Автор проекта: Калинина Екатерина Андреевна

Разработка математической модели совместной работы

электроприемников с резкопеременной нагрузкой и коммунальных потребителей

Автор проекта: Калинина Екатерина Андреевна

г. Киров

1.1 Понятие колебаний напряжения

Колебания напряжения — быстро изменяющиеся отклонения напряжения длительностью от полупериода до нескольких секунд.

Колебания напряжения возникают в результате быстрого изменения потерь напряжения в элементах сети при резком изменении передаваемых по ним активной и реактивной мощностей.

Появление колебаний напряжения в системе электроснабжения отрицательно сказывается на работе чувствительных к ним электроприёмников и, в первую очередь, на работу установок электрического освещения.

Источниками колебаний напряжения являются мощные электроприёмники с импульсным, резкопеременным характером потребления активной и реактивной мощности: дуговые и индукционные печи; электросварочные машины; электродвигатели при пуске, пилорамы, козловые и мостовые краны.

Колебания напряжения характеризуются следующими показателями:- размахом изменения напряжения;- дозой фликера.

1.2 Исследование режимов электропотребления

Для исследования уровней колебаний напряжения были произведены измерения электрических нагрузок на шинах 0,4 кВ трансформаторной подстанции и отходящем фидере при помощи прибора «Ресурс UF2М».

Рисунок 1.2 – Схема электроснабжения электроприемников

погрузочная площадка

ТП-400 кВА

РУ 0,4кВ

АВВГ 4х16

1

2

фидер №7


Таблица 1.1 - Результаты измерений активной мощности

Таблица 1.2 - Результаты измерений реактивной мощности

Точкаизмерений

Значение активной мощности, кВт

Максимальное минимальное среднее

ТП 400 кВА, ввод 128,2754 44,07706 73,28

ТП 400 кВА, фидер №7 11,634 2,946 8,96


Значение реактивной мощности, кВт

максимальное минимальное среднее

ТП 400 кВА, ввод 31,92747 16,73452 26,91

ТП 400 кВА, фидер №7 17,426 5,838 15,19


Рисунок 1.3 – График изменения активной и реактивной мощностей на вводе (точка 1)

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

00:0

0

01:0

0

02:0

0

03:0

0

04:0

0

05:0

0

06:0

0

07:0

0

08:0

0

09:0

0

10:0

0

11:0

0

12:0

0

13:0

0

14:0

0

15:0

0

16:0

0

17:0

0

18:0

0

19:0

0

20:0

0

21:0

0

22:0

0

23:0

0

00:0

0

t

P, Q, Вт, вар

P

Q


Рисунок 1.4 – График изменения активной и реактивной мощностей на фидере (точка 2)

02000400060008000

100001200014000160001800020000

00:0

0

01:0

0

02:0

0

03:0

0

04:0

0

05:0

0

06:0

0

07:0

0

08:0

0

09:0

0

10:0

0

11:0

0

12:0

0

13:0

0

14:0

0

15:0

0

16:0

0

17:0

0

18:0

0

19:0

0

20:0

0

21:0

0

22:0

0

23:0

0

00:0

0

t

P, Q, Вт, вар

P

Q


Таблица 1.3 - Результаты измерений коэффициента мощности


Значение коэффициента мощности


ТП 400 кВА, ввод 0,986 0,846 0,93

ТП 400 кВА, фидер №7 0,660 0,438 0,51


Рисунок 1.4 – График изменения коэффициента мощности на вводе (точка 1)

0,8200,8400,8600,8800,9000,9200,9400,9600,9801,000

00:0

001

:00

02:0

003

:00

04:0

005

:00

06:0

007

:00

08:0

009

:00

10:0

011

:00

12:0

013

:00

14:0

015

:00

16:0

017

:00

18:0

019

:00

20:0

021

:00

22:0

023

:00

00:0

0

t

cos


Рисунок 1.5 – График изменения коэффициента мощности на фидере (точка 2)

0,400

0,450

0,500

0,550

0,600

0,650

0,700

00:0

0

01:0

0

02:0

0

03:0

0

04:0

0

05:0

0

06:0

0

07:0

0

08:0

0

09:0

0

10:0

0

11:0

0

12:0

0

13:0

0

14:0

0

15:0

0

16:0

0

17:0

0

18:0

0

19:0

0

20:0

0

21:0

0

22:0

0

23:0

0

00:0

0

t

cos


Таблица 1.4 - Результаты измерений напряжений по фазам

Точкаизмерений Фаза

Значение напряжения, В


ТП 400 кВА, ввод

а 237,183 220,4996 230,21

в 235,9402 220,1004 227,99

с 237,3966 220,5346 229,71

ТП 400 кВА, фидер №7

а 237,097 220,321 230,21

в 235,774 219,868 227,82

с 237,325 220,453 229,65


Рисунок 1.6 – График изменения напряжения на вводе (точка 1)

218220222224226228230232234236238240

00:0

0

01:0

0

02:0

0

03:0

0

04:0

0

05:0

0

06:0

0

07:0

0

08:0

0

09:0

0

10:0

0

11:0

0

12:0

0

13:0

0

14:0

0

15:0

0

16:0

0

17:0

0

18:0

0

19:0

0

20:0

0

21:0

0

22:0

0

23:0

0

00:0

0

t

U, В

Ua

Ub

Uc


Рисунок 1.7 – График изменения напряжения на фидере (точка 2)

218220222224226228230232234236238240

00:0

001

:00

02:0

0

03:0

004

:00

05:0

006

:00

07:0

0

08:0

009

:00

10:0

011

:00

12:0

0

13:0

014

:00

15:0

016

:00

17:0

018

:00

19:0

020

:00

21:0

0

22:0

023

:00

00:0

0 t

U, В

Ua

Ub

Uc

1.3 Расчёт колебаний напряжения

Таблица 1.5 – Результаты вычислений колебаний напряжения на фазе А


Значение колебаний напряжения, U, В, %


ТП 400 кВА, фидер №75,856 0,000 0,63

2,66 % 0,00 % 0,29 %


Таблица 1.6 – Данные для построения гистограммы изменения размахов напряжения, возникающих при работе оборудования с резкопеременным характером нагрузки (для фазы А)

Интервал, U, В

Umin/Umax, %Количество попаданий,

ni

ni/N

Интервал времени между

колебаниями Δt, мин

Допустимые значения δUдоп, %

0-0,4 0 0,18 617 0,429 -

0,4-0,9 0,18 0,41 485 0,337 1,751 0,95

0,9-1,4 0,41 0,64 216 0,150 4,270 1,30

1,4-1,9 0,64 0,86 76 0,053 11,893 1,70

1,9-2,4 0,86 1,09 25 0,017 31,978 2,20

2,4-2,9 1,09 1,32 10 0,007 71,950 2,80

2,9-3,4 1,32 1,55 5 0,003 143,900 3,45

3,4-3,9 1,55 1,77 1 0,001 287,800 4,40

> 3,9 1,77 > 1,77 4 0,003 359,750 4,70


Рисунок 1.8 – Гистограмма размахов изменения напряжения на фидере №7, возникающих при работе оборудования с резкопеременным характером

нагрузки (для фазы А)

0

200

400

600

800

0-0,4 0,4-0,9 0,9-1,4 1,4-1,9 1,9-2,4 2,4-2,9 2,9-3,4 3,4-3,9 >3,9

Колебания напряжения, δU, В

Кол

-во

попа

дани

й зн

ачен

ий в

инт

ерва

л


Таблица 1.7 – Результаты вычислений колебаний напряжения на фазе В




ТП 400 кВА, фидер №75,021 0,000 0,59

2,28 % 0,00 % 0,27 %


Таблица 1.8 – Данные для построения гистограммы изменения размахов напряжения, возникающих при работе электрооборудования с резкопеременным графиком нагрузки (для фазы В)


Umin/Umax, %Количество

попаданий, ni

ni/N


колебаниями Δt,

мин


0-0,4 0 0,18 630 0,438 -

0,4-0,9 0,18 0,41 505 0,351 1,779 0,95

0,9-1,4 0,41 0,64 219 0,152 4,734 1,27

1,4-1,9 0,64 0,86 51 0,035 16,929 1,80

1,9-2,4 0,86 1,09 19 0,013 42,324 2,40

2,4-2,9 1,09 1,32 8 0,006 95,933 3,00

2,9-3,4 1,32 1,55 0 0,000 205,571 3,80

3,4-3,9 1,55 1,77 2 0,001 205,571 3,80

> 3,9 1,77 > 1,77 5 0,003 287,800 4,50


Рисунок 1.9 – Гистограмма размахов изменения напряжения на фидере №7, возникающих при работе оборудования с резкопеременным графиком нагрузки

(для фазы В)

0

200

400

600

800

0-0,4 0,4-0,9 0,9-1,4 1,4-1,9 1,9-2,4 2,4-2,9 2,9-3,4 3,4-3,9 >7,9


Кол

-во

попа

дани

й зн

ачен

ий в

инт

ерва

л


Таблица 1.9 – Результаты вычислений колебаний напряжения на фазе С




ТП 400 кВА, фидер №76,061 0,000 0,59

2,76 % 0,00 % 0,27 %


Таблица 1.10 – Данные для построения гистограммы изменения размахов напряжения, возникающих при работе электроприемников с резкопеременным графиком нагрузки (для фазы С)



ni

ni/N




0-0,4 0 0,18 628 0,437 -

0,4-0,9 0,18 0,41 498 0,346 1,774 0,95

0,9-1,4 0,41 0,64 222 0,154 4,597 1,27

1,4-1,9 0,64 0,86 62 0,043 15,813 1,75

1,9-2,4 0,86 1,09 17 0,012 49,621 2,50

2,4-2,9 1,09 1,32 5 0,003 119,917 3,20

2,9-3,4 1,32 1,55 2 0,001 205,571 3,80

3,4-3,9 1,55 1,77 2 0,001 287,800 4,50

> 3,9 1,77 > 1,77 3 0,002 479,667 5,20


Рисунок 1.10 – Гистограмма размахов изменения напряжения на фидере №7, возникающих при работе электрооборудования с резкопеременным графиком

работы нагрузки (для фазы С)

0

200

400

600

800

0-0,4 0,4-0,9 0,9-1,4 1,4-1,9 1,9-1,4 1,4-2,9 2,9-3,4 3,4-3,9 >3,9


Кол

-во

попа

дани

й зн

ачен

ий в

инт

ерва

л

1.4 Расчёт колебаний напряжения при помощи расчётной модели, возникающих при подключении нового оборудования

По существующей схеме требуется дополнительно подключить электроприёмник с резкопеременным характером нагрузки – в данном случае им является козловой кран марки ККС-10 (Рном=42 кВт) (рис. 1.8).

Рисунок 1.11 – Кран ККС-10


Таблица 1.11 – Технические характеристики крана ККС-10

Грузоподъемность, тонн 10

Режим работы средний

Пролет, м 32 и 20

Вылет консоли, м:

- правый 7,5

- левый 8,5

Высота подъема груза, м 10

Скорости, м/мин:

- подъема груза 15

- передвижения грузовой тележки 36

- передвижения крана 40

Род тока и напряжение переменный, 380 В

Мощность электродвигателей, кВт 42

Управление краном из кабины

Тип подкранового рельса Р43 ГОСТ 7173-54, Р50 ГОСТ 7174-75

Масса, кг 42 000


При помощи расчётной модели были определены уровни напряжения на фидере №7 при работе нового подключенного оборудования.

Определялась потеря напряжения по формуле:

где Р – суммарная активная нагрузка лесопильного оборудования и нового оборудования,

Q – суммарная реактивная нагрузка лесопильного оборудования и нового оборудования.

В точке 2 напряжение после подключения оборудования определяется по следующему выражению:

где - напряжение до подключения оборудования точке 2.

,P r Q xUU

2 2 ,U U U


Таблица 1.12 Результаты расчёта активной мощности

Таблица 1.13 Результаты расчёта реактивной мощности


Значение активной мощности, кВт


ТП 400 кВА, кран ККС-10, фидер

№752,679 4,788 17,72


Значение реактивной мощности, кВт



№755,408 6,217 32,00


Рисунок 1.12 – График изменения активной и реактивной мощностей на фидере (точка 2) после подключения электроприёмника с резкопеременным характером

нагрузки (кран ККС-10)

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

00:0

0

01:0

0

02:0

0

03:0

0

04:0

0

05:0

0

06:0

0

07:0

0

08:0

0

09:0

0

10:0

0

11:0

0

12:0

0

13:0

0

14:0

0

15:0

0

16:0

0

17:0

0

18:0

0

19:0

0

20:0

0

21:0

0

22:0

0

23:0

0

00:0

0

t

P, Q, Вт, вар

P

Q


Таблица 1.14 Результаты расчёта напряжений по фазам

Точкаизмерений фаза

Значение напряжения, В



№7

а 236,623 219,881 229,75

в 234,785 219,050 226,95

с 236,851 220,013 229,19


Таблица 1.15 Результаты вычислений колебаний напряжения на фазе А




ТП 400 кВА, кран ККС-10, фидер №7

5,844 0,000 0,63

2,66 % 0,00 % 0,29 %


Таблица 1.16 – Данные для построения гистограммы изменения размахов напряжения, возникающих при работе крана ККС-10 (для фазы А)


Umin/Umax, %Количество

попаданий, ni

ni/N


колебаниями Δt,

мин


0-0,4 0 0,18 618 0,430 -

0,4-0,9 0,18 0,41 484 0,337 1,753 0,92

0,9-1,4 0,41 0,64 217 0,151 4,270 1,25

1,4-1,9 0,64 0,86 77 0,054 11,992 1,70

1,9-2,4 0,86 1,09 23 0,016 33,465 2,25

2,4-2,9 1,09 1,32 10 0,007 71,950 2,70

2,9-3,4 1,32 1,55 5 0,003 143,900 3,40

3,4-3,9 1,55 1,77 1 0,001 287,800 4,45

> 3,9 1,77 > 1,77 4 0,003 359,750 4,70


Рисунок 1.13 – Гистограмма размахов изменения напряжения, возникающих при работе крана ККС-10 (для фазы А), фидер №7

0

200

400

600

800

0-0,4 0,4-0,9 0,9-1,4 1,4-1,9 1,9-2,4 2,4-2,9 2,9-3,4 3,4-3,9 >3,9


Кол

-во

попа

дани

й зн

ачен

ий в

инт

ерва

л


Таблица 1.17 Результаты вычислений колебаний напряжения на фазе В





4,999 0,001 0,59

2,27 % 0,00 % 0,27 %


Таблица 1.18– Данные для построения гистограммы изменения размахов напряжения, возникающих при работе крана ККС-10 (для фазы В)



ni

ni/N




0-0,4 0 0,18 630 0,438 -

0,4-0,9 0,18 0,41 502 0,349 1,779 0,95

0,9-1,4 0,41 0,64 223 0,155 4,687 1,27

1,4-1,9 0,64 0,86 53 0,037 17,131 1,80

1,9-2,4 0,86 1,09 16 0,011 46,419 2,45

2,4-2,9 1,09 1,32 8 0,006 95,933 3,00

2,9-3,4 1,32 1,55 0 0,000 205,571 3,80

3,4-3,9 1,55 1,77 3 0,002 205,571 3,80

> 3,9 1,77 > 1,77 4 0,003 359,750 4,70


Рисунок 1.14 – Гистограмма размахов изменения напряжения, возникающих при работе крана ККС-10 (для фазы В), фидер №7

0

200

400

600

800

0-0,4 0,4-0,9 0,9-1,4 1,4-1,9 1,9-2,4 2,4-2,9 2,9-3,4 3,4-3,9 >7,9


Кол

-во

попа

дани

й зн

ачен

ий в

инт

ерва

л


Таблица 1.19 Результаты вычислений колебаний напряжения на фазе С





6,049 0,000 0,59

2,75 % 0,00 % 0,27 %


Таблица 1.18– Данные для построения гистограммы изменения размахов напряжения, возникающих при работе крана ККС-10 (для фазы С)



ni

ni/N




0-0,4 0 0,18 628 0,437 -

0,4-0,9 0,18 0,41 498 0,346 1,774 0,95

0,9-1,4 0,41 0,64 222 0,154 4,597 1,27

1,4-1,9 0,64 0,86 62 0,043 15,813 1,75

1,9-2,4 0,86 1,09 17 0,012 49,621 2,50

2,4-2,9 1,09 1,32 6 0,004 119,917 3,20

2,9-3,4 1,32 1,55 2 0,001 239,833 4,00

3,4-3,9 1,55 1,77 1 0,001 359,750 4,60

> 3,9 1,77 > 1,77 3 0,002 479,667 5,20


Рисунок 1.14 – Гистограмма размахов изменения напряжения, возникающих при работе крана ККС-10 (для фазы С), фидер №7

0

200

400

600

800

0-0,4 0,4-0,9 0,9-1,4 1,4-1,9 1,9-1,4 1,4-2,9 2,9-3,4 3,4-3,9 >3,9


Кол

-во

попа

дани

й зн

ачен

ий в

инт

ерва

л

В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

В данном случае совместное питание исследуемых электроприемников с резкопеременной нагрузкой (кран ККС-10) с коммунально-бытовыми потребителями (жилые дома, хозяйственные постройки) возможно.

Т.е. разработанная методика позволяет определить уровни колебаний напряжений и оценить возможность подключения электроприемников с резкопеременной нагрузкой к уже существующим трансформаторным подстанциям без проведения дополнительных измерений на стадии утверждения технических присоединений.

Планируемая эффективность и результативность реализации проекта

Внедрение работы

Увеличение срока службы

оборудования

Снижение потерь электроэнергии

при транспортировке

Сертификация качества

электроэнергии по показателям

колебаний напряжения

для коммунальных потребителей

Автор проекта: Калинина Екатерина Андреевна

Documents