Ненормальные режимы работы ЭУ.

4.2.1 Введение. Ненормальные режимы обычно приводят к отклонению величин напряжения, тока и частоты от допустимых значений. При понижении частоты и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энергосистемы, а повышение напряжения и тока угрожает повреждением оборудования и линий электропередачи.

Таким образом, повреждения нарушают работу энергосистемы и потребителей электроэнергии, а ненормальные режимы создают возможность возникновения повреждений или расстройства работы энергосистемы.

Для обеспечения нормальной работы энергетической системы и потребителей электроэнергии необходимо возможно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной сети, восстанавливая таким путем нормальные условия их работы и прекращая разрушения в месте повреждения.

Опасные последствия ненормальных режимов также можно предотвратить, если своевременно обнаружить отклонение от нормального режима и принять меры к его устранению (снизить ток при его нарастании, понизить напряжение при его увеличении и т.д.).

В связи с этим возникает необходимость в создании и применении автоматических устройств, выполняющих указанные операции и защищающих систему и ее элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов.

4.2.2 Повышение напряжения сверх номинального. Все потребители электрической энергии реагируют на повышение напряжения по-разному.

При повышении напряжения сверх номинального у осветительных приборов увеличивается световой
поток, мощность лампы и световая отдача, но резко снижается срок службы.

При повышении напряжения сверх номинального двигатель перегревается из-за увеличения потерь в стали. Вращающий момент двигателя растет, величина скольжения уменьшается. Ток холостого хода увеличивается, а коэффициент мощности ухудшается. Ток статора при полной нагрузке может уменьшиться, а при малой нагрузке может увеличиться вследствие увеличения тока холостого хода.

Трансформаторы при изготовлении рассчитываются на работу с максимальной индукцией в стали 14—17 тыс. Гс, в зависимости от сорта стали. Эта точка лежит в насыщающейся части характеристики холостого хода трансформатора. Небольшое увеличение подведенного напряжения к трансформатору вызывает резкое увеличение петли гистерезиса стали и как следствие тока холостого хода, высших гармоник в нем и потерь в магнитопроводе. Увеличение потерь в стали при этом происходит пропорционально квадрату напряжения (Рисунок 13.), ток же и высшие гармоники в нем увеличиваются в еще большей степени.

Рисунок 13. Зависимость тока и потерь х.х. от перевозбуждения

магнитопровода при увеличении напряжения.

Значительное увеличение потерь в стали может привести к перегреву и разрушению изоляции листов стали и возникновению повышенных местных нагревов стали и очагов «пожара» стали. При увеличении тока холостого хода (при напряжении выше номинального) в нем резко возрастают высшие гармоники, что приводит к искажению формы и увеличению амплитудного значения кривой напряжения. Это явление может представлять опасность для обмоток высшего напряжения, имеющих меньшие запасы по электрической прочности изоляции, чем в обмотке низкого напряжения.

При повышенном напряжении происходит снижение срока службы электрооборудования - что обусловлено, быстрым старением изоляции под воздействием повышенного напряжения и избыточно выделяющейся мощности. Увеличиваются диэлектрические потери в изоляции.

В общем случае, при повышенном напряжении наблюдается излишний расход электроэнергии, например, увеличиваются потери на балластных резисторах в блоках питания.

4.2.3 Понижение напряжения от номинального. Снижение напряженияоказывают значительное влияние на работу асинхронных двигателейявляющихся наиболее распространенными приемниками электроэнергии в промышленности.

Рисунок14. Механическая характеристика двигателя при номинальном (М1) и

пониженном (М2) напряжениях.

При изменении напряжения изменяется механическая характеристика АД – зависимость его вращающего момента М от скольжения s или частоты вращения (Рисунок 14). С достаточной точностью можно считать, что вращающий момент двигателя пропорционален квадрату напряжения на его выводах. При снижении напряжения уменьшается вращающий момент и частота вращения ротора двигателя, так как увеличивается его скольжение. Снижение частоты вращения зависит также от закона изменения момента сопротивления Mc (на Рисунке 14 Mc принят постоянным) и от загрузки двигателя. Зависимость частоты вращения ротора двигателя от напряжения можно выразить:

где n_c - синхронная частота вращения;
– коэффициент загрузки двигателя;
, – номинальные значения напряжения и скольжения соответственно.

Лампы накаливания характеризуются номинальными параметрами: потребляемой мощностью , световым потоком , световой отдачей (равной отношению излучаемого лампой светового потока к ее мощности) и средним номинальным сроком службы .Эти показатели в значительной мере зависят от напряжения на выводахламп накаливания. При отклонениях напряжения на 10% эти характеристики значительно снижаются. Изменения напряжения приводят к соответствующим изменениям светового потока и освещенности, что, в конечном итоге, оказывает влияние на производительность труда и утомляемость человека.

Снижение напряжения у трансформаторов при неизменной мощности приводит к увеличению тока в обмотках. Во многих случаях это не представляет опасности для трансформаторов, т.к. их S_НОМ часто превышает нагрузку, и конструкция трансформаторов позволяет допускать некоторую перегрузку. Однако при оценке возможности перегрузки необходимо правильно определять ожидаемый максимальный ток, на величину которого может оказать влияние снижение напряжения на зажимах трансформатора.