Влияние изменения частоты на работу электрических систем
Для электроэнергии основные показатели качества: напряжение и частота, для тепловой энергии: давление, температура пара и горячей воды. Частота связана с активной мощностью (Р), а напряжение с реактивной мощностью (Q).
Все вращающиеся машины и агрегаты рассчитаны таким образом, что экономический коэффициент полезного действия достигается при номинальном числе оборотов в минуту: n = 60f/p ,
где: n — число оборотов в минуту, f — частота тока в сети, p — число пар полюсов.
Частота переменного тока , вырабатываемая генераторами, есть функция числа оборотов турбины. Число оборотов механизмов — функция частоты.
На рис. 1 представлены относительные статические характеристики нагрузки для энергосистемы по частоте.
Анализ зависимостей на рис.1 показывает, что при уменьшении частоты снижается число оборотов двигателя, снижается производительность машин и механизмов.
1. Текстильная фабрика дает брак при изменении частоты от номинальной, т к. изменяется скорость движения нити и станки дают брак.
2. Насосы (питательные), вентиляция (дымососы) тепловых электростанций зависят от числа оборотов: давление пропорционально « n 2 », потребляемая мощность « n 3 », где n — число оборотов в минуту;
3. Активная мощность нагрузки синхронных двигателей пропорциональна частоте (при снижении частоты на 1%, активная мощность нагрузки синхронного двигателя уменьшается на 1%);
4. Активная мощность нагрузки асинхронных двигателей уменьшается на 3% при снижении частоты на 1%;
5. Для энергосистемы снижение частоты на 1% приводит к уменьшению суммарной мощности нагрузки на 1-2%.
Изменение частоты влияет на работу самих электростанций. Каждая турбина рассчитана на определенное число оборотов, то есть при падении частоты снижается вращающий момент турбины. Падение частоты влияет на собственные нужды электростанции и в результате может наступить нарушение работы агрегатов станции.
При понижении частоты из-за нехватки активной мощности снижается нагрузка потребителей, чтобы поддержать частоту на прежнем уровне . Степень изменения нагрузки при изменении частоты на единицу называется регулирующим эффектом нагрузки по частоте . Процесс нарушения устойчивой работы электростанции из-за падения частоты и при отсутствии резерва активной мощности называется лавиной частоты.
Если f =50 Гц, критическая частота при которой производительность основных механизмов собственных нужд электростанций снижается до нуля и наступает лавина частоты — 45 — 46 Гц.
При падении частоты снижается э.д.с. генератора (т.к. понижается скорость возбудителя) и снижается напряжение в сети.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Что такое частота?
Частота переменного тока (ac) — это количество синусоидальных колебаний переменного тока в секунду. Частота — это количество изменений направления тока за секунду. Для измерения частоты используется международная единица герц (Гц). 1 герц равен 1 колебанию в секунду.
- Герц (Гц) = 1 герц равен 1 колебанию в секунду.
- Колебание = Одна полная волна переменного тока или напряжения.
- Полупериод = Половина колебания.
- Период = Время, необходимое для выполнения одного полного колебания.
Частота отражает повторяемость процессов. С точки зрения электрического тока частота — это количество повторений синусоиды или, другими словами, полного колебания, которое включает положительную и отрицательную составляющие.
Чем больше колебаний происходит в секунду, тем выше частота.
Пример. Если известно, что частота переменного тока равна 5 Гц (см. схему ниже), это означает, что его форма сигнала повторяется 5 раз за 1 секунду.
Частота обычно используется для описания работы электрооборудования. Ниже приведены некоторые наиболее распространенные диапазоны частот:
- Частота линии питания (обычно 50 Гц или 60 Гц).
- Частотно-регулируемые приводы: обычно используют несущую частоту 1–20 кГц.
- Звуковой диапазон частот: от 15 Гц до 20 кГц (диапазон человеческого слуха).
- Радиочастота: от 30 до 300 кГц.
- Низкая частота: от 300 кГц до 3 МГц.
- Средняя частота: от 3 до 30 МГц.
- Высокая частота: от 30 до 300 кГц.
Обычно цепи и оборудование предназначены для работы с постоянной или переменной частотой. Оборудование, рассчитанное на работу с постоянной частотой, при изменении частоты начинает работать неправильно. Например, двигатель переменного тока, рассчитанный на работу при 60 Гц, работает медленнее при частоте ниже 60 Гц или быстрее при частоте выше 60 Гц. Для двигателей переменного тока любое изменение частоты приводит к пропорциональному изменению частоты вращения двигателя. Другим примером является снижение частоты вращения двигателя на 5 % при снижении частоты сети на 5 %.
Порядок измерения частоты
Цифровой мультиметр с режимом частотомера может измерять частоту сигналов переменного тока со следующими функциями:
- регистрация МИН/МАКС значений, позволяющая записывать результаты измерений частоты за заданный интервал времени. Эта функция также применима к измерениям напряжения, тока и сопротивления.
- автоматический выбор диапазона, при котором прибор автоматически подбирает диапазон частот при условии, что частота измеряемого напряжения не выходит за пределы этого диапазона.
Параметры электросетей различаются в зависимости от страны. В США работа сети основана на высокостабильном сигнале с частотой 60 Гц, что соответствует 60 колебаниям в секунду.
Бытовые электросети в США получают питание от однофазного источника питания 120 В перем. тока. Напряжение в настенной розетке дома в США совершает синусоидальные колебания в диапазоне от 170 до −170 В, при этом истинное среднеквадратичное значение этого напряжения будет равно 120 вольт. Частота колебаний составляет 60 циклов в секунду.
Единица измерения получила название «герц» в честь немецкого физика Генриха Герца (1857–1894 гг.), который первым осуществил передачу и принятие радиоволн. Радиоволны распространяются с частотой одно колебание в секунду (1 Гц). (аналогично часы тикают с частотой 1 Гц)
Ссылка: Digital Multimeter Principles by Glen A. Mazur, American Technical Publishers.
Статьи на связанные темы:
Зависимость тока и частоты: требования, формула, влияние
Частота электрического тока выступает одним из параметров качества электроэнергии и основной характеристикой режима энергосистемы. Количественно частота в энергосети равна количеству периодов в секунду. Изменение частоты в сети влияет на функционирование и, соответственно, производительность работы потребителей. Также свое влияние оказывает отклонение частоты на работу всей энергосистемы.
Нормируемые требования к показателям
В РФ требования к качеству работы энергосистемы стандартизированы.
В соответствии с ГОСТ 13109-97 частота в энергосистеме должна непрерывно поддерживаться на уровне f = 50 ± 0,2 Гц, при этом допускается кратковременное отклонение частоты до значения ∆f = 0,4 Гц.
Анализируя зависимость силы тока от частоты, можно сделать вывод, что если подключаемая нагрузка имеет чисто активный характер (к примеру, резистор), то в широком диапазоне сила тока от частоты иметь зависимость не будет. В случае достаточно высоких частот, когда индуктивность и ёмкость подключаемой нагрузки будут характеризоваться сопротивлением, сравнимым с активным, то сила тока будет иметь определенную зависимость от частоты.
Другими словами, при варьировании частоты тока происходит изменение ёмкостного сопротивления, изменение которого, в свою очередь, приводит к изменению тока, протекающего по цепи.
То есть при повышении частоты, снижается ёмкостное сопротивление, и повышается ток, протекающий по цепи.
Математическое выражение зависимости будет иметь следующий вид: I = UCω;
Зависимость при учете активного сопротивления будет определяться следующим выражением: I (ω) = UCω √(R2 • C2 • ω2 + 1).
Влияние частоты тока на электроприборы
Далее рассмотрим влияние частоты электрического тока. Увеличение частоты до сравнительно невысоких величин (1 – 10 тыс. Гц), обычно является следствием исключительно повышения номинальной мощности электроаппаратуры, поскольку таким образом возрастает проводимость газовых промежутков. Для измерения частоты в системе используют частотомеры.
Паровая турбина разрабатываются и создаются таким образом, чтобы при номинальной скорости вращения (частоте) обеспечивалась максимальная выходная мощность на валу. При этом уменьшение номинальной частоты является следствием возникновения потерь на удар пара о лопатки с единовременным повышением момента вращения, а повышение частоты – к снижению момента вращения.
Таким образом, наиболее экономичный режим работы достигается при оптимальной частоте.
Помимо этого, работа на пониженных частотах приводит к ускоренному износу рабочих лопаток и прочих частей и механизмов. Снижение частоты оказывает влияние на расход на собственные нужды станций.
Цікаві факти. Чому використовується стандарт частоти струму 50 Герц
У галузі електроенегетики, щоб передати і розподілити електричний струм, використовуються однакові стандарти частоти, які становлять 50 чи 60 Гц. Це справді аж ніяк не випадково. Так, наприклад, у нашій країні, СНД та країнах Європи використовуються єдині правила: струм у 220-240 Вольт частотою 50 Гц. На американському континенті прийнято стандарт 110-120 Вольт частотою 60 Гц. Звідки беруться ці величини. Давайте розберемося.
