Теоретические положения

Падением напряжения на элементе электрической сети называется разность комплексов напряжений в начале и в конце этого элемента .

Потерей напряжения называется разность модулей напряжений в начале и в конце элемента сети .

Падение напряжения связано с током и передаваемой мощностью следующими соотношениями:

, (3.1)

, (3.2)

где Z – комплексное сопротивление элемента сети; – ток в этом сопротивлении; S^* – сопряженный комплекс передаваемой мощности; P и Q – соответственно активная и реактивная мощности; R и X – активное и индуктивное сопротивления; U – напряжение в начале или в конце данного элемента сети, фаза которого принята равной нулю (при приближенных расчетах может использоваться также номинальное напряжение).

Величина ΔU_np называется продольной составляющей падения напряжения; она представляет собой действительную часть падения напряжения. ΔU_non – поперечная составляющая падения напряжения (мнимая часть).

Наличие падений напряжения приводит к тому, что фактические напряжения в узлах сети в общем случае отличаются от номинальных значений. Это отличие характеризуется отклонением напряжения, которое выражается в процентах и определяется по формуле

, (3.3)

где U_факт и U_ном – фактическое и номинальное напряжение в узле сети.

Наиболее важными являются величины напряжений в тех узлах сети, к которым подключены электроприемники. Установившееся отклонение напряжения на выводах электроприемников относится к основным показателям качества электроэнергии и регламентируется ГОСТ 13109-97 [3.1]. Нормально допустимые значения установившегося отклонения напряжения составляют ±5 %; предельно допустимые (не более 5 % времени работы) равны ±10 %.

Отрицательные отклонения напряжения приводят к нарушению нормальной работы электроприемников, а положительные – к повышенному износу электрооборудования. Кроме того, величина напряжения влияет на потребление реактивной и (в меньшей степени) активной мощности, а также на потери энергии в электрических сетях.

Чтобы обеспечить выполнение требований ГОСТ к отклонениям напряжения, применяются специальные методы и средства регулирования напряжения. Оно производится следующими способами:

1. С помощью генераторов;

2. Путем изменения коэффициентов трансформации

а) у трансформаторов с переключением без возбуждения (ПБВ),

б) у трансформаторов с регулированием под нагрузкой (РПН),

в) у линейных регуляторов;

3. Путем изменения потерь напряжения.

Устройство ПБВ позволяет регулировать коэффициент трансформации путем изменения числа витков (обычно на стороне высшего напряжения) при отключенной нагрузке. Диапазон регулирования напряжения составляет около 10 %.

Устройство РПН предназначено для изменения числа витков обмоток трансформатора при включенной нагрузке. Это главное средство регулирования напряжения в электрических сетях. Диапазон регулирования составляет примерно 20…30 %.

Линейный регулятор – это специальное трансформаторное устройство, предназначенное для создания в сети добавочных ЭДС. Применяется в тех случаях, когда диапазон РПН силовых трансформаторов недостаточен или когда РПН отсутствует.

Регулирование напряжения в центре питания называется централизованным регулированием. При этом меняются напряжения одновременно у многих потребителей. Данный вид регулирования обычно осуществляется с помощью генераторов и трансформаторов с РПН.

Централизованное регулирование напряжения обычно производится по принципу встречного регулирования, под которым понимается регулирование в зависимости от тока нагрузки по следующим правилам:

– в режиме максимальных нагрузок напряжение в центре питания поддерживается на уровне (1,05…1,1)U_ном (U_ном – номинальное напряжение сети);

– в режиме минимальных нагрузок уровень напряжения в центре питания должен составлять (1…1,05)U_ном;

– если мощность в режиме минимальных нагрузок составляет менее 30 % от мощности режима максимальных нагрузок, то напряжение в центре питания поддерживается на уровне U_ном.

Ниже для примера построен график распределения отклонений напряжения в сети с одной линией и трансформатором (рис. 3.1, 3.2). Номинальные напряжения сети – 110/10 кВ. Фактические напряжения в узлах – U₀= 120 кВ, U₁= 112 кВ, U₂= = 107 кВ, U= 10,5 кВ. Емкости линии и проводимости трансформатора на схеме замещения не показаны, так как для построения данного графика эти элементы схемы не требуются. Отклонения напряжения в узлах сети равны: