Einfluss von Spannungsschwankungen auf den Betrieb elektrischer Empfänger
Aufgrund des erheblichen Einflusses der Netzspannung auf den Betrieb elektrischer Verbraucher muss besonders darauf geachtet werden, dass die Spannung an den Verbraucherklemmen nahe der Nennspannung gehalten wird. Die den Verbrauchern zugeführte Spannung ist eine davon Indikatoren für die Stromqualität.
Änderungen der Netzspannung können wie folgt klassifiziert werden:
1. Langsame Spannungsänderungen, die normalerweise während des Netzwerkbetriebs auftreten. Diese Änderungen nennt man Spannungsabweichungen... Spannungsabweichungen sind definiert als die Differenz zwischen der tatsächlichen Spannung an den Klemmen der Stromverbraucher und Nennspannung… Spannungsabweichungen können negativ oder positiv sein. Die erste entspricht der Unterspannung im Verhältnis zum Nennwert, die zweite dem Spannungsanstieg.
Spannungsabweichungen in elektrischen Netzen werden durch Änderungen der Netzlasten, Betriebsweisen von Kraftwerken usw. verursacht.
2. Schnelle Spannungsänderungen aufgrund von Fehlern in elektrischen Systemen und anderen Ursachen. Beispiele beinhalten Kurzschlüsse, Schwenkmaschinen, Ein- und Ausschalten eines der Elemente der Installation usw. Es entstehen schnelle Spannungsschwankungen.
Alles Empfänger elektrischer Energie sind für den Betrieb bei einer bestimmten Nennspannung ausgelegt. Spannungsabweichungen von der Nennspannung an ihren Anschlüssen führen zu einer Verschlechterung der Funktion elektrischer Empfänger.
Die Änderung der Haupteigenschaften von Glühlampen in Abhängigkeit von der Spannung an ihren Anschlüssen ist in Abb. 1 dargestellt. 1.
Reis. 1. Eigenschaften von Glühlampen: 1 – Lichtstrom, 2 – Lichtstrom, 3 – Lebensdauer (Zahlen auf der Ordinate für Kurven 1 und 2).
Die dargestellten Kurven zeigen den großen Einfluss der Spannung auf die Leistung von Glühlampen. Beispielsweise entspricht ein Spannungsabfall um 5 % einem Rückgang des Lichtstroms um 18 %, und ein Spannungsabfall um 10 % führt zu einem Rückgang des Lichtstroms der Lampe um mehr als 30 %.
Eine Verringerung des Lichtstroms der Lampen führt zu einer Verringerung der Ausleuchtung des Arbeitsplatzes, wodurch die Arbeitsproduktivität sinkt und sich die Qualitätsindikatoren verschlechtern.
Die schlechte Beleuchtung von Arbeitsplätzen, Wegen, Straßen etc. erhöht die Zahl der Unfälle mit Menschen. Spannungseinbrüche beeinträchtigen die Effizienz von Glühlampen. Eine Reduzierung der Spannung um 10 % reduziert die Lichtausbeute der Lampe (lm/m/W) um 20 %.
Eine Erhöhung der Netzspannung führt zu einer Steigerung der Effizienz der Lampen.Eine Erhöhung der Spannung führt jedoch zu einer starken Verkürzung der Lebensdauer der Lampen. Bei einer Spannungserhöhung um 5 % verkürzt sich die Lebensdauer von Glühlampen um die Hälfte, bei einer Spannungserhöhung um 10 % um mehr als das Dreifache.
Leuchtstofflampen reagieren weniger empfindlich auf Schwankungen der Netzspannung. Spannungsschwankungen von 1 % führen zu einer durchschnittlichen Änderung des Lampenlichtstroms von 1,25 %.
In Haushaltsheizgeräten (Fliesen, Bügeleisen usw.) bestehen die Heizelemente aus aktiven Widerständen. Die von ihnen in Abhängigkeit von der Netzspannung abgegebene Leistung wird durch die Gleichung ausgedrückt
P = I2R = U2/R
zeigt, dass eine Abnahme der Netzspannung zu einem starken Rückgang der vom Heizgerät gelieferten Leistung führt. Letzteres führt zu einer deutlichen Verlängerung der Betriebszeit des Gerätes und einem übermäßigen Stromverbrauch zum Kochen etc.
