4.Отклонение напряжения. Потери и падения напряжения.
Потери и падения напряжения. ГОСТ 13109-97 – качество электрической энергии. Устанавливает понятие отклонения напряжения . Это напряжение в % позволяет скомпенсировать потери напряжения в линии. Оно предназначено для расчёта напряжения источника по известному напряжению. Отклонением напряжения называется алгебраическая разность между фактическим (действительным) напряжением источника и напряжением на зажимах ЭП. В процентном соотношении эта величина определяется по формуле:
Потери напряжения – алгебраическая разность между напряжением на входе сети и напряжением на зажимах ЭП.
;
Падение напряжения – геометрическая разность векторов напряжения между источником и приёмником в векторной форме.
;
x и r – погонные сопротивления на 1 км длины.
Потери напряжения должны быть 8%, не более 12 в воздушных линиях, а в кабельных линиях 5 – 8%. Если условие не выполняется, то x и r уменьшают.
Отклонения
напряжения.
— геометрическая разность фаз.
АВС проектируется на оси. -аналитическое выражение потерь напряжения. Вектор ОD – продольная составляющая, ОЕ – поперечная составляющая. ОЕ меньше OD на ЕD. Чем меньше линия,тем меньше разница ЕD.
Электрическая сеть- это промежуточное звено между источником питания и потребителя.
ЭС- предназначена для передачи электрической от источника питания к потребителю.
При правильно выбранной структуре и параметров ЭС повышает технико экономические показатели как энергосистем так и систем эл. снабжения потребителей.
Классификация ЭС
1 По номинальному напряжению
Каждая ЭС характеризуется Uн, классом изоляции оборудования и его свойствам
По уровню Uн ЭС подразделяются на:
— НН- сети низкого напряжения до 1 кВ (380/ 220; 660/380) 1140 В
— СН- сети среднего напряжения от 1 кВ до 35 кВ (6,10,20,35 кВ)
— ВН- сети высокого напряжения 110, 150, 220 кВ
-СВН- сети сверх высокого напряжения 330; 500; 750 кВ
— УВН- сети ультра высокого напряжения >> 1000 кВ
В настоящее время в электро сетевом строительстве получило распространение 2 группы линий высокого напряжения которые построены по принципу двойного увеличения исходного напряжения
110-220-500-1150 кВ
150-330-750 кВ
2.
по принципу: постоянный, переменный.
3. По частоте: 50 Гц, 60 Гц
4. По условному потреблению (условной мощности предприятий)малые 1-5 МВт, средние 5-75 МВт, большие 75>>МВт
5 По назначению:распределительные,питающие, магистральные
Распределительные сети предназначенные для непосредственного включения. 6-10-20 кВ 35-220 кВ
Питающие сети предназначены только для транспортировки э-энергии к узлам крупных потребителей.
Магистральные сети устанавливают связь между потребителями внутри энергосистемы.
Системообразующие сети- это сети которые обеспечивают связь электроэнергий между энерго системы.
6. По конфигурации: радиальные, замкнутые, разомкнутые.
7 По месту использования и характеру потребителей: городские, заводские, железнодорожные, с/хозяйсивенные
8 внутренние 0,4 кВ
Внешние
Воздушные, кабельные
Компенсация отклонений напряжения
Отклонение напряжения.
Значение напряжения, величина которого отлична от его номинального или заявленного значения напряжения в данной точке системы электроснабжения в рассматриваемый момент времени.
ГОСТ Р 54130-2010. КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ. Термины и определения.
| Рис. 1. Пример отклонения напряжения в сети 110 кВ питания промышленного предприятия. |
Провалы напряжения при работе шагающих экскаваторов.
Системы компенсации отклонений напряжения (СКОН), поставляемые Инженерным центром «АРТ», позволят сохранить работоспособность электроустановок потребителей при кратковременных и длительных отклонениях напряжения, выбросах, провалах и посадках напряжения.
Системы компенсации отклонений напряжения НЕ ПРЕДНАЗНАЧЕНЫ для компенсации прерываний напряжения.
Для этих целей применяются Системы компенсации прерываний напряжения (СКПН)
Принцип работы и состав оборудования системы компенсации отклонений напряжения.
| Рис. 2. Структурная схема системы компенсации отклонений напряжения. | Рис. 3. Компоновка оборудования системы компенсации отклонений напряжения. |
Формирование требуемого напряжения на обмотке «вольтодобавочного» трансформатора осуществляется сетевым преобразователем СП.
Номинальный ток обмотки «вольтодобавочного» трансформатора, включаемой последовательно в цепь нагрузки, соответствует полному току нагрузки. Номинальный ток обмотки «вольтодобавочного» трансформатора, подключаемой к сетевому преобразователю, составляет 40% от полного тока нагрузки.
При уменьшении входного напряжения сетевой преобразователь передает в нагрузку дополнительную энергию через «вольтодобавочный» трансформатор, стабилизируя напряжение и ток (а, следовательно, и мощность) нагрузки и потребляя дополнительный ток от источника. При этом часть энергии будет «недополучена» другими электроприёмниками.
При увеличении входного напряжения сетевой преобразователь стабилизирует напряжение и ток (а, следовательно, и мощность) нагрузки и уменьшает потребляемый от источника ток. При этом часть энергии, не переданная в нагрузку, будет «потрачена» другими электроприёмниками.
Таким образом, стабилизация работы ответственных электроприёмников происходит за счет других, менее ответственных потребителей электроэнергии.
В базовой комплектации система компенсации отклонений напряжения поддерживает неизменное напряжение на выходе при отклонении входного от «минус» 40 % до «плюс» 20 %.
В случаях повреждений на стороне электроприёмников, вторичная обмотка «вольтодобавочного» трансформатора закорачивается тиристорным ключем К. Протекание тока короткого замыкания вызывает срабатывание защиты у потребителя, при этом цепи сетевого преобразователя оказываются зашунтированными.
Варианты подключения систем компенсации отклонений напряжения.
| Рис. 4. Компенсация отклонений напряжения на группе ответственных электроприёмников. Данный вариант предусматривает выделение секции шин, которая подключается через вольтодобавочный трансформатор СКОН. Его достоинство – меньшая установленная мощность и цена оборудования системы компенсации отклонений напряжения. Недостаток – ухудшение условий питания прочих потребителей, подключенных «ближе к источнику».  |
| Рис. 5. Структура мощных систем компенсации отклонений напряжения. Параллельное подключение сетевых преобразователей применяется при создании систем компенсации отклонений напряжения мощностью в несколько МВА. Вольтодобавочные трансформаторы при этом могут подключаться последовательно для расширения диапазона компенсации напряжения. |
| Рис. 6. Структура системы компенсации отклонений напряжения с байпасной цепью. Байпас применяется для выполнения регламентных работ на оборудовании системы компенсации отклонений напряжения. |
Преимущества систем компенсации отклонений напряжения.
1. СКОН обладают высоким быстродействием и успешно компенсируют провалы и выбросы напряжения.
2. СКОН могут работать также в продолжительных режимах, компенсируя длительные посадки напряжения, изменения напряжения при срабатывании устройств РПН (регулирование под нагрузкой) питающих трансформаторов и др.
3. СКОН компенсируют как симметричные, так и несимметричные отклонения напряжения.
4. СКОН не используют каких-либо накопителей энергии и являются, в общем случае, наиболее компактным и дешевым решением распространенных проблем питания ответственных потребителей.
5. СКОН могут использоваться в электроустановках с рекуперацией энергии (например, при электроснабжении кранов, экскаваторов и др.).
6. СКОН могут применяться в электроустановках напряжением выше 1000 В.
Основные технические характеристики систем компенсации отклонений напряжения.
Мощность от 150 до 3600 кВА.
Напряжение – 0,4 кВ.
