Влияние качества электроэнергии на эксплуатационные свойства электрооборудования и средств автоматизации

Несоответствие КЭ ГОСТ 13109-97 оказывает существенное влияние на работу электрооборудования и приводит к снижению эффективности систем электроснабжения.

Несимметричные изменения напряжения возникают из-за несимметричных токов нагрузки, протекающих в элементах системы электроснабжения. Вследствие этого, на выводах электроприемников потребителей появляется несимметричное напряжение. Отклонение напряжения у перегруженной фазы питающего ЭП может во много раз превысить допустимые значения. Помимо изменения напряжения на вводах ЭП, при несимметричном режиме значительно изменяются условия работы как самих ЭП, так и всех элементов электроснабжающей сети, что приводит к значительному снижению надежности работы электрооборудования и системы электроснабжения в целом.

У асинхронных двигателей (АД) качественно отличается действие симметричного режима от несимметричного. Сопротивления прямой последовательности АД примерно в 5 раз больше сопротивления обратной последовательности. Поэтому, даже незначительнаянесимметрия напряжений сети вызывает увеличение токов обратной последовательности, что приводит к дополнительному нагреву ротора и статора двигателя. Все это приводит в итоге к уменьшению мощности двигателя и ускоренному старению изоляции в двигателе. Так же, из-за несимметрии напряжений в синхронных двигателях возникают дополнительные потери активной мощности и нагрев ротора и статора, но так же могут возникнуть опасные вибрации в результате появления знакопеременных тангенциальных сил и вращающих моментов и, пульсирующих с двойной частотой сети.

При наличии токов нулевой и обратной последовательности происходит увеличение суммарных токов в различных элементах сети, а это, в свою очередь, приводит к резкому увеличению суммарных потерь мощности в сети. Так же увеличение суммарных токов в различных элементах сети может быть недопустимо с точки зрения нагрева. Сильный нагрев нулевого проводника может вызвать значительные токи нулевой последовательности, протекающие через нулевой проводник недостаточного сечения. Известны случаи возникновения пожаров в помещениях при перегреве нулевых проводников, сечение которых составляло 25 мм2 или 50 % фазного провода. При неоднократном протекании токов нулевой последовательности через заземляющие элементы, происходит «высушивание», а так же увеличение сопротивления заземления. Это приводит к отрицательному воздействию на работу различных видов блокировок и систем релейной защиты. Несимметрия напряжения значительно снижает срок службы многофазных вентильных выпрямителей, при этом ухудшаются условия работы систем импульсно-фазового управления тиристорных преобразователей из-за увеличения пульсации выпрямленного напряжения.

При наличии несимметрии напряжения конденсаторные установки неравномерно загружаются, что уменьшает их установленную мощность. В тоже время увеличивается уже существующая несимметрия напряжения, так как подача реактивной мощности в сеть в фазе с наименьшим напряжением будет меньше, чем в остальных фазах.

Симметрирование нагрузки приводит к резкому сокращению потерь мощности, а, соответственно, и потерь энергии в питающих электрических сетях. Равномерное распределение нагрузки на три фазы снижает потери электроэнергии в 6 раз по сравнению с подключением этой же нагрузки к одной фазе.

Несимметричная нагрузка отрицательно сказывается не только на работе линии, но и на работе трансформатора. Это объясняется тем, что любую несимметричную систему токов можно представить в виде суммы симметричных составляющих прямой и обратной последовательностей. Токи прямой и обратной последовательности сдвинуты в фазах во времени на 1200, магнитные потоки этих последовательностей в стержнях имеют такой же сдвиг, они замыкаются по магнитопроводу трансформатора. Сумма этих потоков в любой момент времени равна нулю. Векторы токов нулевой последовательности направлены в одну сторону в каждой фазной обмотке, совпадают по величине и фазе и замыкаются по нулевому проводу. Эти токи в трех стержнях магнитопровода трансформатора со схемой соединения обмоток «звезда с нулем» наводят магнитные потоки нулевой последовательности. От перегрева сокращается срок службы изоляции. Трансформатор с несимметричной нагрузкой по температуре верхних слоев масла не может быть загружен до номинального значения. При этом уменьшается КПД трансформатора. Кроме этого, потоки нулевой последовательности индуктируют в обмотках ЭДС, которые в сумме смещают нейтральную точку фазных напряжений в сети.