Wpływ odchyleń napięcia na pracę odbiorników elektrycznych

Znaczący wpływ napięcia sieciowego na pracę odbiorników elektrycznych powoduje konieczność zwrócenia dużej uwagi na utrzymanie napięcia na zaciskach odbiorników zbliżonego do napięcia znamionowego. Napięcie dostarczane do konsumentów jest jednym z wskaźniki jakości energii.

Zmiany napięcia sieciowego można sklasyfikować w następujący sposób:

1. Powolne zmiany napięcia, które zwykle występują podczas pracy sieci. Zmiany te nazywane są odchyleniami napięcia... Odchylenia napięcia definiuje się jako różnicę między rzeczywistym napięciem na zaciskach odbiorników energii a napięcie znamionowe… Odchylenia napięcia mogą być ujemne lub dodatnie. Pierwszy odpowiada za niskie napięcie w stosunku do nominalnego, drugi — wzrost napięcia.

Odchylenia napięcia w sieciach elektrycznych są spowodowane zmianami obciążenia sieci, trybami pracy elektrowni itp.

2. Gwałtowne zmiany napięcia spowodowane awariami instalacji elektrycznych i innymi przyczynami. Przykłady obejmują zwarcia, kołysanie maszyn, włączanie i wyłączanie jednego z elementów instalacji itp. Występują gwałtowne wahania napięcia.

Wszystko odbiorniki energii elektrycznej są zaprojektowane do pracy przy określonym napięciu znamionowym. Odchylenia napięcia od napięcia znamionowego na ich zaciskach prowadzą do pogorszenia pracy odbiorników elektrycznych.

Zmianę głównych cech żarówek w zależności od napięcia na ich zaciskach przedstawiono na ryc. 1.

Ryż. 1. Charakterystyka żarówek: 1 — strumień świetlny, 2 — strumień świetlny, 3 — żywotność (liczby na rzędnej dla krzywych 1 i 2).

Przedstawione krzywe pokazują ogromny wpływ napięcia na działanie żarówek. Na przykład spadek napięcia o 5% odpowiada zmniejszeniu strumienia świetlnego o 18%, a spadek napięcia o 10% powoduje spadek strumienia świetlnego lampy o ponad 30%.

Spadek strumienia świetlnego lamp prowadzi do zmniejszenia oświetlenia miejsca pracy, w wyniku czego spada wydajność pracy i pogarszają się wskaźniki jakości.

Słabe oświetlenie miejsc pracy, ścieżek, ulic itp. zwiększa liczbę wypadków z udziałem ludzi. Spadki napięcia pogarszają wydajność żarówek. Zmniejszenie napięcia o 10% zmniejsza skuteczność świetlną lampy (lm/m/W) ​​o 20%.

Wzrost napięcia sieciowego prowadzi do wzrostu wydajności lamp.Ale zwiększenie napięcia prowadzi do gwałtownego zmniejszenia żywotności lamp. Przy wzroście napięcia o 5% żywotność żarówek zmniejsza się o połowę, a przy wzroście o 10% - ponad 3 razy.

Świetlówki są mniej wrażliwe na wahania napięcia sieciowego. Zmiany napięcia o 1% powodują średnią zmianę strumienia świetlnego lampy o 1,25%.

W domowych urządzeniach grzewczych (kafle, żelazka itp.) elementy grzejne składają się z aktywnych rezystancji. Podawana przez nie moc w zależności od napięcia sieci wyraża się równaniem

P = I2R = U2/R

pokazuje, że spadek napięcia sieciowego powoduje gwałtowny spadek mocy dostarczanej przez urządzenie grzewcze. To ostatnie prowadzi do znacznego wydłużenia czasu pracy urządzenia i nadmiernego zużycia energii elektrycznej do gotowania itp.

Charakterystyka wszystkich innych domowych urządzeń elektrycznych zależy również od dostarczonego napięcia. Gdy zmienia się napięcie na zaciskach silników elektrycznych, zmienia się moment obrotowy, pobór mocy i żywotność izolacji uzwojenia.

Momenty obrotowe silników indukcyjnych są proporcjonalne do kwadratu napięcia przyłożonego do ich zacisków. Jeśli moment obrotowy silnika przy napięciu znamionowym zostanie przyjęty jako 100%, to na przykład przy napięciu 90% moment obrotowy wyniesie 81%. Poważne spadki napięcia mogą nawet spowodować zatrzymanie lub niemożność uruchomienia silników, napędzając maszyny o trudnych warunkach rozruchu (dźwigi, kruszarki, młyny itp.).Niewystarczające (momenty obrotowe silników elektrycznych mogą powodować wady produktu, uszkodzenia półproduktów itp.)

Zależności zmiany mocy pobieranej przez silniki elektryczne od napięcia podczas stacjonarnego trybu pracy układu nazywane są charakterystykami statycznymi obciążenia elektrycznego odbiorców.

Wraz ze spadkiem napięcia zmniejsza się moc czynna pobierana przez silnik elektryczny z powodu spadku momentu obrotowego i związanych z tym zwiększający się poślizg.

Wzrost poślizgu prowadzi do wzrostu strat mocy czynnej w silniku. Wraz ze wzrostem napięcia poślizg maleje, a siła potrzebna do napędzania mechanizmu wzrasta. Zmniejsza się utrata mocy czynnej w silniku elektrycznym.

Z przeprowadzonej analizy wynika, że ​​obciążenie rezystancyjne od silników elektrycznych zmienia się nieznacznie przy zmianie napięcia, co odpowiada normalnym trybom pracy układu, a zatem można przyjąć, że jest stałe.

Zmiana obciążenia biernego silników elektrycznych od napięcia zależy od stosunku mocy biernej magnesowania do rozpraszania mocy biernej silników. Reaktywna siła magnesowania zmienia się w przybliżeniu proporcjonalnie do czwartej potęgi napięcia. Rozpraszanie mocy biernej, w zależności od prądu silników elektrycznych, zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do mniej więcej drugiej potęgi napięcia.

Kiedy napięcie spada w stosunku do wartości nominalnej (do określonej wartości), obciążenie bierne silników elektrycznych zawsze maleje.Wyjaśnia to fakt, że bierna moc magnesowania, która stanowi do 70% całkowitej mocy biernej pobieranej przez silnik elektryczny, maleje szybciej niż rośnie bierna moc rozpraszania.

Zależności poboru mocy biernej od napięcia sieci dla niektórych użytkowników przedstawiono na rys. 2. Krzywe te są charakterystykami statycznymi obciążeń elektrycznych konsumentów jako całości, to znaczy z uwzględnieniem wpływu transformatorów, oświetlenia itp. nad nimi.

Ryż. 2. Charakterystyki statyczne obciążeń elektrycznych: 1 — zakład papierniczy, cosφ = 0,92, 2 — zakład obróbki metali, cosφ = 0,93, 3 — zakład włókienniczy, cosφ = 0,77.

Krzywa Paper Mill 1 jest bardzo stroma. Im mniejsze obciążenie silników i im wyższy ich współczynnik mocy przy napięciu znamionowym, tym bardziej stroma krzywa zależności pobieranej mocy biernej od napięcia sieci. Długotrwały spadek napięcia o 10% na zaciskach silników elektrycznych przy pełnym obciążeniu, ze względu na wyższą temperaturę uzwojeń, aż do zużycia izolacji silników około dwukrotnie szybciej niż przy napięciu znamionowym.