Исследование помех по электропитанию

В ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

Цель работы

Исследование провалов напряжения в промышленных электрических сетях как помех по электропитанию для различных электроприемников.

Теоретические сведения

В ГОСТ 13109 - 97 установлены показатели качества электроэнергии, характеризующие кратковременные искажения напряжения в сети, возникающие при различных переходных процессах. Это вызвано тем, что кратковременные искажения напряжения являются помехами по электропитанию для различных электроприемников: синхронных электродвигателей, средств автоматики и управления и, так называемых, цифровых технических средств (ЦТС). Все помехи по электропитанию принято делить на два вида: длительные (провалы и выбросы напряжения длительностью от 10 миллисекунд до 30 секунд) и импульсные – коммутационные перенапряжения длительностью, измеряемой миллисекундами и микросекундами.

В данной лабораторной работе исследуются только провалы напряжения, для которых ГОСТ 13109 - 97 устанавливает следующие параметры:

- длительность провала напряжения, с;

- глубина провала напряжения, %;

- частость появления провалов напряжения,

где - число провалов напряжения глубиной и длительностью за период времени наблюдения Т (1 год);

М – суммарное число провалов напряжения за время наблюдения Т.

Причины возникновения провалов напряжения в электрических сетях различны: короткие замыкания, срабатывания противоаварийной автоматики, пиковые нагрузки и др. Все множество этих причин применительно к мнемосхеме установки можно разделить на два вида. Первый – провалы напряжения «приходящие» из сетей энергосистемы, второй - провалы, вызываемые явлениями в электросетях предприятия (пиковые нагрузки, аварийные переключения и др.).

В лабораторной установке смоделированы оба указанных вида провалов. Причем провал второго вида вызывается пиковой нагрузкой на стороне 0,4 кВ цеховой ТП и обусловлен потерей напряжения от пиковой нагрузки на сопротивлении трансформатора 10/0,4 кВ.

Одной из причин провалов напряжения первого вида являются короткие замыкания в сетях 110 кВ.

При трехфазном КЗ в точке К в напряжении U1(t) и U2(t) произойдет провал напряжения глубиной и длительностью . Глубина провала определяется электрической удаленностью точки КЗ от шин РУ 110 кВ, длительность – временем отключения выключателя 110 кВ QF1, которое слагается из собственного времени отключения выключателя плюс уставка времени релейной защиты. В нормальном режиме работы секционный выключатель в РУ 110 кВ замкнут, поэтому провал напряжения проникает по обеим лучам схемы. Таким образом, относительно рассматриваемого провала напряжения, два луча схемы, строго говоря, не являются независимыми. При наличии АПВ в сети 110 кВ, после вышеуказанного провала напряжения может последовать второй, при неуспешном АПВ.

При однофазном КЗ в точке К диаграмма изменения напряжения U1(t) и U2(t) представлена на рис. 8.

При однофазном КЗ (в фазе А) в момент времени t1 в напряжении поврежденной фазы А возникает провал глубиной и длительностью , в напряжениях фаз В и С - временное перенапряжение (выброс напряжения) величиной до 1,7 номинального фазного. При отключении этого КЗ выключателем QF1, напряжения во всех фазах восстанавливаются до нормальных значений. Если ВЛ 110 кВ оснащены устройствами АПВ, то в момент времени t3 выключатель QF1 включается и, если КЗ не устранилось, то возникает второй провал и соответствующие выбросы напряжения.

При КЗ в линии с головным выключателем QF2 и наличием АВР в сетях 10 кВ, форма провала напряжения может измениться.

Аналогичная ситуация происходит при КЗ в сети 380 В. В отличие от вышерассмотренного здесь не применяется АПВ, нет второго провала (рис.8) и отсутствует влияние этого КЗ на напряжение второго луча схемы. Помимо рассмотренных ситуаций, в сетях возможны и другие кратковременные явления, которые необходимо учитывать при анализе провалов напряжения.

В лабораторной работе необходимо с помощью электронного осциллографа определить время провалов напряжения, их глубину и длительность, а также среди зафиксированных провалов выделить провалы первого и второго вида. Глубина провалов второго вида может быть уменьшена при включении трансформаторов Т3 и Т4 на параллельную работу.

Кардинальное уменьшение глубины, длительности и частости провалов напряжения в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения не целесообразно с технико-экономической точки зрения. Если при работе каких либо электроприемников возможен ущерб от провалов напряжения, то принимают меры по совершенствованию конструкции этих электроприемников (например, замена синхронных электродвигателей на асинхронные) или по индивидуальной защите элетроприемников от провалов, например с помощью агрегатов бесперебойного питания (для ЦТС). По этой причине в ГОСТ 13109-97 не устанавливаются допустимые значения параметров, характеризующих провалы напряжения, как это делается для отклонений и колебаний напряжения, а приводятся лишь статистические данные о параметрах провалов напряжения для различных схем электропитания.

Порядок проведения работы (задание)

7.3.1. Включить питание лабораторного стенда, включить нагрузку , отключить трансформатор Т3. Остальные элементы мнемосхемы могут быть в любом состоянии (включено или выключено). Подключить электронный осциллограф для контроля напряжения на шинах 0,4 кВ цеховой ТП. Настроить осциллограф таким образом, чтобы можно было оценить глубину и длительность провала наблюдаемого на экране напряжения.

7.3.2. Запустить установку нажатием кнопки " Пуск" и, внимательно наблюдая на экране осциллографа за исследуемым напряжением, зафиксировать провалы напряжения (время, глубину, длительность). Проанализировать результаты наблюдений, выявив среди зафиксированных провалов те, которые вызваны пиковой нагрузкой в сети 0,4 кВ цеховой ТП.

7.3.3. Включить трансформатор Т3 на параллельную работу с трансформатором Т4 и повторить эксперимент в соответствии с п.7.3.2. Оценить степень уменьшения глубины провалов напряжения, обусловленных пиковой нагрузкой в сети 0,4 кВ.

7.3.4. Оформить отчет по лабораторной работе.

Контрольные вопросы

7.4.1. Каковы причины провалов напряжения в промышленных электросетях?

7.4.2. Опишите механизм воздействия провалов напряжения на электродвигатели, на установки электрического освещения, на ЦТС.

7.4.3. Какими путями можно обеспечить устойчивость ЦТС к провалам напряжения?

7.4.4. Какие нормы на провалы напряжения установлены в ГОСТ 13109-97?

ЛИТЕРАТУРА

1. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии / -М.:Энергоатомиздат, 1985.

2. Ристхейн Э.М. Электроснабжение промышленных установок / -М.: Энергоатомиздат, 1991.

3. Гужов Н.П., Ольховский В.Я., Павлюченко Д.А. Системы электроснабжения / Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007.-(«Учебники НГТУ»).

4. Порядок расчёта значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договорах энергоснабжения). Утверждён приказом №49 Минпромэнерго России от 22.02.2007г.

5. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. НОРМЫ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ.