Влияние качества электроэнергии на эксплуатацию и техническое обслуживание электрооборудования

Одним из главных условий обеспечения нормальной и устойчивой работы электрооборудования является электроснабжение его электроэнергией, параметры которой соответствуют требованиям ГОСТ на качество электроэнергии [46].

При номинальных параметрах электрической сети и климатических режимов электрооборудование, как показал опыт эксплуатации, нормально работает, а срок его службы, указанный в технических характеристиках, практически не изменяется. При отклонениях напряжения от номинального на допустимую ГОСТ величину не все электрооборудование может работать нормально. Дело в том, что ГОСТ на качество электроэнергии рассчитан на установки общего назначения. Поэтому для различных отраслей промышленности существуют свои отраслевые инструкции, в которых определен диапазон изменения отклонений напряжения, не выходящий за пределы, лимитированные ГОСТ на качество электроэнергии [46]. Данное положение относится не только к отклонению напряжения, но и к другим показателям качества электроэнергии (ПКЭ).

Основные ПКЭ связаны с такими параметрами, характеризующими систему электроснабжения, как отклонения частоты и напряжения, колебание напряжения, несинусоидальность и несимметрия напряжения.

Во избежание длительного нарушения нормальной работы электрооборудования основные ПКЭ не должны выходить за пределы предельно допустимых значений, регламентированных ГОСТ на качество электроэнергии [46].

На зажимах электрооборудования, являющегося источником электромагнитных помех, допускается изменение ПКЭ в более широких пределах, если это не приводит к нарушению нормированного качества электроэнергии у другого электрооборудования. Кроме того, в аварийных режимах допускается кратковременный выход ПКЭ за установленные ГОСТ пределы с последующим их восстановлением до нормативного уровня.

На надежность и долговечность работы электрооборудования в значительной степени влияет его тепловой режим. Так, для асинхронных (АД) и синхронных (СД) двигателей влияние отклонения напряжения на их тепловой режим зависит от загрузки двигателей.

Работа электродвигателей при пониженном напряжении приводит к перегреву изоляции и может явиться причиной выхода их из строя. Дело в том, что при снижении напряжения в пределах нормы (10%) токи ротора и статора увеличиваются в среднем на 11 и 10% соответственно.

При значительной загрузке асинхронного двигателя такие отклонения напряжения приводят к существенному уменьшению его срока службы. При увеличении тока двигателя происходит более интенсивное старение изоляции. При отрицательных отклонениях напряжения на зажимах двигателя в 10% и номинальной загрузке АД срок его службы сокращается вдвое.

Опыт эксплуатации показал, что работа АД целесообразна при UH0M или при U > UH0M.

При отклонениях напряжения питания изменяется реактивная мощность синхронного двигателя, что необходимо учитывать при использовании СД для компенсации реактивной мощности. Это относится и к конденсаторным установкам. При недостаточной реактивной мощности, генерируемой в сеть СД, дополнительно используют батареи конденсаторов, что снижает надежность системы электроснабжения за счет увеличения числа элементов системы.

Отклонения напряжения оказывают заметное влияние не только на тепловое состояние электрооборудования, но и на электрическую прочность его изоляции, а следовательно, на его надежность и срок службы. Так, повышение напряжения в сети приводит к росту мощности КЗ, что вызывает ускоренный износ изоляции электрооборудования и может сказаться на его коммутационной способности.

Отклонения напряжения существенно влияют также на работу осветительных устройств. Так, для ламп накаливания, которые особенно чувствительны к изменениям напряжения, повышение напряжения на 1% приводит к сокращению их срока службы на 14%, а при повышении напряжения на 3% срок службы их снижается на 30%; увеличение напряжения на 5% приводит к сокращению срока службы ламп накаливания в два раза. Для люминесцентных ламп повышение напряжения на 10% сокращает срок их службы на 30%.

Отклонения, колебания и провалы напряжения могут приводить к сбоям в работе вычислительного оборудования и, в частности, персональных компьютеров, а также к ложным срабатываниям релейной защиты и автоматики.

Колебания напряжения, также как и отклонения напряжения, оказывают отрицательное влияние на работу электрооборудования.

Мигание ламп осветительной сети (фликер-эффект) вызывает утомление зрения человека и сказывается на производительности труда. Наиболее сильное воздействие на глаз человека оказывают мигания света с частотой 3—10 Гц, поэтому допустимые колебания напряжения в этом диапазоне минимальны и составляют 0,5%. При этом лампы накаливания оказывают значительно большее воздействие на зрение, чем газоразрядные лампы.

При глубоких колебаниях напряжения (более 15%) могут отпадать контакты магнитных пускателей, вызывая нарушение технологических процессов производства.

К электроприемникам, чувствительным к колебаниям напряжения, относится вычислительная техника, для которой одно-два колебания напряжения с размахом 1 — 1,5% могут привести к сбою в работе и возникновению ошибочных команд управления.

