества электроэнергии Снижение потерь напряжения (ΔU) достигается: 1. Выбором сечения проводников линий электропередач по условиям потерь напряжения. 2. Применением продольной емкостной компенсации реактивного сопротивления линии (X). Однако, это опасно повышением токов короткого замыкания при X→ 0. 3. Компенсацией реактивной мощности (Q) для снижения ее передачи по электросетям, с помощью конденсаторных установок и синхронных электродвигателей, работающих в режиме перевозбуждения. Кроме снижения потерь напряжения, это является неплохим мероприятием энергосбережения, снижающим общие потери электроэнергии в сетях.
Способы обеспечения качества электроэнергии Регулирование напряжения U: 4. В центре питания регулирование напряжения (UЦП) осуществляется с помощью трансформаторов, оснащённых устройством автоматического регулирования коэффициента трансформации в зависимости от величины нагрузки (регулирование под нагрузкой - РПН). Такими устройствами оснащены 10 % трансформаторов. Диапазон регулирования ± 16 % с дискретностью 1, 78 %. 5. Напряжение может регулироваться на промежуточных трансформаторных подстанциях (UТП) с помощью трансформаторов, оснащённых устройством переключения отпаек на обмотках с различными коэффициентами трансформации (переключение без возбуждения - ПБВ, т. е. с отключением от сети). Диапазон регулирования ± 5 % с дискретностью 2, 5 %.
Способы обеспечения качества электроэнергии Первый (R) и второй (X) способы выбираются при проектировании сети и не могут изменяться в дальнейшем. Третий (Q) и пятый (UТП) способы хороши для регулирования при сезонном изменении нагрузки сети, но руководить режимами работы компенсирующего оборудования потребителей, необходимо централизовано, в зависимости от режима работы всей сети, то есть энергоснабжающей организации. Четвёртый способ - регулирование напряжения в центре питания (UЦП), позволяет энергоснабжающей организации регулировать напряжение в соответствии с графиком нагрузки сети. dнаиб и dнаим - диапазоны отклонения напряжения в режиме наибольших и наименьших нагрузок
Отклонение частоты При возникновении дефицита генерируемой мощности в системе происходит снижение частоты до такого значения, при котором устанавливается новый баланс генерируемой и потребляемой мощности. При избытке генерируемой мощности, наоборот, частота повышается. Частота переменного тока в электрической системе определяется частотой вращения генераторов электрических станций. Номинальное значение частоты 50 Гц м. б. обеспечено при наличии резерва активной мощности на электростанциях.
Отклонение частоты На рисунке показаны статические характеристики системы по частоте. I – генерирующая подсистема, II – потребляющая подсистема
Отклонение частоты Качество электроэнергии по частоте характеризуется установившимся отклонением частоты Δf в герцах: Δf = fу – fном, где fу – фактическое (измеренное) значение частоты, Гц; fном – номинальное значение частоты, Гц. Согласно ГОСТ 13109 -97 установлены нормально допустимое и предельно допустимое значения отклонения частоты, которые составляют соответственно ± 0. 2 и ± 0. 4 Гц
Колебания напряжения Быстрые изменения нагрузки создают колебания напряжения, характеризующиеся размахом колебаний и интервалами между изменениями напряжения. Еще одной характеристикой колебаний напряжения является доза фликера. Необходимость введения ПКЭ, характеризующего колебания напряжения, возникла в результате обнаружения воздействия этого явления не зрение человека, вызывающего физиологическую усталость от мерцания светового потока. , создаваемого источниками света. Фликер обладает кумулятивным (накапливающимся) воздействием, эффект от которого тем больше, чем больше размах колебаний и частота их повторения. Процесс зрительного восприятия фликера находится в диапазоне частот (0. . 35) Гц и амплитуд от 0 до 10% номинального напряжения. Экспериментально доказано, что наиболее раздражающее действие фликера наступает при f= 8, 8 Гц, когда δUt= 0, 29%
Колебания напряжения Источниками колебания напряжения в СЭС являются мощные ЭП, характеризующиеся импульсным, резкопеременным характером потребления активной и реактивной мощностей. Для таких ЭП характерны следующие условия электропотребления: их питание осуществляется от шин напряжения 35 -220 к. В, а колебания потребляемой активной и реактивной мощности в диапазоне 10 -130% происходят со скоростью нарастания до Мвар/с. Как правило, такие ЭП имеют нелинейную ВАХ. К ним относятся: ДСП, рудно-термические печи, ЭД прокатных станов, индукционные печи, машины контактной сварки и другие электротехнологические установки. В СЭС коммунально-бытовой нагрузки такими источниками являются: кухонное оборудование, осветительные приборы, стиральные машины, центробежные сушилки, пылесосы, фены, водонагреватели, копировальные машины.
Колебания напряжения Размах изменения напряжения оценивается на каждом полупериоде основной частоты по формуле δUt = ((Ui-Ui+1)/ Uном)*100%, где Ui , Ui+1 значения следующих один за другим экстремумов. В электрических сетях колебания напряжения распространяются в направлении к шинам низкого напряжения практически без затухания, а к шинам высокого напряжения с затуханием по амплитуде.
