Влияние отклонения напряжения на работу электроприемников

Каждый приемник электроэнергии спроектирован для работы при номинальном напря­жении и должен обеспечивать нормальное функционирование при отклонениях напряжения от номинального на заданную ГОСТ величину. При изменении напряжения в пределах этого ра­бочего диапазона могут изменяться значения выходного параметра приемника электроэнергии, например температура в электротермической установке, освещенность у электроосветительной установки, полезная мощность на валу электродвигателя и т. д.

Одновременно с изменением выходных параметров, а в ряде случае даже когда выход­ные параметры не изменяются, изменение напряжения приводит к изменению потребляемой приемником электроэнергии мощности.

Работа электротермических установок при значительном снижении напряжения существенно ухудшается, так как увеличивается длительность технологического процесса.

Печи сопротивления прямого и косвенного действия имеют мощности до 2000 кВт и подключаются к сети напряжением 0,38 кВ, коэффициент мощности близок к 1,0. Регулирую­щий эффект активной нагрузки печей сопротивления равен 2. Повышение напряжения приво­дит к перерасходу электроэнергии.

Индукционные плавильные печи промышленной частоты и повышенной частоты пред­ставляют собой трехфазную электрическую нагрузку «спокойного» режима работы. Печи по­вышенной частоты питаются от вентильных преобразователей частоты, к которым подводится переменный ток напряжением 0,4 кВ. Индукционные печи имеют низкий коэффициент мощно­сти: от 0,1 до 0,5.

Вентильные преобразователи обычно имеют систему автоматического регулирова­ния постоянного тока путем фазового управления. При повышении напряжения в сети угол ре­гулирования автоматически увеличивается, что приводит к увеличению потребления мощности преобразователем. Регулирующие эффекты нагрузки для ртутно-выпрямительного агрегата с электролизером для активной мощности 3,5; для реактивной мощности 7,6.

Электросварочные установки переменного тока дуговой и контактной сварки пред­ставляют собой однофазную неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким коэффи­циентом мощности: 0,3 - для дуговой сварки и 0,7 - для контактной. При снижении напряжения до 0,9 U _ном время сварки увеличивается на 20 %, а при выходе его за пределы (0,9... 1,1) U _ном

возникает брак сварных швов.

Электрохимические и электролизные установки работают на постоянном то­ке, который получают от преобразовательных подстанций, выпрямляющих трехфазный пере­менный ток. Коэффициент мощности установок 0,8 ...0,9. Работа электролизных установок при пониженном напряжении приводит к снижению производительности, а повышение напряжения - к недопустимому перегреву ванн электролизера.

Установки электрического освещения с лампами накаливания, люминесцент­ными, дуговыми, ртутными, натриевыми, ксеноновыми лампами применяются на всех пред­приятиях для внутреннего и наружного освещения. В производственных цехах в настоящее время применяются преимущественно дуговые ртутные лампы высокого давления типов ДРЛ и ДРИ 220 В. Аварийное освещение, составляющее 10% от общего, выполняется лампами нака­ливания. Коэффициент мощности светильников с индивидуальными конденсаторами 0,9...0,95, а без них - 0,6. Лишь лампы накаливания имеют коэффициент мощности 1,0. В цехахлаборато- риях, административных помещениях, требующих повышенной освещенности и правильной цветопередачи, устанавливают люминесцентные лампы. Для наружного освещения рекомен­дуются лампы типа ДРЛ. Регулирующий эффект у ламп накаливания в области номинального напряжения равен 1,6. Статическую характеристику по напряжению для ламп накаливания приближенно можно записать так:

Ал.н = Рн U„)/Рн ⁽U_И.ном) = ⁽U

где U _п* - относительное значение напряжения U _п на приемнике электроэнергии от но­минального U_пном ; р_лн (U_п ), р_лн (U_пном ) - активная нагрузка лампы накаливания при напряже­нии U_п и при номинальном напряжении U_{п ном} .

Необходимо отметить, что при изменении напряжения изменяется освещенность, свето­вой поток и срок службы лампы. На каждый процент понижения напряжения световой поток уменьшается приблизительно на 3,6%. Срок службы увеличивается приблизительно на 1,3%.

Люминесцентные лампы также изменяют свое потребление с изменением напряжения. Статическую характеристику по напряжению для активной мощности люминесцентных ламп приближенно можно записать так:

Р*_л.н = Рн )/Рн ⁽U„.«J = ⁽U_n*^)L9,

для реактивной мощности

Р*л.н = Рн U „⁾/Рн U „.ном⁾ = (U „*⁾¹⁵.

Регулирующий эффект люминесцентных ламп по схеме с расщепленной фазой равен примерно 1,9 для активной мощности, а для реактивной мощности регулирующий эффект для люминесцентных ламп может быть оценен величиной 1,5. Срок службы люминесцентных ламп изменяется с изменением напряжения: на 1 % понижения напряжения срок службы в среднем увеличивается на 2%.

Для ламп ДРЛ с пускорегулирующей аппаратурой (ПРА) регулирующий эффект по ре­активной мощности равен 4,5.

Силовые трансформаторы. Потери активной мощности в стали трансформаторов изменяются пропорционально квадрату изменения числа вольт, приходящихся на виток пер­вичной обмотки трансформатора. При напряжении сети, на а % отличающемся от напряжения ответвления трансформатора, потери активной мощности в стали можно с достаточной точно­стью найти по формуле

AP_Cm = АР_ст._тм (1± а/100)                                                (¹⁹-¹³)

где АР_стном - потери в стали при номинальном напряжении.

Намагничивающая мощность трансформаторов резко меняется с изменением напряже­ния, подводимого к трансформатору. Намагничивающая мощность изменяется пропорциональ­но пятой степени напряжения и может быть определена по формуле

AQ = aQ (1± а /100),                                          (1914)

cm    ст.ном —' ^ ^

где AQ_{CT ном} - намагничивающая мощность трансформатора при номинальном напряже­нии.

Потери в реактивном сопротивлении трансформатора можно считать изменяющимися пропорционально квадрату намагничивающей силы первичной обмотки. При напряжении на а

% выше напряжения ответвления потери реактивной мощности в обмотках трансформатора мо­гут быть найдены по формуле

DQ = DQ (1± а/100),                             О⁹-¹⁵)

м                     м.ном ---------- ^ ^

где ЛQ_{н ном} - потери в реактивном сопротивлении рассеяния трансформатора при номи­нальном напряжении.

Статические характеристики потерь мощности в стали трансформаторов напряжением 10/0,4 кВ:

ЛР_ст = ЛР_ст.ном (-2,3+3,3U J;

DQ =DQ (-1+2U J-                                                             (1916)

^^ cm                ^^ ст. ном                                      ^m

Конденсаторы. Реактивная мощность конденсаторов, как и любого постоянного со­противления, пропорциональна квадрату напряжения:

Q_BK = -(U ²1х)                                               (¹⁹¹⁷)

где Х_с - сопротивление конденсаторной батареи; знак «-» поставлен потому, что знак ем­костного сопротивления противоположен знаку индуктивного сопротивления, принимаемому положительным. Регулирующий эффект батареи конденсаторов отрицателен и равен -2. Это значит, что при понижении напряжения в сети мощность конденсаторов снижается пропорцио­нально квадрату напряжения.