Для ТЭЦ колебания амплитуды и фазы напряжения, возникающие при колебаниях напряжения, приводят к колебаниям электромагнитного момента, активной и реактивной мощностей генераторов, что отрицательно сказывается на устойчивости работы станции в целом, а следовательно, на ее функциональной надежности.

На надежность работы электрооборудования ощутимое влияние оказывают также несинусоидальные режимы. Это объясняется тем, что при наличии высших гармоник в кривой напряжения (высшие гармоники — это гармоники, большие 50 Гц, например, вторая гармоника — это 2 • 50 = 100 Гц) интенсивнее протекает процесс старения изоляции, чем в случае работы электрооборудования при синусоидальном напряжении промышленной частоты (50 Гц). Так, при коэффициенте несинусоидальности 5% через два года эксплуатации тангенс угла диэлектрических потерь конденсаторов увеличивается в два раза, т.е. ухудшается качество изоляции.

Ускоренное старение изоляции имеет место и в силовых кабелях. За счет высших гармоник тока довольно часто однофазные КЗ переходят в двухфазные в месте первого пробоя вследствие прожигания кабеля. Следовательно, высшие гармоники в кривой напряжения питающей сети приводят к сокращению срока службы силовых кабелей, повышению аварийности в кабельных сетях, увеличению числа необходимых ремонтов.

Высшие гармоники тока и напряжения до 10% увеличивают погрешность индукционных счетчиков электроэнергии, ухудшают работу телемеханических устройств, вызывая сбои в их работе, если в качестве каналов связи для передачи информации используют силовые кабели. Кроме того, высшие гармоники вызывают ложную работу релейной защиты и автоматики при использовании фильтров токов обратной последовательности.

В электрических сетях возможно возникновение резонансных режимов на высших гармониках, при этом резко возрастают токи и напряжения на отдельных участках электрической сети. При появлении тока гармоники с большим порядковым номером проявляется поверхностный эффект (вытеснение тока к поверхности проводника), что приводит к дополнительным потерям тепла, нагреву изоляции электрооборудования и снижению срока его службы.

Несимметрия напряжения в сети неблагоприятно сказывается на работе и сроке службы асинхронных двигателей (АД). Так, несимметрия напряжения в сети в 1 % вызывает значительную несимметрию токов в обмотках (до 9%). Токи обратной последовательности накладываются на токи прямой последовательности и вызывают дополнительный нагрев статора и ротора, что приводит к ускоренному старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности двигателя. Известно, что при несимметрии напряжения в сети в 4% срок службы АД, работающего с номинальной нагрузкой, сокращается примерно в два раза; при несимметрии напряжения в 5% располагаемая мощность АД уменьшается на 5—10%.

Магнитное поле токов обратной последовательности статора синхронных двигателей индуцирует в массивных металлических частях ротора значительные вихревые токи, вызывающие повышенный нагрев ротора и вибрацию вращающейся части двигателя. При значительной несимметрии вибрация может оказаться опасной для конструкции самого двигателя.

Нагрев обмотки возбуждения СД за счет дополнительных потерь от несимметрии напряжения приводит к необходимости снижать ток возбуждения, при этом уменьшается реактивная мощность, выдаваемая СД в сеть.

Несимметрия напряжения в сети не оказывает заметного влияния на работу кабельных и воздушных линий, однако для силовых трансформаторов наблюдается значительное сокращение их срока службы.

Токи нулевой последовательности постоянно проходят через за- землители и отрицательно сказываются на их работе, вызывая высушивание грунта и увеличение сопротивления растеканию, что значительно уменьшает надежность работы заземлителей.

Конденсаторные установки при несимметрии напряжений в сети неравномерно загружаются реактивной мощностью по фазам, что делает невозможным полное использование их установленной мощности. Кроме того, конденсаторные установки в этом случае усиливают уже существующую несимметрию, так как выдача реактивной мощности в сеть в фазе с наименьшим напряжением будет меньше, чем в остальных фазах (пропорционально квадрату напряжения).

Что касается осветительного оборудования, то здесь необходимо учитыватьследующее.Принапряжении,равномО,9?/ном, световой поток ламп накаливания и освещенность поверхности снижаются в среднем на 40%. При напряжении, равном 1,1 U , световой поток ламп накаливания возрастает примерно на 40%, но срок службы их сокращается почти в четыре раза. Для газоразрядных люминесцентных ламп при изменении напряжения в пределах 5—7% ?7Н0М освещенность рабочего места снижается на 10—15%. При размахах изменений напряжения более 10% имеет место погасание газоразрядных ламп.

При размахах изменений напряжения более 15% могут отключаться магнитные пускатели, а также выходить из строя вентили преобразовательных агрегатов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >