Почему колебания напряжения характерны для промышленных энергосистем

Причины, реальное влияние и практические решения от производителя промышленных стабилизаторов напряжения

Колебания напряжения - чрезвычайно распространенное явление в промышленных энергосистемах.
Колебания напряжения, как мы убедились на собственном опыте производителя, не являются Автоматические стабилизаторы напряженияЭто не результат плохого электрического проектирования системы, а скорее естественное следствие характера работы системы.

На предприятиях, где есть станки с ЧПУ, компрессоры, сварочные аппараты, прокатные станы и т. п., проблема перепадов напряжения неизбежна, если не принять специальных мер по ее снижению.

1. Что такое колебания напряжения?

Колебания напряжения относятся к непрерывные или повторяющиеся колебания среднеквадратичного напряжения около номинального значения (например, 380 В, 400 В, 480 В или средние уровни напряжения, такие как 6 кВ / 11 кВ).
В основном это вызвано быстрыми или частыми изменениями тока нагрузки.

Отличается от:

• Просадка напряжения - кратковременное падение напряжения
• Повышение напряжения - кратковременное повышение напряжения
• Блэкаут - полное прекращение поставок

На промышленных предприятиях колебания напряжения обычно приводят к:

• Мерцающее или нестабильное освещение
• Перегрев двигателя или ненормальный шум
• Неисправности ПЛК, ЧПУ или ЧРП
• Снижение эффективности production
• Сокращение срока службы оборудования

2. Тяжелые и динамические нагрузки являются основной причиной

2.1 Большие пусковые токи двигателей

Промышленные объекты в значительной степени зависят от мощных асинхронных двигателей, в том числе:

• Насосы и компрессоры
• Конвейеры
• Дробилки и измельчители
• Прокатные станы
• Вентиляторы и воздуходувки

Когда запускается большой двигатель:

• Пусковой ток может достигать В 5-8 раз больше номинального тока
• Это внезапное требование тока вызывает падение напряжения на импедансе системы
• Частые запуски приводят к постоянным колебаниям напряжения

На предприятиях, где двигатели постоянно запускаются и останавливаются, нестабильность напряжения становится постоянной проблемой, а не случайным явлением.

2.2 Быстро меняющиеся промышленные нагрузки

Некоторые промышленные процессы естественным образом создают быстрые и нерегулярные изменения нагрузки:

Типичные примеры включают:

• Электродуговые печи (EAF)
• Аппараты для контактной и дуговой сварки
• Прокатные станы
• Тяжелые дробилки

Эти нагрузки могут изменять потребность в электроэнергии в течение миллисекундЭто приводит к постоянному изменению напряжения, а не к единичному провалу напряжения.

Согласно промышленным стандартам и опыту эксплуатации на объектах, электродуговые печи являются одними из наиболее серьезных источников колебаний напряжения в промышленных сетях.

3. Высокий импеданс системы в промышленных электросетях

Сила колебаний напряжения прямо пропорциональна импеданс системы.

3.1 Длинные распределительные линии

Многие промышленные предприятия:

• Расположены вдали от подстанций
• Используйте длинные питающие кабели
• Имеют несколько трансформаторных ступеней

Более длинные фидеры означают более высокий импеданс.
Более высокий импеданс означает большее падение напряжения при одинаковом изменении тока.

Это особенно характерно для индустриальных парков, горнодобывающих районов и удаленных производственных зон.

3.2 Трансформаторы или кабели с заниженными габаритами

Когда трансформаторы или кабели работают на уровне, близком к их номинальной мощности:

• Небольшие изменения нагрузки вызывают заметные колебания напряжения
• Тепловое напряжение и нестабильность напряжения возникают одновременно

В реальных проектах мы часто сталкиваемся с проблемами перепадов напряжения, вызванными не неисправным оборудованием, а недостаточный запас мощности в первоначальном проекте системы.

4. Потребление реактивной мощности и низкий коэффициент мощности

Большинство промышленных нагрузок являются индуктивными и потребляют реактивную мощность (кВАр), в том числе:

• Асинхронные двигатели
• Трансформеры
• Реакторы
• Сварочное оборудование

При колебаниях спроса на реактивную мощность:

• Напряжение колеблется вместе с ним
• Эффект сильнее в слабых или изолированных сетях

Без соответствующей компенсации реактивной мощности - например, конденсаторных батарей, SVC или STATCOM - промышленную стабильность напряжения трудно поддерживать.

5. Слабая коммунальная сеть или ограниченная мощность короткого замыкания

Колебания напряжения гораздо сильнее, когда сеть слаба.

Слабая решетка обычно имеет:

• Низкая способность к короткому замыканию
• Высокий импеданс источника
• Ограниченная генерация поблизости

Особенно страдают заводы, расположенные в отдаленных районах или имеющие общие промышленные фидеры.
В таких случаях даже обычные внутренние колебания нагрузки могут вызвать заметные колебания напряжения на всей станции.

6. Нелинейные и силовые электронные нагрузки

Современные промышленные предприятия все больше полагаются на:

• Частотно-регулируемые приводы (ЧРП)
• Устройства плавного пуска
• Выпрямители и инверторы
• Системы бесперебойного питания

Эти устройства повышают эффективность и управляемость, но в то же время они:

• Познакомьтесь с гармониками
• Создание быстро меняющихся форм тока
• Взаимодействие с импедансом системы

Без надлежащей фильтрации гармоник и координации системы эти взаимодействия могут Усугубляют колебания напряжения вместо того, чтобы уменьшать их.

7. Одновременная работа крупного оборудования

На многих предприятиях колебания напряжения усиливаются из-за синхронных операций, таких как:

• Одновременный запуск нескольких компрессоров
• Пакетные процессы production
• Автоматизированные линии наращиваются вместе
• Последовательности запуска с переключением передач

Эти одновременные события вызывают резкие скачки нагрузки, которые превышают возможности мгновенного реагирования сети.

8. Внешние и экологические факторы

Не все колебания напряжения происходят на заводе.

Среди внешних авторов::

• Коммутационные операции в коммунальных сетях
• Действия реклоузера после неисправностей
• Сезонные колебания нагрузки на сеть
• Близлежащие промышленные потребители на одном фидере

Промышленные энергосистемы тесно связаны с энергосистемой, что делает их чувствительными к возмущениям, возникающим в сети.

9. Почему промышленные системы подвержены большему воздействию, чем жилые системы

Такое сочетание делает колебания напряжения почти неизбежно в промышленных условиях без целенаправленного смягчения последствий.

10. Что мы видим на реальных промышленных площадках (взгляд производителя)

В качестве производитель стабилизаторов напряжения Обслуживая заводы по всему миру, мы часто сталкиваемся с проблемами перепадов напряжения в:

• Мастерские по обработке на станках с ЧПУ
• Установки для лазерной резки и сварки
• Линии для литья пластмасс под давлением
• Предприятия пищевой промышленности
• Компрессорные станции и насосные системы

В большинстве случаев первопричиной является ни одного изъянано и сочетание:

• Динамические нагрузки
• Высокий импеданс системы
• Недостаточная поддержка реактивной мощности

Поэтому для решения проблемы колебаний напряжения требуется системный подходА не просто заменять один компонент.

11. Как обычно управляются колебания напряжения

Эффективное смягчение последствий обычно предполагает сочетание решений:

• Промышленные автоматические регуляторы напряжения (AVR)
• Статический или стабилизаторы напряжения сервопривода
• Трансформаторы с переключением нагрузки
• Динамическая компенсация реактивной мощности (SVC / STATCOM)
• Устройства плавного пуска и оптимизированные настройки ЧРП
• Правильное определение размеров трансформаторов и кабелей

Для чувствительного оборудования, такого как станки с ЧПУ и лазерные системы, часто необходимо поддерживать напряжение в более жестких пределах, чем ±5%.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Q1: Опасны ли перепады напряжения для промышленного оборудования?

Да. Длительные колебания напряжения могут вызвать:

• Перегрев двигателя
• Напряжение изоляции
• Ошибки системы управления
• Сокращение срока службы оборудования

Вопрос 2: Насколько допустимы колебания напряжения?

В общей производственной практике:

• ±5% является общепринятой рекомендацией.
• Прецизионная автоматика и электронное оборудование часто требуют более жестких ограничений

Q3: Могут ли стабилизаторы напряжения полностью устранить колебания напряжения?

Стабилизаторы напряжения могут значительно снизить колебания на стороне нагрузкиНо оптимальные результаты зависят от:

• Правильный выбор емкости
• Управление реактивной мощностью
• Надлежащая координация с коммунальной сетью

Заключительные размышления

Колебания напряжения - обычное явление в промышленных энергосистемах, поскольку промышленные нагрузки велики, динамичны, индуктивны и часто подключены к высокоомным сетям.

По мере того как промышленная автоматизация продолжает развиваться, Стабильность напряжения становится важнейшим фактором надежности production и защиты оборудования.

Понимание первопричин - первый шаг к созданию стабильных, эффективных и устойчивых промышленных энергосистем и выбору правильного решения по стабилизации напряжения.

👉 Нужна помощь в выборе промышленного стабилизатора напряжения для вашей задачи?

Пришлите нам данные о нагрузке, диапазоне напряжений и условиях эксплуатации - наши инженеры по адресу ZHENGXI помогут вам разработать надежное решение.