Качество электрической энергии и его повышение в устройствах электроснабжения

 

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

РОССИЙСКАЯ ОТКРЫТАЯ АКАДЕМИЯ ТРАНСПОРТА

(РОАТ МИИТ)

Контрольная работа

Качество электрической энергии и его

повышение в устройствах электроснабжения

Выполнил:

Морозов Е.А.

Москва - 2012 г.

Оглавление

1.Задание 1

.Задание 2

.Задание 3

Список литературы

Задание 1

провал напряжение сеть электрическая

В задании требуется дать описание показателя «Длительность провала напряжения»

Провал напряжения

Провал напряжения характеризуется показателем длительности провала напряжения, для которого установлена норма:

предельно допустимое значение длительности провала напряжения в электрических сетях напряжением до 20 кВ включительно равно 30 с. Длительность автоматически устраняемого провала напряжения в любой точке присоединения к электрическим сетям определяется выдержками времени релейной защиты и автоматики.

Статистические данные, характеризующие провалы напряжения в электрических сетях России напряжением 6-10 кВ и аналогичные данные по электрическим сетям Европейского союза приведены в приложении Г.

Длительность провала напряжения

Измерение длительности провала напряжения ?tп в секундах (рис. 1) осуществляют следующим образом:

Фиксируют начальный момент времени tн резкого спада (с длительностью менее 10 мс) огибающей среднеквадратических значений напряжения, определенных на каждом полупериоде основной частоты, ниже уровня 0,9 Uном.

Фиксируют конечный момент времени tк восстановления среднеквадратичного значения напряжения до 0,9 Uном.

Б.6.3. Вычисляют длительность провала напряжения ?tп в секундах по формуле

?tп = tк - tн

где tн, tк - начальный и конечный моменты времени провала напряжения.

Качество электрической энергии по длительности провалов напряжения в точке общего присоединения считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если наибольшее из всех измеренных в течение продолжительного периода наблюдения (как правило, в течение года) длительность провалов напряжения не превышает предельно допустимого значения.

Допускается определять максимально возможную длительность провала в точке присоединения к электрической сети путем расчета суммарной выдержки времени устройств релейной защиты автоматики и коммутационных аппаратов, установленных в соответствующих электрических сетях энергоснабжающей организации. Если найденная таким способом длительность провала напряжения не превышает предельно допустимого значения, то качество электрической энергии по длительности провалов напряжения считают соответствующим требованиям настоящего стандарта.

Глубину провала напряжения ? Uп в процентах (рис.1) определяют следующим образом.

Измеряют среднеквадратичные значения напряжения U за каждый полупериод основной частоты во время провала напряжения в вольтах, киловольтах.

Определяют минимальное из всех измеренных в соответствии с 1.5.1. среднеквадратичных значений напряжения Umin в вольтах, киловольтах.

Вычисляют глубину провала напряжения ?Uп в процентах по формуле

Частота появления провалов напряжения Fп в процентах вычисляют по формуле:

,

где

m(?Uп,?tп) - число провалов напряжения глубиной ?Uп и длительностью ?tп за период времени наблюдения Т;

М - суммарное число провалов напряжения за период времени наблюдения Т.

Распределительные сети очень сложны. Степень влияния повреждения на одном участке сети на другие ее части, именно величина провала напряжения и длительность, напрямую зависит от топологии сети, относительного значения полного сопротивления на проблемном участке, нагрузки и генератора в точке общего присоединения.

На рис. 1 представлен пример. Повреждение в точке F3 вызвало провал напряжения 0 % на нагрузке 3, провал 64 % на нагрузке 2 и провал 98 % на нагрузке 1.

Рисунок 1. Проиcхождение провалов напряжения

Проблема в точке F1 приведет к провалу напряжения у всех потребителей с величиной 0 % на нагрузке 1 и до 50 % на всех других. Обратите внимание, что повреждение на уровне 1 окажет большее влияние на большее число потребителей, чем повреждение на уровне 3. Нагрузки уровня 3, вероятно, будут подвержены большему числу провалов напряжения, чем нагрузки уровня 1, поскольку число участков с возможными проблемами больше - именно на уровнях 1 и 2.

Нагрузки на уровне 2 и 1 соответственно менее зависимы от проблем на уровне 3. Чем ближе нагрузка к источнику питания, тем меньше будут провалы напряжения.

Длительность провала напряжения зависит от времени реакции защиты на обнаружение и изолирование повреждения и составляет, обычно, несколько миллисекунд. Некоторые повреждения могут быть случайными, например, упавшее на воздушную линию дерево - такие проблемы устраняются быстро.