Несимметрия токов и напряжений Если амплитуды всех фазных (междуфазных) напряжений равны и сдвиг фаз (угол между ними) одинаков, то напряжение симметрично. Если один из этих признаков или оба нарушаются, то напряжение несимметрично. (для токов аналогично, по ГОСТу имеют в виду основную частоту)
Причины несимметрии 1. 2. 3. 4. 5. Несимметрия токов в сети, обусловленная неравенством нагрузки по фазам. (Например одно- и двухфазное исполнение бытовых и промышленных электроприемников) Подключение к сетям 6 -10 к. В электроприемников, способных создавать несимметрию (например, ДСП, где регулирование тока эл. дуги осуществляется пофазно. ) В сетях высокого напряжения несимметрия обусловлена конструкцией линии из-за неравенства ее сопротивлений по фазам (для симметрирования сопротивлений фаз проводят транспозицию фазных проводов, но это дорого и не надежно. ) Неполнофазные режимы в сетях с изолированной нейтралью. (Это особый, но допустимый по условиям эксплуатации режим. ) (Особые режимы допускаются для сохранения электроснабжения потребителей в ущерб ее качеству) Режим с замыканием на землю одной из фаз в сетях с изолированной нейтралью (также особый режим)
Метод симметричных составляющих Для оценки несимметрии токов и напряжений используют метод симметричных составляющих.
1 -прямая последовательность, 2 - обратная последовательность, 0 - нулевая последовательность, a=exp(j*2π/3).
Характеристики ЭП, вызывающих несимметрию напряжений Тип ЭП U, к. В K 2 U, % ДСП - 100 220 35 1, 3 4, 5 ДСП - 40 110 35 1, 4 4, 0 Однофазные электротермические установки 10 18 Тяговые подстанции переменного тока 110 6 4, 6 1, 4 Прокатный стан 1700 10 2, 0 Сварочные машины 0, 4 1 - 5
Несинусоидальность тока и напряжения Несинусоидальность – это искажение синусоидальной формы кривой напряжения (тока). Несинусоидальность напряжения обусловлена работой электроприемников с нелинейной вольтамперной характеристикой (ДСП, преобразователи, трансформаторы, индукционные печи, люминисцентные лампы, ртутные лампы высокого дав ления, телевизоры и т. п. )
Провалы и кратковременные исчезновения напряжения К провалам относится резкое внезапное снижение напряжения более чем на 10% от номинального, за которым следует восстановление напряжения до первоначального.
Провалы напряжения являются случайными, но вероятными событиями и характеризуют аномальные режимы работы СЭС. Также провалы характеризуют надежность СЭС, оценивая ее бесперебойность. Первопричиной провалов является попадание молнии в линию или на шины ОРУ, ошибки персонала, ложное срабатывание средств защиты и автоматики. Глубина провала тем больше, чем ближе место повреждения к этой точке. Длительность провала обусловлена временем, когда напряжение может быть восстановлено и определяется временем срабатывания средств защиты и автоматики.
Провал напряжения любой длительности и глубины свидетельствует об исправности средств защиты и автоматики и о способности сети обеспечить резервное электроснабжение
Временное перенапряжение- повышение напряжения более чем на 10% от номинального продолжительностью более 10 мс. Возникают при коммутациях или кз. Представляет опасность длительное перенапряжение.
Импульсное перенапряжение
Импульсные напряжения возникают из-за грозовых явлений, переходных процессах при коммутации в СЭС. Импульсное напряжение – это резкое изменение напряжения в точке электрической сети за которым следует восстановление напряжения до первоначального уровня в течении 10 -15 мкс. Значения коммутационных импульсов напряжений длительностью на уровне 0, 5 амплитуды 1 -5 мс приведены в таблице. Номиналь 0, 38 ное напряжени е сети, к. В 3, 0 6, 0 10, 0 20, 0 35, 0 110, 0 220, 0 Импульсное 4, 50 напряжение, к. В 15, 5 27 43 85, 5 148 363 705
ВЛИЯНИЕ СХЕМЫ СЕТИ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ КОНДУКТИВНЫХ ПОМЕХ
ПКЭ устанавливаются в СЭС в зависимости от следующих факторов: Ø Схемы сети, по которой распространяются кондуктивные помехи, включая систему заземления электроустановок; Ø Параметров электрооборудования СЭС, включая воздушные линии, трансформаторы, измерительные преобразователи; Ø Параметров электроприемников, являющихся источниками помех, схем их соединения и режимов работы. Источники помех могут располагаться в разных ветвях СЭС, при этом в любом узле, где необходимо обеспечить уровень ПКЭ, помехи суммируются.
При оценке влияния схемы СЭС на распространение помех необходимо учитывать Ø Особенности суммирования помех, создаваемых несколькими источниками, рассредоточенными с СЭС; Ø Резонансные явления, возникающие на высших гармониках; Ø Распределение токов и напряжений при несимметричных режимах; Ø Влияние на потери мощности и электроэнергии; Ø Влияние системы заземления электроустановок.
Влияние несинусоидальности токов и напряжений на приборы учета Приборы учета электроэнергии Индукционные Электронные Микропроцессорные
При измерении активной мощности линейной нагрузки при несинусоидальном напряжении учитываются два потока
Влияние несинусоидальности токов и напряжений на приборы учета В соответствии с частотной характеристикой индукционного счетчика, при учете электроэнергии, потребляемой нелинейной нагрузкой, происходит некоторый ее переучет, а для линейной нагрузки при несинусоидальном напряжении – недоучет. Электронные и микропроцессорные приборы учитывают наличие высших гармоник в точке учета. Перспективным является применение микропроцессорных приборов учета, позволяющих раздельно учитывать энергию основной частоты, по которой следует проводить оплату, и энергию высших гармоник.
Скачать презентацию Энергосбережение и качество электрической энергии К Т Н
Презентация по курсу ЭСиКЭЭ_2011.pptx