В базовой комплектации обеспечивают продолжительную работу электроприёмников при отклонении напряжения от – 40% до + 20%.
КПД более 98%.
Компоновка оборудования СКОН.
СКОН — мультимастерная система, поддерживающая работу параллельно установленных силовых модулей, при этом количество модулей в локальной сети не ограниченно.
Стандартные габариты силового модуля низковольтного комплектного устройства СКОН – 800*2200*600 мм.
Структура условного обозначения СКОН:
СКОН – система компенсации отклонений напряжения.
1 – мощность, кВА.
2 – выходное напряжение/выходная частота, кВ/Гц.
3 — степени защиты, обеспечиваемые оболочкой (корпусом).
4 – климатическое исполнение и категория размещения.
5 – внешний байпас (опция).
Предложения Инженерного центра «АРТ».
Полный комплекс работ по созданию систем компенсации отклонений напряжения на базе сетевых преобразователей.
Контактная информация.
Как провалы, скачки напряжения и отклонения напряжения влияют на работу электродвигателя
Стандарт NEMA MG1 для электродвигателей Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) требует, чтобы электродвигатели успешно работали при любом напряжении питания в пределах +-10 %.
от номинальной мощности двигателя. Это означает, что двигатель на 460 В должен работать в диапазоне 414–506 В. Инженер-механик и давний эксперт по электродвигателям Николь Дайсс отметила в своей статье для Plant Engineering в апреле 2018 года, что напряжения за пределами этого диапазона слишком распространены: до 1/2 всех коммунальных предприятий сообщают о разрушительных отклонениях напряжения, влияющих на их клиентов со скоростью 9до 20 раз в год. Продолжительность сбоя может составлять от 50 наносекунд (миллиардных долей секунды) или длиться более полной секунды.
Г-жа Дайс также отметила, что определение NEMA «успешная работа» не обязательно эквивалентно рентабельной эксплуатации. Понимание того, как отклонения от перенапряжения и пониженного напряжения могут нарушить работу двигателя, скорость, крутящий момент и срок службы, может повысить эффективность и надежность работы предприятия. Мы объясним различную терминологию, используемую для описания этих изменений напряжения в промышленной электроэнергетике.
Этот пост познакомит вас со спецификой провалов, скачков, скачков напряжения, всплесков, переходных процессов и прерываний напряжения, чтобы помочь вам оптимизировать работу двигателя и продлить срок его службы.
События перенапряжения различаются по продолжительности возникновения, каждый раз, когда среднеквадратичное напряжение превышает 110% от номинального напряжения питания. RMS расшифровывается как «среднеквадратичное значение», математический термин, который чаще всего используется для определения напряжения переменного тока по сравнению с его эквивалентом постоянного тока. События перенапряжения классифицируются следующим образом:
- Переходные процессы , также известные как всплески или выбросы, представляют собой внезапные пики напряжения продолжительностью менее 50 наносекунд. Переходные процессы могут сократить срок службы обмотки двигателя, когда скачки высокого напряжения вызывают искрение между обмотками.
- Выбросы определяют такие повышения напряжения, которые возрастают и возвращаются к номинальному значению менее чем за одну секунду.
- Отклонения от перенапряжения — это случаи постоянно высокого напряжения продолжительностью более одной секунды.
Распространенное заблуждение относительно двигателей и напряжения заключается в том, что целенаправленная работа двигателя при высоком напряжении снижает потребление тока и, в свою очередь, снижает нагрев и рабочую температуру. И г-жа Дайс из Plant Engineering, и Эд Коверн из журнала Electrical Construction and Maintenance указывают на ошибочность этого мифа.
Люди, которые делают это ошибочное предположение, не принимают во внимание потребность в мощности магнитного насыщения в сердечнике двигателя. Высокое напряжение заставляет двигатель потреблять чрезмерный ток в тщетной попытке еще больше увеличить напряженность магнитного поля железного сердечника сверх его возможной мощности.
