5.8. Определение допустимой потери напряжения в распределительных сетях

Отклонение напряжения определяется (см. § 5.1) как V=U–U_НОМ. Будем обозначать предел технически до­- пустимых положительных отклонений напряжения V₊, а от- рицательных — V_– . Отклонения напряжения V от номи­- нального значения не должны выходить за пределы техни­- чески допустимых значений:

V_– <V <V₊ . (5.12)

Регулировать напряжение, и в частности выбирать до­- пустимую потерю напряжения в распределительной сети, надо так, чтобы выполнялись технические ограничения (5.12).

Рассмотрим простейшую схему распределительной сети двух напряжений, приведенную на рис. 5.9, а. Линия 23 напряжением 6—10 кВ питается от шин центра питания (ЦП), т.е. от шин низкого напряжения районной подстанции (на рис. 5.2, а эти шины обо- значались 2Н). К линии 23 в конце присоединены один распределительный трансформатор (РТ) 6— 10/0,4 кВ и линия 46 на- пряжением 0,38 кВ. Для упрощения предположим, что к сети 6—10 кВ ЭП не присоединяются (в узлах 2 и 3 нет ЭП напряжени- ем 6—10 кВ). Это пред- положение соответствует обычным условиям рабо- ты городской сети.

Напряжение U₄ на ши-

Рис. 5.9. График напряжения в распределительной сети:

а — схема сети; б, в — режимы наибольших и наименьших нагрузок

нах низкого напряжения РТ определяется напряжением ЦП U₂, потерями напряжения в линии 23 U₂₃ и в РТ U_Р.Т, а также добавкой напряжения Е, которая определяется выбранным коэффициентом трансформации РТ (см. §5.5):

U₄ = U₂ – U₂₃ – U_Р.Т +Е. (5.13)

В § 5.5 приведены значения добавки напряжения Е% при разных ответвлениях РТ.

Если вычесть из левой и правой частей (5.13) U_НОМ, то можно записать следующее выражение для отклонений на­- пряжения на низкой стороне 0,4 кВ РТ:

V₄ = V₂ – U₂₃ – U_Р.Т +Е. (5.14)

где V₄, V₂ — отклонения напряжения в узлах 4 и 2.

График изменения напряжения в линии 23 и РТ, соот- ветствующий (5.14), изображен на рис. 5.9, б в виде лома- ной абвг. По оси ординат отложены значения отклонений напряжения в процентах номинального. Точки а, б, г на рис. 5.9, б и в примерно соответствуют V₂, V₃, V₄. Дело в том, что автоматический регулятор, управляющий рабо­- той РПН в ЦП, имеет определенную зону нечувствительно­- сти . Поэтому значение отклонений напряжения на шинах низкого напряжения ЦП не может быть точно определено. С учетом  нельзя утверждать, что отклонение напряжения V₂ строго соответствует, например, точке а, можно говорить лишь, что V₂ находится внутри отрезка ае. Соответственно отклонения напряжения в линии 23 находятся внутри за­- штрихованной полосы между прямыми аб и еж. Обычно на графиках напряжений изображают только верхнюю гра­- ницу указанной полосы (см. рис. 5.9, в и рис. 5.2), подразу­- мевая при этом имеющуюся зону нечувствительности.

Для простоты обозначений на рис. 5.9, б и в и в тексте этого параграфа для всех параметров V, U, E,  опущено обозначение %. Отметим, что уравнение (5.14) и аналогич­- ные ему ниже в этом параграфе справедливы при записи как в абсолютных величинах, так и в процентах.

Допустим, что в режиме наибольших нагрузок U_2НБ= =1,05U_НОМ; U_23НБ=2,5%; U_Р.Т.НБ=2,5%; и Е=5%. В этом случае напряжение на вторичных шинах РТ равно в соответствии с (5.13)

U_4НБ = (1,05 – 0,025 – 0,025 – 0,05)U_НОМ=1,05U_НОМ.

что соответствует точке г на рис. 5.9, б, т. е. V_4НБ=+5 %. С учетом зоны нечувствительности  отклонение напряже­- ния на вторичных шинах РТ при наибольших нагрузках на­- ходится внутри отрезка ги.

Линия 46 напряжением 0,38 кВ питает три ЭП (4, 5, 6). Предположим, что нагрузки этой линии одинаковы и дли­- ны участков 45 и 56 равны. Тогда график напряжений в ли­- нии 46 изобразится прямой линией. Наименьшее значение напряжения на ЭП 6 равно

U₆= U₄ – U₄₆ – . (5.15)

Аналогично тому, как из (5.13) было получено выра­- жение для отклонения напряжения (5.14), из (5.15) можно получить следующие выражения для отклонения напряже­- ния на ЭП 6:

V₆= V₄ – U₄₆ – , (5.16)

или с учетом (5.14)

V₆= V₂ – U₂₃ – U_Р.Т + Е – U₄₆ – . (5.17)

Напряжение на вторичных шинах РТ U₄ — самое высо­- кое в линии 46, а напряжение наиболее удаленного ЭП 6 — самое низкое. Поэтому в соответствии с (5.12) отклонение напряжения V₄ должно быть не больше предельного поло- жительного отклонения V₊, а V₆ — не меньше предельного отрицательного отклонения V_–. Из (5.12), (5.16) и (5.17) вытекают следующие ограничения для возможных откло­- нений напряжения в ЦП, потерь напряжения в сети и до­- бавки напряжения в РТ:

V₂ – U₂₃ – U_Р.Т + Е < V₊; (5.18)

V₂ – U₂₃ – U_Р.Т + Е – U₄₆ – >V_– ; (5.19)

Допустимую потерю напряжения в линии 46 можно оп­- ределить из (5.19) при заданных значениях напряжения в ЦП, потерь напряжения в сети, а также зоны нечувстви­- тельности  и добавки напряжения Е .

Из (5.16) можно определить допустимую потерю напря­- жения в режиме наибольших нагрузок в линии 46, если за­- менить V₂ на V₊, а V₆ — на V_– :

U_{46ДОП.НБ} = V₊ – V_– – . (5.20)

Предположим, что предельные положительные и отри­- цательные отклонения напряжения V₊ и V_– равны +5 % и —5%. На рис. 5.9, б эти предельные значения показаны штриховыми прямыми. Это означает, что точка к должна соответствовать отклонению напряжения не меньше чем на —5%, а точка д — отклонению —5%+. При ==2,5% допустимая потеря напряжения в режиме наибольших на­- грузок в линии 46 на основании (5,20) U_{46ДОП.НБ} = 5 – -(–5) –2,5==7,5 %. Именно эта наибольшая величина до­- пустимой потери напряжения в линии 46 приведена на рис. 5.9, б.

На рис. 5.2 иллюстрировался график напряжения на рай­- онной подстанции при встречном регулировании. Добавки напряжения в трансформаторе с РПН имели разные знаки в режимах наибольших и наименьших нагрузок. В распре­- делительном трансформаторе с ПБВ на рис. 5.9 нельзя изменять коэффициент трансформации n_T при изменении режима в течение суток, но можно переключать ответвление 1 раз в сезон (осуществлять сезонное регулирование на­- пряжения). В течение сезона в РТ не меняется n_T и соот­- ветственно добавка напряжения E. Предположим, что в режиме наименьших нагрузок напряжение ЦП равно U_НОМ, т. е. V₂=0, и все нагрузки равны 0,4 их значения в ре­- жиме наибольших нагрузок. Соответственно потери напря­- жения в сети в режиме наименьших нагрузок равны 0,4 по- терь напряжения в режиме наибольших нагрузок, т. е. U_23НМБ=0,42,5=1 %, U_Р.Т.НМ=0,42,5=1 %. Тогда из (5.13)

V_4НМ = 0 – 1 – 1 + 5 = +3% < V₊ ,

условие (5.18) выполняется и V₄ в режиме наименьших на­- грузок не выходит за допустимые пределы. График напря­- жения в линии 23 и РТ в режиме наименьших нагрузок изображен на рис. 5.9, в ломаной линией абвг.

Отметим, что добавка напряжения E=+5 % не может быть увеличена в рассматриваемом случае. Действительно, при E =7,5 %

V_4НМ = 5,5% > V₊ = 5%

и не выполняется условие (5.18).

На рис. 5.9, в приведен график напряжения в линии 46 в режиме наименьших нагрузок, когда отклонение равно наименьшему отрицательному предельному значению: V_6НМ=V_–= –5%. Этот график напряжений, соответствую- щий (5.16), изображен линией гдк. Допустимую потерю на­- пряжения в линии 46 в режиме наименьших нагрузок можно определить из (5.16) при V_6НМ=V_–= –5%: U_{46ДОП.НМ} = =V_4НМ – V_– –  = 3—(—5)—2,5==5,5 %. Значения допусти- мой потери напряжения в линии 46 различны в режимах наибольших и наименьших нагрузок, и на нее оказывает влияние диапазон напряжений в ЦП при встречном регу­- лировании U_2НБ – U_2НМ.

Даже в наиболее благоприятных условиях, например в рассмотренном выше случае, допустимая потеря напря­- жения в сети 0,4 кВ получается не очень большой: 7,5— 5,5% U_НОМ Иногда эта величина еще меньше. При этом необходимо принимать специальные меры для снижения U_НБ в распределительных сетях 0,4 кВ и в частности уве­- личивать сечения проводов для снижения U_НБ (см. § 6.7). В последнем случае повышается стоимость сети. В распре­- делительных сетях 6—10 кВ значение U_ДОП оказывается больше и при встречном регулировании в ЦП может дости- гать 10—12 %. Как правило, такое значение U_ДОП доста­- точно. Увеличивать сечения проводов иногда приходится лишь в очень протяженных сетях, например сетях сельско­- хозяйственного назначения.