Історія
Для початку згадаємо, як все було. Ще в другій половині ХХ століття багато вчених із різних країн активно вивчали принцип роботи електрики, отримували практичний досвід, яким чином його можна буде використовувати у побуті та виробничій діяльності людини. Так, усім відомий вчений-винахідник Томас Едісон зробив першу електричну лампочку і відкрив нове століття — століття електрифікації. Це призвело до будівництва електростанцій (зокрема спочатку в США), де використовувався постійний струм.
Зазначимо, що перші лампочки світилися електричним розрядом, що горів у повітрі. Запалювання відбувалося між двома вугільними електродами, саме тому лампи називалися дуговими. Початок було покладено і саме завдяки цим крокам, вчені-експериментатори зрозуміли, що якщо використовувати струм 45 вольт, то дуга стає стійкішою, але при цьому не такою безпечною. Щоб отримати безпечний варіант, використовувався резистивний баласт, на якому в процесі експлуатації лампочки падало приблизно 20 Вольт. 
Досить тривалий час у побуті застосовувалася напруга постійного типу, величиною 65 Вольт. Трохи пізніше його підвищили до 110, щоб була можливість включити в мережу кілька (дві) послідовно з’єднаних ламп.
Вчений Томас Едісон впевнено вважав, що саме постійний струм кращий за змінний. Його пристрої – генератори – якийсь час подавали до мережі саме такий струм. Як з’ясувалося, такий спосіб використання був дуже витратним та невигідним через необхідність застосування великої кількості провідникової продукції, а також їх трудомісткої прокладки. При цьому втрата електроенергії в процесі передачі була колосальною.
Пізніше почали використовувати систему постійного струму — 3-провідну в 220 Вольт, де були дві паралельні лінії по 110 В. Як з’ясувалося, економічно даний варіант електрифікації не покращив загального стану справ.
Нікола Тесла вже через кілька років представив світові свої унікальні роботи, зокрема, генератор змінного струму, що спрацювало у вірному напрямку та дозволило, завдяки його ж ідеям, значно знизити витратну частину при передачі електроенергії. При цьому, у багато разів зросла ефективність її передачі, коли велике напруження могло проходити без значних втрат великі відстані. Як показала практика, змінний струм Тесли значно перевершував за всіма параметрами постійний Едісон.
Трансформатори, що складаються із заліза, на кожній з трьох фаз знижують високу напругу до значення 127 Ст.
Споживач отримує у вигляді змінного струму. Генератори змінного струму оснащені роторами, які оберталися із частотою понад 3000 об/хв. Вони рухалися водою чи парою. Як результат, лампи, що працюють, не мерехтіли, а значить і асинхронні двигуни могли якісно виконувати поставлене завдання (виконуючи номінальні обороти). Трансформатор у своїй підвищував і знижував напруга електрики до необхідної величини.
На території наших країн до середини 60-х років ХХ століття напруга в мережах була на рівні 127 Вольт. І вже пізніше, коли виробничі потужності значно зросли, цей показник був піднятий до звичного нам сьогодні значення 220 Вольт.
Вчений Долів-Добровольський, який досліджував змінне джерело, запропонував використовувати для передачі електроенергії синусоїдальний струм. Також він запропонував застосовувати частоту в 30-40Гц. Оптимальними для роботи обладнання та приладів виявились 50 Гц на території наших країн та Європи, а в США застосовують частоту 60 Гц.
Двополюсні генератори змінного струму характеризуються частотою обертання в 3000-3600 об/хв. Саме така робота дає внаслідок частоти 50-60 Гц. Такі показники потрібні для нормальної роботи генератора.
Звісно, на сьогоднішній день можна значно збільшити частоту передачі електроенергії. Це призвело б до дуже великої економії використання кабельно-провідникової продукції. Однак, на всій планеті інфраструктура побудована і пристосована саме до цих давно знайомих нам величин, що стосується будь-яких генераторів струму на атомних електростанціях. Отже, питання глобальної зміни системи передачі та подальшої комутації електроенергії відноситься більше до ще далекого майбутнього і сьогодні струм 220 Вольт та 50 Гц є загальноприйнятим стандартом.
Відгуки
Поки немає жодного відгуку. Станьте першим!