Провал напряжения
Провал напряжения — внезапное понижение напряжения в точке электрической сети ниже 0,9Uном, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд
Провал напряжения (рисунок 1) характеризуют глубиной δUп, длительностью ∆tn и частостью появления Fn
Рисунок 1 — Схематический вид провала напряжения
Глубина провала рассчитывается по формуле
где Uном— номинальное напряжение, В; Umin — остаточное напряжение в точке контроля, В.
Длительность провала рассчитывается как разница между временем восстановления напряжения tк и временем начала провала напряжения tн
Δtп=tк-tн
Установлено, что длительность восстанавливаемого провала напряжения не может превышать 30 с — об этом сказано в ГОСТ 13109-97
Частость появления провалов напряжения рассчитывается по формуле
где m(δUп Δtп) — число провалов глубиной δUп и длительностью Δtп за рассматриваемый интервал времени Т; М — суммарное число провалов напряжения за рассматриваемый интервал времени Т.
В отличие от ранее рассмотренных ПКЭ, провалы напряжения являются совершенно случайными, но вероятными событиями и характеризуют анормальные режимы работы системы электроснабжения. Провалы напряжения характеризуют надежность электроснабжения, «оценивая» его бесперебойность, и возникают в любой сети. Первоначальной причиной провалов является попадание молнии в линию или на шины открытого распределительного устройства. При этом возникает короткое замыкание, срабатывают средства защиты оборудования и системы автоматики (АПВ, АВР). Провалы напряжения могут быть обусловлены ошибками персонала или ложными срабатываниями средств защиты и автоматики. Глубина провала в точке наблюдения (шины подстанции, зажимы электроприемника и т.п.) тем больше, чем ближе место повреждения к этой точке, длительность провала определяется совокупностью времени срабатывания средств защиты и автоматики, благодаря действию которых напряжение может быть восстановлено.
Провал напряжения может иметь несколько ступеней, когда напряжение восстанавливается до первоначального по мере восстановления исходной схемы, или переключений в схеме, связанных с присоединением резервных источников питания, что существенно влияет на восстановление функций электроприемников после возможного отказа, вызванного этим провалом.
Появление провалов неопределенно по месту и времени и поэтому относится к случайным событиям, вероятность которых должна рассматриваться как прогноз. Вероятность их появления определяется по результатам измерений и (или) расчетов, а ежегодная частость меняется в зависимости от типа системы энергоснабжения и точки наблюдения. Возможное число провалов напряжения за год может составлять от нескольких единиц до сотен в зависимости от грозовой активности в регионе, где расположена электрическая сеть.
На Земле одновременно происходят приблизительно 2000 гроз [1], вызывая около 100 разрядов молний ежесекундно. По поверхности земного шара грозы распределяются неравномерно. Частота их образования зависит от ряда факторов: географического положения и рельефа местности, времени года, времени суток. Интенсивность грозовой деятельности в какой-либо местности характеризуется средним числом грозовых часов в году [2]. В ряде стран пользуются другой характеристикой грозовой деятельности — годовым числом грозовых дней. Эти характеристики грозовой активности получают по данным многолетних метрологических наблюдений. Для практических задач важна удельная плотность ударов молнии в землю, т.е. годовое число ударов на 1 км поверхности. В России принято среднее число ударов молнии на 1 км поверхности земли за 100 грозовых часов. В среднем в европейской части число грозовых дней в году составляет от 15 до 35, а число ударов молнии за год — от 1 до 5 на 1 км площади.
Наиболее часто подвержены ударам молнии воздушные линии электропередачи. Общая длина линий напряжением 35—1150 кВ в стране достигла почти 800 тыс. км, а протяженность воздушных линий меньшего номинального напряжения исчисляется несколькими миллионами километров [3]. Очевидно, что, зная число ударов молнии в линии определенного напряжения, можно прогнозировать число коротких замыканий, вызванных ими, и отключаемых автоматикой поврежденных линий и соответственно прогнозировать провалы напряжения.
Характеризуя надежность электрической сети как ее способность обеспечить бесперебойное электроснабжение, можно также считать, что провалы напряжения (кратковременные или длительные) являются дополнительным критерием уровня надежности этой сети. Провал напряжения любой длительности и глубины свидетельствует не только о состоянии и исправности средств автоматики и защиты, но и о способности сети обеспечить резервное электроснабжение, не допуская при этом тепловой перегрузки ее оборудования (линий, трансформаторов и т.п.).
Основным видом повреждения линий сетей являются короткие замыкания. Короткие замыкания (КЗ) возникают достаточно часто при эксплуатации электрических сетей и электростанций. Короткие замыкания являются одной из основных причин нарушения нормального режима работы электроустановок, а в некоторых случаях и энергосистемы в целом. Короткие замыкания могут происходить через дугу или непосредственно, без переходного сопротивления, так называемые «металлические» КЗ.
В количественном отношении КЗ в сетях распределяются примерно следующим образом: однофазные — 65 %, междуфазные на землю —К(1.1) = 20 %, двухфазные — 10 % и трехфазные — 5 %.
На относительное число тех или иных видов повреждений и характер их протекания оказывают влияние рабочее напряжение, режим заземления нейтрали сети, время отключения повреждения и некоторые другие факторы. Трехфазные КЗ являются редким видом повреждения, но их принято учитывать для сетей всех видов и напряжений. При увеличении номинального напряжения и расстояния между фазами вероятность возникновения таких КЗ резко уменьшается.
Влияние провалов напряжения на работу электроприемников
Влияние провалов напряжения на функционирование электроприемников можно рассматривать в двух аспектах: влияние на технологическое оборудование в промышленности, функционирование которого, как правило, связано с качеством электроснабжения, и влияние на телекоммуникационные системы, системы микропроцессорного управления и информационные системы.
В промышленности наиболее распространенным видом электрооборудования являются асинхронные и синхронные двигатели, используемые в качестве приводов механизмов. Телекоммуникационные системы используются во всех сферах жизнедеятельности и в промышленности. Поэтому возможность нарушения условий нормального функционирования этих электроприемников всегда рассматривается с позиций надежности электроснабжения, перерыв которого, даже кратковременный, может привести к технологическому ущербу.
В этой связи из массы различных механизмов можно выделить некоторые, самозапуск которых применяется наиболее часто. В электроэнергетике, металлургии, химии, горнорудной промышленности особое значение приобретает запуск центробежных насосов, обеспечивающих перекачку воды и других технологических жидкостей. Прекращение этого процесса приводит к тяжелым авариям. Например, если насос в результате останова потерял воду, включится незаполненным, то это приведет к выходу его из строя. Это происходит при снижении скорости вращения привода до 50 % номинальной. При этом сохранение работоспособности насоса возможно только благодаря самозапуску его привода, который может быть успешным, если длительность провала напряжения не превышает 1—3 с.
Самозапуск асинхронных двигателей происходит успешней, чем синхронных, которые применяют в качестве привода для турбокомпрессоров высокой производительности. Так, при достаточно длительных провалах напряжения синхронный двигатель может потерять скорость вращения настолько, что его ресинхронизация будет невозможной и при самозапуске он может потерять устойчивость. В этих условиях самозапуск синхронных двигателей мощностью до нескольких сотен киловатт допускается при длительности перерыва электроснабжения не более 1,5 с. При увеличении перерыва до 3 с самозапуск возможен только при закороченной обмотке возбуждения. Однако для двигателей мощностью 1 000—6 000 кВт из-за очень малого момента инерции и высокого коэффициента загрузки время достижения критического угла устойчивости не превышает 0,2 с. Во многих случаях это время меньше времени срабатывания коммутационной аппаратуры.
Телекоммуникационные и информационные системы восприимчивы ко многим видам помех и особенно к провалам напряжения. Чувствительность этих систем к такого рода помехам проявляется главным образом через их блоки питания. По надежности электроснабжения телекоммуникационные и информационные системы относятся к электроприемникам I категории, которые можно разделить на три группы: А, В и С. К электроприемникам группы А, перерыв электроснабжения которых недопустим, относятся : информационно-вычислительные и телекоммуникационные системы, системы голосового оповещения и АТС, системы охранной и пожарной сигнализации, системы контроля и управления доступом, видеонаблюдения, освещение безопасности, системы диспетчерского управления.
К электроприемникам группы В, длительность провала напряжения для которых допускается на время включения резервного источника питания, относятся электроустановки, обеспечивающие охрану Зд0р0вья и жизни людей: пожарные насосы, системы дымоудаления и кондиционирования, холодильные камеры, сигнальные огни.
К электроприемникам группы С, перерыв электроснабжения которых допускается на время устранения аварии, относятся технологические и инженерные системы, не вошедшие в группы А и В.
Средства защиты от провалов напряжения
Провал напряжения, рождаясь в недрах сети как случайное событие, достигает зажимов электроприемников с глубиной и длительностью, которые зависят от удаленности электроприемника от точки короткого замыкания и его вида, времени срабатывания защиты, отключающей повреждение на линии. Восстановление напряжения после провала наступает благодаря действию системы автоматического повторного включения (АПВ), а при неуспешном АПВ, при длительных провалах, благодаря устройствам автоматического ввода резервного питания (АВР).
В настоящее время ввиду широкого внедрения компьютерных и телекоммуникационных технологий сетевые средства защиты и автоматики не в состоянии защитить это оборудование от провалов напряжения. Сети, питающие такие технологические системы, требуют абсолютно бесперебойного электроснабжения. В таких сетях устанавливают источники бесперебойного питания, а при длительном исчезновении напряжения до нескольких десятков минут и более, — дизель-генераторные установки мощностью до нескольких сотен киловатт. Но применение таких дорогостоящих систем при стоимости резервных источников (ИБП и ДГУ) выше 20 % стоимости защищаемого оборудования и информации не рентабельно. Практика последних лет показывает, что этим критерием редко пользуются и руководствуются стоимостью ущерба, обусловленного потерей информации, требованиями безопасности, сохранения здоровья и жизни людей.
Список использованной литературы
1. Базуткин В. В. , Ларионов В. П. , Пинталь Ю. С. Техника высоких напряжений: изоляция и перенапряжения в электрических системах. М.: Энергоатомиздат, 1986 г. 464 с.
2. Кужекин И.П., Ларионов В.П., Прохоров Е.Н. Молния и молниезащита.М.: Знак, 2003 г.330 с.
3. Электротехнический справочник: В 4 т. Т3. Производство, передача и распределение электрической энергии / Под общ. ред. проф. МЭИ. -8-е изд., испр. и доп. М.: Излательство МЭИ, 2002 г.
- Электромонтажные работы до 10 кВ
- Монтаж систем вентиляции
- Монтаж систем отопления и водоснабжения
- Вентиляторы промышленные
- Электрощитовое оборудование
- Оборудование для трансформаторных подстанций
- Вводно-распределительные устройства
- Устройства управления электродвигателями
- Энергоаудит
- Контроль качества