Конечно, чрезмерное потребление тока приводит к чрезмерному нагреву, и двигатель подвержен преждевременному выходу из строя. Лучшей практикой для сохранения срока службы электродвигателя является не эксплуатация выше внешних пределов требований к номинальному напряжению двигателя.
Пониженное напряжение определяется как инцидент, когда напряжение питания падает ниже 90% от номинального. Опять же, они различаются по продолжительности события, включая:
- Прерывания — это полные потери напряжения продолжительностью менее 2 минут
- Отключения определяются как полное отключение электроэнергии, продолжающееся более 2 минут
- Провалы или провалы – это падения напряжения, которые возвращаются к норме менее чем за 1 минуту
- Отклонения пониженного напряжения — это постоянные понижения напряжения, которые длятся более 1 минуты.
Низкое напряжение снижает напряженность магнитного поля, что приводит к снижению крутящего момента, создаваемого при номинальной скорости двигателя. Г-жа Найесс напоминает нам в своем отчете в Plant Engineering, что крутящий момент и скольжение пропорциональны квадрату напряжения, поэтому снижение напряжения всего на 10% приводит к очень значительной потере крутящего момента на 19%. Для двигателей, работающих с нагрузкой, близкой к номинальной, или запускающихся с высокими инерционными нагрузками, перебои в низком напряжении могут привести к более высокому потреблению тока, более низкому крутящему моменту и увеличению времени пуска, что способствует сокращению срока службы двигателя.
Оптимизация производительности предприятия с помощью Mader Electric В Mader Electric мы поддерживаем работу электродвигателей и насосов для обеспечения максимальной эффективности предприятия с 1903 года. У нас есть технический опыт для оптимизации производительности вашего предприятия с помощью передовых решений для двигателей и управления, SCADA и автоматизация, производство, ремонт двигателей и насосов, а также полный спектр услуг промышленного электроснабжения.
Трехфазное изменение напряжения и дисбаланс (последняя из двух частей)
В своей колонке за июль 2014 г. я продемонстрировал, что колебания трехфазного напряжения могут существенно повлиять на некоторые характеристики двигателей переменного тока. Если это отклонение велико, это также может сократить срок службы двигателя. Асимметрия напряжения может быть еще более серьезной проблемой и является одной из основных причин преждевременного выхода двигателя из строя. Относительно небольшой дисбаланс всего в 2 процента может сократить ожидаемый срок службы изоляции наполовину.
Расчет асимметрии напряжения
В отличие от колебаний напряжения, несимметричное напряжение возникает, когда три фазы находятся под разным напряжением. Пример идеально сбалансированного фазного напряжения: L1/L2 = 460 В, L2/L3 = 460 В и L3/L1 = 460 В. Среднее напряжение составляет 460 вольт.
Примером несбалансированного фазного напряжения является L1/L2 = 462 В, L2/L3 = 468 В и L3/L1 = 450 В.
Опять же, среднее напряжение составляет 460 В, но дисбаланс составляет 2,2 процента. Несимметрия напряжения рассчитывается по следующему уравнению:
Несимметрия в процентах = 100 x (максимальное отклонение напряжения от среднего / среднее напряжение)
В приведенном выше примере максимальное отклонение напряжения от среднего составляет 10 В (460 минус 450). Двигатели компаний-членов Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA) рассчитаны на то, чтобы выдерживать не более 1 процента асимметрии напряжения.
Почему асимметрия напряжения сокращает срок службы двигателя? Один процент асимметрии напряжения может привести к 6-10 % асимметрии тока. Фаза с наименьшим напряжением имеет наибольший ток, что увеличивает рабочую температуру обмотки, обслуживаемой этой фазой. Это также повысит общую рабочую температуру двигателя. На рис. 1 показано увеличение рабочей температуры в зависимости от асимметрии напряжения. Как показано, дисбаланс всего в 3 процента может увеличить рабочую температуру почти на 20 процентов.