Если участок отключается на длительное время защитной автоматикой, то все потребители на нем обесточиваются до устранения проблемы, проверки и повторного подключения такого участка. Устройства автоматического повторного включения (АПВ) могут несколько облегчить ситуацию, но также могут привести и к учащению числа провалов напряжения. АПВ пытается восстановить питание в течение примерно одной секунды после срабатывания защитной автоматики. Если повреждение устранено, повторное включение завершится успешно, и питание аварийного участка будет восстановлено. Для такого участка в период между срабатыванием защиты и повторным включением величина провала напряжения составит 100 %, в то время как нагрузки на других участках испытают провал меньшей величины и длительности. В случае если повреждение к моменту повторного включения еще не устранено, то защитная автоматика сработает снова и это процесс будет продолжаться в соответствии с числом попыток, предусмотренных программой конкретного АПВ. Но при каждой попытке повторного включения на прочих участках вновь происходит провал напряжения, т. е. прочие потребители будут подвержены целой серии провалов. Оценка качества энергии от поставщика на нерегулируемых государством рынках частично, а в некоторых странах, как, например, в Великобритании, полностью осуществляется по среднему значению отсутствия питания у потребителя в минутах, причем в расчет обычно берутся перерывы только свыше одной минуты. Это послужило широкому распространению устройств АВП и, как следствие, увеличило вероятность провалов напряжения. Иначе говоря, снижение суммарного статистического времени перерыва подачи энергии осуществлено за счет ее качества.

Рисунок 2.

Рисунок 3. Кривые ITIC

Рисунок 4.

Вывод: Улучшение качественных характеристик сети с целью устранения провалов напряжения крайне затратно и практически неосуществимо. В некоторых случаях, где цель оправдывает затраты, организуют дублирования энергоснабжения от достаточно удаленных друг от друга участков сети, чтобы условно считать их электрически не связанными.

В большинстве же случаев требуется специальное оборудование, выбор которого велик в зависимости от вида нагрузки.

Самым экономичным способом противостоять провалам напряжения является выбор оборудования, устойчивого к провалам в силу своей конструкции, но такой способ не активно поддержан производителем.

Задание 2

В результате измерений в течение суток на шинах 110 кВ тяговой подстанции получено n значений коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U. Значения K2U, как результат усреднений отдельных значений K2U, полученных на интервале времени Tvs, равном 3 с, представлены в таблице 1. Необходимо определить, удовлетворяет ли K2U нормам ГОСТа.

Таблица 1

K2U0÷0,50,5÷1,01,0÷1,51,5÷2,02,0÷2,52,5÷3,03,0÷3,53,5÷4,0mN242783002181441206012

Решение

Как устанавливает ГОСТ 13109-97, качество электрической энергии по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U соответствует нормам, если наибольшее из всех измеренных в течении 24 часов значение K2U не превышает предельно допустимого значения, а значение K2U, соответствующее вероятности 0,95 за установленный период времени не превышает нормально допустимого значения.

Как следует из исходных данных, количество интервалов , ширина интервала hN=0,5, общее количество значений

(1)

где mN - частота значений K2U по интервалам

n = 24+278+300+218+144+120+60+12 = 1156.

Исходные данные и последующие расчеты будем записывать в соответствующих столбцах таблицы 2.

Частость rN, соответствующую данному интервалу определяем по формуле:

(2)

Полученные значения частостей rN заносим в столбец 5 таблицы 2.

Эмпирическую плотность определяем по формуле:

.(3)

Полученные значения заносим в столбец 6 таблицы 2.

Далее определяем математическое ожидание K2U по выражению:

,(4)

где hсрN ? значение K2U в середине N-го интервала.

Определим аналитическое выражение для закона распределения K2U и найдем значения его параметров.

При решении данной задачи полагаем, что закон изменения коэффициента напряжения по обратной последовательности подчиняется закону распределения Релея.

Плотность вероятности закона распределения «Релея» при :

(5)

Плотность распределения Релея содержит лишь один параметр «масштаба» , который может быть определен из уравнения для математического ожидания :

(6)

Отсюда имеем, что параметр распределения Релея равен:

(7)

.

Определяем теоретическую плотность распределения по формуле (5):

; (8)

Результаты вычислений по формуле (5) заносим в столбец 7 таблицы 2.

Далее строим интегральную функцию распределения. Для этого воспользуемся выражением для функции распределения Релея

; (9)

Задаваясь различными значениями K2U (в диапазоне 0 ? 4 с шагом 0,5) рассчитываем F(K2U), заносим результаты в столбец 8 таблицы 2 и по полученным данным строим интегральную функцию распределения в Mathcad и представляем на рисунке 1.

Рис. 1 - Интегральная функция распределения

По графику интегральной функции распределения F(K2U) на рисунке 1 определяем, что вероятности 0,95 соответствует значение K2U=2.3%., по ГОСТУ НДЗ K2U=2.

Таблица 2

№ п/пИнтервал K2UСередина интервалов K2UЧастота mNЧастость rNПлотностьФункция распределения F(K2U)Эмпирическая теоретическая p(K2U)1234567810-0,50,25240,0210,0420,1390,13920,5-1,00,752780,2400,4800,3590,25931,0-1,51,253000,2600,5200,5150,36241,5-2,01,752180,1890,3780,6210,45152,0-2,52,251440,1250,2500,6870,52762,5-3,02,751200,1040,2080,7230,59373,0-3,53,25600,0520,1040,7360,64983,5-4,03,75120,0100,0200,7310,698

Вывод: коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности не соответствует нормам ГОСТ 13109-97.

Задание 3

Необходимо определить, удовлетворяет ли требованиям нормативных документов модуль входного сопротивления от токоприемника электроподвижного состава до шин бесконечно большой мощности для системы тягового электроснабжения переменного тока напряжением 25 кВ. Участок двухпутный, рельсы Р-65.Выд подвески и проводов ? ПРКСЭ. Несущий трос ? 2ПБСМ95, 2ПБСМ70, контактный провод ?2МФ100. Индуктивное сопротивление контактной сети xс,2=0,146 Ом/км, индуктивное сопротивление рельсовой цепи xр,2=0,055 Ом/км, расстояние между подстанциями 70 км, Мощность к.з. на шинах 110 кВ подстанции Sкз=750 МВА. Тип трансформатора подстанции ТДТНЭ-25000/110.

Решение

Упрощенная схема системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава для нормального режима изображена на рисунке 2. Чертим для системы тягового электроснабжения схему замещения, она изображена на рисунке 3.

Рис. 2 Упрощенная схема системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава для нормального режима

Рис. 3 Схема замещения

В этих схемах xs ? сопротивление системы внешнего электроснабжения, xТ ? сопротивление понижающего трансформатора, xТС ? сопротивление тяговой сети. В расчетах мы не будем учитывать емкостное сопротивление, так как его доля в полном сопротивлении мала. В итоге, модуль входного сопротивления от токоприемника ЭПС до шин бесконечно большой мощности при нормальном режиме будет равен сумме

Xвх=2xs+2xТ+xТС(1)

В свою очередь xs, приведенное к стороне 25 кВ, будет равно

,(2)

где Uср=26,3 кВ.

(Ом).

Сопротивление понижающего трансформатора тяговой подстанции xТ

,(3)

где ? ?заводской допуск на величину напряжения к.з. ?=0;

uк ? напряжение к.з. между обмотками 110 и 27,5 кВ понижающего трансформатора, uк=10,5 %.

(Ом).

Сопротивление тяговой сети

,(4)

где l- расстояние от тяговой подстанции до электровоза. Для нормально режима l равно половине расстояния между подстанциями, для вынужденного - расстояние между подстанциями.

Для нормального режима:

(Ом).

Модуль входного сопротивления

zвх?xвх=0,922*2+3,176*2+7,035=15,23 (Ом)

xвх>xвх доп, т.к. 15,23>15

Для вынужденного режима:

(Ом).

Модуль входного сопротивления

zвх?xвх=0,922*2+3,176*2+14,07=22,266 (Ом)

xв<xвх доп, т.к. 22,266<30

Вывод: модуль входного сопротивления от токоприемника электроподвижного состава до шин бесконечно большой мощности для системы тягового электроснабжения переменного тока напряжением 25 кВ в вынужденном режиме не превышает допустимых значений по ПУ СТЭ. А в нормальном режиме не соответствует допустимым значениям. Это приведет к уменьшению коэффициента мощности ЭПС. Для повышения коэффициента мощности электрической тяги переменного тока могут быть применены конденсаторные батареи, включаемые в сеть параллельно потребителям; синхронные компенсаторы.

Список литературы

1. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах общего назначения. ? Минск: Изд-во стандартов, 1998. ? 31 с.

. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации. (ЦЭ-462). ? М.: МПС, 1997. ? 79 с.

. Гатальский Г.И., Качество электрической энергии и его повышение в устройствах электроснабжения. Задание на контрольную работу с методическими указаниями. М.: РГОТУПС, 2004.17с.

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКАЯ ОТКРЫТАЯ АКАДЕМИЯ ТРАНСПОРТА (РОАТ МИИТ) Контрольная р

Больше работ по теме: