Мероприятия и технические средства повышения качества электрической энергии
Для поддержания отклонений и колебаний напряжения в пределах значений, соответствующих нормам, необходимо регулирование напряжения .
Регулированием напряжения называют процесс изменения уровней напряжения в характерных точках системы электроснабжения с помощью специальных технических средств, который осуществляется автоматически по заранее заданному закону. Закон регулирования напряжения в центрах питания (ЦП) определяет энергоснабжающая организация, по возможности учитывая интересы большинства потребителей, присоединенных к данному ЦП.
Для обеспечения требуемого режима напряжений на зажимах приемников электроэнергии используют следующие способы регулирования напряжения: на шинах электростанций и подстанций (ЦП), на отходящих линиях, совместное и дополнительное.
При регулировании напряжения на шинах ЦП обеспечивают так называемое встречное регулирование напряжения. Под встречным регулированием напряжения понимают повышение напряжения до 5 — 8 % номинального в режиме наибольших нагрузок и понижение напряжения до номинального (или ниже) в режиме наименьших нагрузок при линейном изменении в зависимости от нагрузки.
Регулирование производят с помощью изменения коэффициента трансформации питающего трансформатора . Для этого трансформаторы оснащают средствами регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) . Трансформаторы с РПН позволяют регулировать напряжение в диапазоне от ±10 до ±16 % с дискретностью 1,25 — 2,5 %. Силовые трансформаторы 6 — 20/0,4 кВ оснащают устройствами регулирования ПБВ (переключение без возбуждения) с диапазоном ±5 % и шагом регулирования ±2,5 % (табл. 1).
Таблица 1. Добавки напряжения трансформаторов 6 — 20/0,4 кВ с ПБВ
Правильный выбор коэффициента трансформации трансформатора с ПБВ (например, при сезонном регулировании) обеспечивает по возможности наилучший режим напряжений при изменении нагрузки.
Целесообразность применения того или иного способа регулирования напряжения определяется местными условиями в зависимости от протяженности сети и ее схемы, резерва реактивной мощности и т.п.
Показатель отклонения напряжения зависит от потерь напряжения в сети зависит от сопротивления сети и нагрузки. Практически изменение сопротивлений сети связывают с изменением напряжений в ней при выборе сечений проводов и жил кабелей с учетом отклонений напряжения у приемников электроэнергии (по допустимой потере напряжения), а также при применении последовательного включения конденсаторов в воздушных линиях (установки продольной компенсации — УПК) .
Последовательно включенные конденсаторы компенсируют часть индуктивного сопротивления линии, тем самым уменьшается реактивная слагающая в линии и создается как бы некоторая добавка напряжения в сети, зависящая от нагрузки.
Последовательное включение конденсаторов целесообразно лишь при значительной реактивной мощности нагрузки (tg φ > 0,75-1,0). Если коэффициент реактивной мощности близок к нулю, потери напряжения в линии определяются в основном активным сопротивлением и активной мощностью. В этих случаях компенсация индуктивного сопротивления нецелесообразна.
Применение УПК очень эффективно при резких колебаниях нагрузки, так как регулирующий эффект конденсаторов (значение добавки напряжения) пропорционален току нагрузки и автоматически изменяется практически без инерции. Поэтому последовательное включение конденсаторов следует применять в воздушных линиях напряжением 35 кВ и ниже, питающих резкопеременные нагрузки с относительно низким коэффициентом мощности. Их используют также в промышленных сетях с резкопеременными нагрузками.
К уменьшению потерь напряжения, а следовательно, к увеличению напряжения в конце линии помимо выше рассмотренных мер по уменьшению сопротивления сети приводят меры по изменению нагрузок сети, особенно реактивных. Это возможно осуществить, применяя установки поперечной компенсации (включение батарей конденсаторов параллельно нагрузке) и быстродействующие источники реактивной мощности (ИРМ), отрабатывающие реальный график изменения реактивной мощности.
Для улучшения режима напряжения сети, снижения отклонений и колебаний напряжения возможно использование мощных синхронных двигателей с автоматическим регулированием возбуждения.
Для улучшения таких показателей качества электроэнергии целесообразно подключение искажающих КЭ электроприемников в точках системы с наибольшими значениями мощности КЗ. А применение средств ограничения токов КЗ в сетях, содержащих специфические нагрузки, следует производить только в пределах, необходимых для обеспечения надежной работы коммутационных аппаратов и электрооборудования.
Основные способы уменьшения влияния несинусоидальности напряжения. Среди технических средств применяют: фильтровые устройства: включение параллельно нагрузке узкополосных резонансных фильтров, фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ), фильтросимметрирующих устройств (ФСУ), ИРМ, содержащих ФКУ, специальное оборудование, характеризующееся пониженным уровнем генерации высших гармоник, «ненасыщающиеся» трансформаторы, многофазные преобразователи с улучшенными энергетическими показателями.
На рис. 1, а показана схема поперечного (параллельного) пассивного фильтра высших гармоник. Звено фильтра представляет собой контур из последовательно соединенных индуктивности и емкости, настроенных на частоту определенной гармоники.
Рис. 1. Принципиальные схемы фильтров высших гармоник: а — пассивного, б — активного фильтра (АФ) как источника напряжения, в — АФ как источника тока, ВП — вентильный преобразователь, Ф5, Ф7 — соответственно звенья фильтра на 5-ю и 7-ю гармоники, u с — напряжение сети, u АФ — напряжение АФ, u н — напряжение на нагрузке, I с — ток сети, I Аф — ток, генерируемый АФ, I н — ток нагрузки
Сопротивление звена фильтра токам высших гармоник Хфп=Х Ln -Х c / n , где XL, Хс — сопротивления соответственно реактора и батареи конденсаторов току промышленной частоты, n — номер гармонической составляющей.
С увеличением частоты индуктивное сопротивление реактора увеличивается пропорционально, а батареи конденсаторов — уменьшается обратно пропорционально номеру гармоники. На частоте одной из гармоник индуктивное сопротивление реактора становится равным емкостному сопротивлению батареи конденсаторов, и в цепи звена фильтра возникает резонанс напряжений. При этом сопротивление звена фильтра n току резонансной частоты равно нулю и оно шунтирует электрическую систему на этой частоте. Номер гармоники яр резонансной частоты вычисляют по формуле
Идеальный фильтр полностью отфильтровывает токи гармоник, на частоты которых настроены его звенья. Однако практически наличие активных сопротивлений реакторов и батарей конденсаторов и неточная настройка звеньев фильтра приводят к неполной фильтрации гармоник. Параллельный фильтр представляет собой ряд звеньев, каждое из которых настроено на резонанс для частоты определенной гармоники.
Количество звеньев в фильтре может быть любым. На практике обычно применяют фильтры, состоящие из двух или четырех звеньев, настроенных на частоты 5, 7, 11, 13, 23 и 25-й гармоник. Поперечные фильтры присоединяют как в местах возникновения высших гармоник, так и в пунктах их усиления. Поперечный фильтр является одновременно и источником реактивной мощности, и средством компенсации реактивных нагрузок.
Параметры фильтров подбирают таким образом, чтобы звенья были настроены в резонанс на частоты фильтруемых гармоник, а их емкости позволяли генерировать необходимую реактивную мощность на промышленной частоте. В ряде случаев для компенсации реактивной мощности параллельно фильтру включают батарею конденсаторов. Такое устройство называют фильтрокомпенсирующим (ФКУ) . Фильтрокомпенсирующие устройства выполняют и функцию фильтрации гармоник, и функцию компенсации реактивной мощности.
В настоящее время помимо пассивных узкополосных фильтров применяют и активные фильтры (АФ) . Активный фильтр — преобразователь переменно-постоянного тока с емкостным или индуктивным накопителем электрической энергии на стороне постоянного тока, формирующий методом импульсной модуляции определенное значение напряжения или тока. В его составе интегрированные силовые ключи, соединенные по типовым схемам. Подключение АФ в сеть в качестве источника напряжения показано на рис. 1, б, в качестве источника тока — на рис. 1, в.
Снижение систематической несимметрии в сетях низкого напряжения осуществляется рациональным распределением однофазных нагрузок между фазами с таким расчетом, чтобы сопротивления этих нагрузок были примерно равны между собой. Если несимметрию напряжения не удается уменьшить с помощью схемных решений, то применяют специальные устройства: несимметричное включение конденсаторных батарей (рис. 2) или схемы симметрирования (рис. 3) однофазных нагрузок.
Рис. 2. Симметрирующее устройство с конденсаторной батареей
Рис. 3. Специальная схема симметрирующего устройства
Если несимметрия меняется по вероятностному закону, то для ее снижения применяют автоматические симметрирующие устройства, схема одного из которых представлена на рис. 4. Регулируемые симметричные устройства дороги и сложны, их применение порождает новые проблемы (в частности, несинусоидальность напряжения). Поэтому положительного опыта использования симметрирующих устройств в России нет.
Рис. 4. Типовая схема симметрирующего устройства
Для защиты от перенапряжений применяются ограничители перенапряжений . От кратковременного снижения и провалов напряжений могут использоваться динамические компенсаторы искажений напряжения (ДКИН) , которые решают многие проблемы качества электроэнергии, включая провалы (в том числе и импульсные) и перенапряжения питающего напряжения.
Основные преимущества ДКИН:
нет батарей и всех проблем, связанных с ними,
время реакции на кратковременные нарушения электроснабжения 2 мс,
эффективность работы устройства ДКИН более 99 % при 50 %-ной нагрузке и более 98,8 % при 100 %-ной нагрузке,
низкая потребляемая мощность и малые эксплуатационные затраты,
компенсация гармонических составляющих, фликеров,
синусоидальная форма выходного напряжения,
защита от всех видов КЗ,
Снижение уровня негативного влияния на сеть от приемников электроэнергии специфических нагрузок (ударных, с нелинейными вольт-амперными характеристиками, несимметричных) достигается нормированием их и разделением питания специфических и «спокойных» нагрузок.
Помимо выделения отдельного ввода для специфических нагрузок возможны и другие решения рационального построения схем электроснабжения:
четырехсекционная схема главной понижающей подстанции на напряжении 6—10 кВ с трансформаторами с расщепленными вторичными обмотками и со сдвоенными реакторами для раздельного питания «спокойной» и специфической нагрузки,
перевод трансформаторов главной понизительной подстанции (ГПП) на параллельную работу включением секционного выключателя напряжением 6—10 кВ, когда это допустимо по токам КЗ. Это мероприятие можно применять и временно, например в периоды пуска крупных двигателей,
осуществление в цеховых сетях питания осветительной нагрузки отдельно от силовой резкопеременной (например, от сварочных агрегатов).
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник
Лекция. Отклонения напряжения
Содержание лекции: отклонения напряжения, влияние отклонения напряжения на работу электрооборудования, способы снижения отклонения напряжения.
Цель лекции: изучить основные формулы, расчета отклонения напряжения и способы снижения отклонения напряжения.
Отклонение напряжения – отличие фактического напряжения в установившемся режиме работы системы электроснабжения от его номинального значения [7, 8].
Отклонение напряжения в той или иной точке сети происходит под воздействием изменения нагрузки в соответствии с её графиком.
Отклонения напряжения от номинальных значений происходят из-за суточных, сезонных и технологических изменений электрической нагрузки потребителей; изменения мощности компенсирующих устройств; регулирования напряжения генераторами электростанций и на подстанциях энергосистем; изменения схемы и параметров электрических сетей.
Отклонение напряжения определяется разностью между действующим U и номинальным значениями напряжения UНОМ, В [4,8]:
 |
 |
Установившееся отклонение напряжения dUу равно, %:
 |
где – установившееся (действующее) значение напряжения за интервал усреднения.
В электрических сетях однофазного тока действующее значение напряжения определяется как значение напряжения основной частоты U(1) без учета высших гармонических составляющих напряжения, а в электрических сетях трехфазного тока – как действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты U1(1).
Стандартом нормируются отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии. Нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения равны соответственно ±5 и ±10 % от номинального значения напряжения и в точках общего присоединения потребителей электрической энергии должны быть установлены в договорах энергоснабжения для часов минимума и максимума нагрузок в энергосистеме с учетом необходимости выполнения норм стандарта на выводах приемников электрической энергии в соответствии с нормативными документами.
Влияние отклонения напряжения на работу электрооборудования.
Снижается срок службы ламп освещения. При повышении напряжения на 10% срок службы ламп накаливания снижается в 4 раза. При снижении напряжения на 10% снижается световой поток ламп накаливания на 40 % и люминесцентных ламп на 15 %. При величине снижении напряжения более чем на 10% люминесцентные лампы мерцают, а при снижении более чем на 20% просто не загораются.
При снижении напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя на 15 % момент снижается на 25 %. Двигатель может не запуститься или остановиться. При снижении напряжения увеличивается потребляемый от сети ток, что влечёт разогрев обмоток и снижение срока службы двигателя. При длительной работе на пониженном на 10% напряжении срок службы электродвигателя снижается вдвое. При повышении напряжения на 1 % увеличивается потребляемая двигателем реактивная мощность на 3. 7 %. Снижается эффективность работы привода и сети.
Электронная аппаратура и компьютеры.
При снижении напряжения могут возникать сбои в работе, приводящие к потере данных. Нередки отказы блоков питания вследствие повышенного тока потребления при пониженном напряжении и их перегрева при повышенном. В современной электронной технике часто устанавливают специальные блоки, отключающие устройство при отклонении напряжения для предотвращения его выхода из строя. Поэтому многие устройства теряют работоспособность при отклонении напряжения от нормы.
При снижении напряжения существенно ухудшается технологический процесс, увеличивается его длительность. Следовательно, увеличивается себестоимость производства. При повышении напряжения снижается срок службы оборудования, повышается вероятность аварий. При значительных отклонениях напряжения происходит срыв технологического процесса.
Снизить отклонение напряжения можно двумя способами: снижением потерь напряжения и регулированием напряжения.
Снижение потерь напряжения достигается:
— выбором сечения проводников линий электропередач по условиям потерь напряжения;
— применением продольной емкостной компенсации реактивного сопротивления линии. Однако это опасно повышением токов короткого замыкания при X→0;
— компенсацией реактивной мощности для снижения ее передачи по электросетям, с помощью конденсаторных установок и синхронных электродвигателей, работающих в режиме перевозбуждения.
Кроме снижения потерь напряжения, компенсация реактивной мощности является эффективным мероприятием энергосбережения, обеспечивающим снижение потерь электроэнергии в электрических сетях.
Регулирование напряжения U:
— в центре питания регулирование напряжения осуществляется с помощью трансформаторов, оснащенных устройством автоматического регулирования коэффициента трансформации в зависимости от величины нагрузки – регулирование под нагрузкой (РПН). Такими устройствами оснащены
10 % трансформаторов. Диапазон регулирования ±16 % с дискретностью 1,78 %;
— напряжение может регулироваться на промежуточных трансформаторных подстанциях с помощью трансформаторов, оснащённых устройством переключения отпаек на обмотках с различными коэффициентами трансформации – переключение без возбуждения (ПБВ), т.е. с отключением от сети. Диапазон регулирования ±5% с дискретностью 2,5%.
Ответственность за поддержание напряжения в пределах, установленных ГОСТ 13109-97, возлагается на энергоснабжающую организацию.
ГОСТ 13109-97 устанавливает допустимые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприемника. А пределы изменения напряжения в точке присоединения потребителя должны рассчитываться с учетом падения напряжения от этой точки до электроприемника и указываться в договоре энергоснабжения.
Источник