При 5-процентном дисбалансе рабочая температура увеличится на 50 процентов.
Рис. 1. Перегрев из-за асимметрии напряжения
Номинальная температура и класс изоляции
Рабочая температура двигателя представляет собой сумму температуры окружающей среды, окружающей двигатель, и повышения температуры из-за нагрузки двигателя. Повышение температуры обычно измеряют методом сопротивления. Каждый класс изоляции имеет определенный температурный диапазон. Например, класс F рассчитан на 155 C (311 F). Температурный рейтинг — это максимально допустимая рабочая температура, при которой средний срок службы изоляции составляет 20 000 часов.
Из этого рейтинга 10 C зарезервированы для допустимой точки перегрева. Метод сопротивления измеряет среднее повышение температуры в обмотках статора, но в некоторых местах, например, в пазах статора, температура может быть выше, чем среднее значение. Пособие по горячим точкам зарезервировано для защиты этих областей.
Это снижает фактическую рабочую температуру (окружающая плюс измеренная средняя) до 145 C. На каждые 10 градусов выше 145 C срок службы изоляции сокращается вдвое. На каждые 10 градусов ниже 145 C срок службы изоляции удваивается.
Предположим, что двигатель с изоляцией класса F работает при температуре окружающей среды 40 C. Измеренное повышение температуры при полной нагрузке составляет 90 C. Следовательно, рабочая температура составляет 130 C. Ожидаемый срок службы изоляции составляет около 50 000 часов или около 2,5 раз превышает срок службы при 145 C. Но при асимметрии фазного напряжения на 3 % рабочая температура увеличивается на 19 % (155 C), а срок службы изоляции сокращается на 50 %.
На Рисунке 1 показаны обмотки двигателя, вышедшего из строя из-за дисбаланса высокого напряжения. Когда двигатель теряет одну фазу (одна фаза), две другие фазы должны нести всю нагрузку. В результате два комплекта фазных обмоток разрушаются, а тот, что потерял мощность, остается невредимым.
Изображение 1. Обмотки двигателя, вышедшие из строя из-за дисбаланса высокого напряжения. (Изображение предоставлено EASA)
Обрыв и отказ фазы двигателя
В случае дисбаланса обмотка с наибольшим током выходит из строя, и, как правило, две другие продолжают работать. В двигателе, показанном на Рисунке 1, одна из фаз вышла из строя, одна в норме, а на третьей начинает проявляться эффект более высокой температуры. Измерение дисбаланса напряжения и устранение причины обходятся гораздо дешевле, чем диагностика в автомастерской. См. «Pump Ed 101» в номере журнала 9 за июль 2008 г.0112 Насосы и системы для получения инструкций по диагностике причин несбалансированного напряжения.
Хотя коррекция асимметрии напряжения всегда предпочтительнее, несколько правил позволяют работать в несимметричных приложениях. Например, если ветвь с наибольшим током находится под номинальным током при полной нагрузке (FLA), она будет безопасно работать.
Если он выше заводского FLA, но все еще находится в пределах эксплуатационного фактора (SF), он все еще может безопасно работать. Как правило, если сильноточная ветвь менее чем на 10 процентов превышает средний ток, она, вероятно, будет работать безопасно.
Менее желательной альтернативой является снижение мощности двигателя, указанной на паспортной табличке. NEMA предлагает снизить номинальную мощность до 75 процентов от паспортной при дисбалансе в 5 процентов. При 4-процентном дисбалансе он снижается до 82 процентов. При 3 процентах он снижается до 88 процентов, а при 2 процентах — до 95 процентов.
В дополнение к сокращению срока службы изоляции несимметричное напряжение может также увеличить затраты на электроэнергию за счет снижения эффективности двигателя. При дисбалансе в 1 процент эффективность остается на уровне номинальной эффективности, указанной на паспортной табличке. Однако при 3-процентном дисбалансе фактический КПД двигателя может снизиться на 2 процентных пункта.