Раздел 2
энергетика и критерии качества процессов преобразования энергии в
электромеханических системах
В практике эксплуатации принято считать, что эффективность работы всех
электротехнических установок и особенно систем электрического привода,
использующих электрическую энергию переменного тока, во многом определяется
качеством электрической энергии в сетях питания [11,16,17,18]. Качество
используемой электроэнергии определяется существующим межгосударственным
стандартом на электроэнергию 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в
системах электроснабжения общего назначения», Европейским стандартом EN50.006,
международным стандартам МЭК 861, МЭК 1000-3-2, МЭК 1000-3-3, МЭК 1000-4-1 и
публикациям МЭК 1000-2-1, МЭК 1000-2-2 в части уровней электромагнитной
совместимости в системах электроснабжения и методов измерения электромагнитных
помех.
Эти нормативные документы определяют влияние качества электроэнергии на
исправный, электрически и магнитно-симметричный электромеханический
преобразователь, но только в части увеличения дополнительных потерь и нагрева.
По сути, стандарты показывают снижение КПД и выход из строя по перегреву, но
совершенно не учитывают ту часть энергии, которая преобразована
электромеханическим преобразователем, но не идет на выполнение полезной работы,
а расходуется, например, на вибрацию.
Электромеханическое оборудование, используемое в электроприводах, предназначено
для работы в условиях симметрии напряжения, их синусоидальной формы кривых и
уровня, равного или близкого к номинальному значению. При отклонениях
показателей качества электроэнергии (КЭ), превышающих нормируемые стандартом
значения, нормальная работа электрооборудования либо вообще невозможна, либо
может быть обеспечена только при значительном снижении нагрузки. Снижение
эффективности работы электрооборудования проявляется в увеличении потерь
активной мощности и электроэнергии; в сокращении срока службы; увеличении
капитальных вложений в систему электропривода; в увеличении потребления
реактивной мощности; в нарушении нормального хода технологических процессов.
Затронутые вопросы качества преобразования энергии неразрывно связаны с задачей
энергоресурсосбережения. На современном этапе практическое энергосбережение
включает потребление энергии, но не ее преобразование, использование и
управление.
2.1. Оценка степени влияния качества электроэнергии на электромеханическое
оборудование
Обычное электромеханическое оборудование, используемое в электрических сетях,
предназначено для работы в условиях симметрии напряжения, их синусоидальной
формы кривых и уровня, равного или близкого к номинальному значению. При
отклонениях показателей качества электроэнергии (КЭ), превышающих нормируемые
стандартом значения, нормальная работа электрооборудования (ЭО) либо вообще
невозможна, либо может быть обеспечена только при значительном снижении
нагрузки. Следует, однако, заметить, что снижение эффективности работы
электроприемников имеет место и при изменении показателей КЭ в технически
допустимых диапазонах. Для определения экономически целесообразных границ
изменения показателей КЭ и областей их необходима количественная оценка ущерба,
обусловленного снижением КЭ. Согласно [19-20] он проявляется в увеличении
потерь активной мощности и электроэнергии; в сокращении срока службы ЭО; в
увеличении капитальных вложений в систему электроснабжения; в увеличении
потребления реактивной мощности; в нарушении нормального хода технологических
процессов.
Первые три вида последствий имеют место в основном электротехническом
оборудовании систем электроснабжения, к которому относятся: асинхронные
двигатели, синхронные машины, силовые трансформаторы, силовые конденсаторы,
осветительные приборы, линии электропередачи.
Нарушение нормального хода технологического процесса, вызванное ухудшением КЭ,
сопровождается снижением качества и количества выпускаемой продукции.
Четвертый вид последствий обусловлен увеличением потребления реактивной
мощности нелинейными нагрузками.
2.1.1. Влияние качества питающей энергии на электроприводы с асинхронными
двигателями. Из анализа влияния показателей КЭ на режимы вращающихся машин
следует, что несимметрия и несинусоидальность напряжений – наиболее значимые
факторы снижения эффективности их работы. Наличие на зажимах асинхронных
двигателей (АД) даже небольшой несимметрии напряжений вследствие низкого
сопротивления их обратной последовательности приводит к значительному
увеличению потерь активной мощности, что, в свою очередь, вызывает
дополнительный нагрев обмоток. Известно [21], что при повышении температуры
изоляции класса А примерно на 8°С срок ее службы уменьшается вдвое. При
значении напряжения обратной последовательности, равном 4% номинального, срок
службы АД сокращается вдвое.
В табл. 2.1 приведены данные [22], характеризующие работу АД при полной
нагрузке в условиях несимметрии напряжений, определенной как максимальное
отклонение фазного напряжения от среднего значения, отнесенное к этому среднему
значению.
Несинусоидальность напряжений вызывает в АД значительные потери активной
мощности и повышенный нагрев. Следует отметить, что дополнительные потери
активной мощности, обусловленные несимметрией и несинусоидальностью напряжений,
не зависят от нагрузки двигателей и определяются из выражения [23]:
(2.1)
где - потери в меди статора при номинальном токе основной частоты;
- кратность пускового тока при номинальном напряжении основной частоты;
- коэффициент несимметрии напря
- Київ+380960830922