Auch die Eigenschaften aller anderen elektrischen Haushaltsgeräte hängen von der zugeführten Spannung ab. Wenn sich die Spannung an den Klemmen von Elektromotoren ändert, ändern sich Drehmoment, Leistungsaufnahme und Lebensdauer der Wicklungsisolation.
Die Drehmomente von Induktionsmotoren sind proportional zum Quadrat der an ihren Anschlüssen anliegenden Spannung. Wenn das Motordrehmoment bei Nennspannung mit 100 % angenommen wird, beträgt das Drehmoment bei 90 % Spannung beispielsweise 81 %. Starke Spannungsabfälle können sogar dazu führen, dass Motoren abwürgen oder nicht starten und Maschinen mit schwierigen Startbedingungen (Hebezeuge, Brecher, Mühlen usw.) antreiben.Unzureichend (Drehmomente von Elektromotoren können zu Produktfehlern, Schäden an Halbzeugen usw. führen)
Die Abhängigkeiten der Änderung der von den Elektromotoren aufgenommenen Leistung von der Spannung im stationären Betrieb des Systems werden als statische Kennlinien der elektrischen Belastung von Verbrauchern bezeichnet.
Mit abnehmender Spannung sinkt die vom Elektromotor aufgenommene Wirkleistung aufgrund einer Abnahme des Drehmoments und der damit verbundenen zunehmender Schlupf.
Eine Erhöhung des Schlupfes führt zu einer Erhöhung der Wirkverluste im Motor. Mit zunehmender Spannung nimmt der Schlupf ab und die zum Antrieb des Mechanismus erforderliche Leistung steigt. Der Wirkleistungsverlust des Elektromotors wird reduziert.
Die Analyse zeigt, dass sich die Widerstandslast der Elektromotoren bei Spannungsänderungen, entsprechend den normalen Betriebszuständen des Systems, unwesentlich ändert und daher als konstant angenommen werden kann.
Die Änderung der Blindbelastung von Elektromotoren aus der Spannung hängt vom Verhältnis der Blindmagnetisierungsleistung zur Blindleistungsverlustleistung der Motoren ab. Die reaktive Magnetisierungskraft variiert ungefähr proportional zur vierten Potenz der Spannung. Die Blindleistungsverluste variieren in Abhängigkeit vom Strom der Elektromotoren umgekehrt proportional etwa zur zweiten Potenz der Spannung.
Wenn die Spannung relativ zum Nennwert (auf einen bestimmten Wert) sinkt, nimmt die Blindlast von Elektromotoren immer ab.Dies erklärt sich dadurch, dass die Blindmagnetisierungsleistung, die bis zu 70 % der gesamten vom Elektromotor aufgenommenen Blindleistung ausmacht, schneller abnimmt als die Blindverlustleistung zunimmt.
Die Abhängigkeiten des Blindleistungsverbrauchs von der Netzspannung für einige Verbraucher sind in Abb. dargestellt. 2. Diese Kurven sind die statischen Eigenschaften der elektrischen Verbraucher der Verbraucher insgesamt, also unter Berücksichtigung des Einflusses von Transformatoren, Beleuchtung usw. über ihnen.
Reis. 2. Statische Eigenschaften elektrischer Verbraucher: 1 – Papierfabrik, cosφ = 0,92, 2 – Metallverarbeitungsbetrieb, cosφ = 0,93, 3 – Textilfabrik, cosφ = 0,77.
Kurve 1 der Papierfabrik ist sehr steil. Je geringer die Belastung der Motoren und je höher ihr Leistungsfaktor bei Nennspannung ist, desto steiler ist die Abhängigkeit der aufgenommenen Blindleistung von der Netzspannung. Langfristiger Spannungsabfall von 10 % an den Klemmen von Elektromotoren bei Volllast aufgrund der höheren Temperatur der Wicklungen, bis die Isolierung der Motoren etwa doppelt so schnell verschleißt wie bei Nennspannung.