Влияние качества электроэнергии на работу электроприемников

Отклонение напряжения

Отклонения напряжения оказывают значительное влияние на работу электроприемников.

Асинхронные (синхронные) электродвигатели при отклонениях напряжения изменяют свои механические характеристики – зависимость вращающего момента от скольжения или частоты вращения .

Вращающий момент электродвигателя пропорционален квадрату напряжения на его зажимах. Поэтому при снижении напряжения вращающий момент снижается и уменьшается частота вращения двигателя, так как увеличивается его скольжение. При этом ток электродвигателя увеличивается, что приводит к повышению нагрева обмоток двигателя и ускорению старения изоляции.

Установки электрического освещения, применяемые на предприятиях, содержат различные источники света (лампы накаливания, дуговые ртутные лампы высокого давления, натриевые, ксеноновые и люминесцентные лампы). При изменении напряжения на выводах ламп изменяются освещенность, световой поток, срок службы ламп. При каждом снижении напряжения на 1 % световой поток уменьшается примерно на 3,6 %. Срок службы ламп увеличивается приблизительно на 1,3 % [6].

Электротермические установки на предприятиях реагируют на изменение напряжения следующим образом. В печах сопротивления при снижении напряжения снижается производительность, увеличивается продолжительность технологического процесса. Повышение напряжения приводит к перерасходу электроэнергии. При снижении напряжения в индукционных печах на 8-10 % технологический процесс невозможно довести до конца.

Электросварочные установки переменного тока представляют собой однофазную неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким коэффициентом мощности: 0,3 – для дуговой и 0,7 – для контактной сварки. При снижении напряжения до 0,9 от номинального время сварки увеличивается на 20 %, а при выходе его за пределы 0,9-1,1 от номинального возникает брак сварных швов.

Силовые трансформаторы обеспечивают электроснабжение приемников различного назначения. Изменение напряжения трансформаторов приводит к увеличению потери активной мощности в стали.

Конденсаторы, применяющиеся в сетях для компенсации реактивной мощности, изменяют генерируемую реактивную мощность пропорционально квадрату напряжения.

Колебание напряжения

Колебание напряжения отрицательно сказывается на работе осветительных установок. Появляется фликер-эффект, или мигание ламп освещения, что вызывает утомление зрения. Наиболее сильное воздействие на глаза человека оказывает мигание света с частотой 3-10 Гц. В этом диапазоне допускаются минимальные колебания напряжения – менее 0,5 %.

Колебания напряжения более 10 % могут привести к погасанию газоразрядных ламп. Их зажигание происходит через несколько секунд и даже минут. При колебаниях более 15 % возможно отпускание магнитной системы пускателей, размыкание их контактов, что может привести к нарушению технологии производства.

При колебании напряжения с размахом 10-15 % возможен выход из строя конденсаторов, вентильных выпрямительных агрегатов.

Колебания напряжения оказывают заметное влияние на работу асинхронных двигателей в приводах технологического оборудования, так как требуется высокая точность частоты вращения приводов.

При колебаниях напряжения нарушается нормальная работа радиоприемных приборов, телевизоров, персональных компьютеров, рентгеновских установок.

Несимметрия напряжения

Несимметрия напряжений и токов, обусловленная несимметрией элементов электрической сети, называется продольной. Продольную несимметрию создают неполнофазные режимы воздушных линий, несимметрия параметров фаз электрической сети, а также специальные системы электропередач: два провода – земля, два провода – рельс.

Поперечная несимметрия возникает при подключении к сети однофазных и трехфазных несимметричных нагрузок.

Несимметрия междуфазных напряжений вызывается наличием составляющих обратной последовательности, а несимметрия фазных напряжений – наличием составляющих нулевой последовательности.

В синхронных генераторах токи прямой последовательности создают магнитное поле, вращающееся синхронно с ротором, а токи обратной последовательности – магнитное поле, вращающееся с двойной синхронной частотой в противоположном направлении. Это вызывает появление вихревых токов и вибрацию частей машины.

В асинхронных и синхронных двигателях ток обратной последовательности, накладываясь на ток прямой последовательности, вызывает дополнительный нагрев ротора и статора, что приводит к быстрому старению изоляции. Несимметрия напряжений приводит к появлению противодействующего момента и к уменьшению полезного момента. Синхронные двигатели, кроме того, могут перейти в асинхронный режим.

В трансформаторах потери мощности в основном обусловлены токами обратной последовательности.

В кабельных и воздушных линиях токи обратной последовательности вызывают дополнительные потери мощности в линиях. При несимметричной нагрузке ток в нулевом рабочем проводнике четырехпроводной системы трехфазного тока может превышать фазные токи, что чревато его значительной перегрузкой. Токи нулевой последовательности постоянно проходят через заземлители, высушивая вокруг них грунт, и увеличивают сопротивление растеканию. Они вносят искажение в низкочастотные каналы проводной связи, снижают надежность работы устройств автоматики и телемеханики.

При несимметрии напряжений токи в фазах многофазного выпрямителя отличаются, что приводит к снижению мощности выпрямителя, так как часть выпрямителей оказывается недогруженной. При загрузке выпрямителя до номинального значения по менее загруженным фазам возможна значительная перегрузка части выпрямителей и их преждевременный выход из строя. Несимметрия напряжений переменного тока вызывает пульсацию с двойной частотой выпрямленного напряжения. Эти пульсации могут привести к выводу из строя конденсаторов сглаживающих фильтров.

Подключение симметричной по емкости трехфазной конденсаторной батареи к электрической сети с несимметричным напряжением может усугубить несимметрию в сети. Сами конденсаторные установки будут неравномерно загружаться по фазам реактивной мощностью. Общая мощность установки снизится и будет меньше номинальной.