Аппаратный лабораторный практикум Лабораторная работа №1. Регулирование напряжения в электрических сетях
Цель: Изучение метода изменения коэффициента трансформации трансформаторов и метода компенсации реактивной мощности.
Аппаратное обеспечение: Лабораторный стенд НТЦ–67 «Распределительные сети систем энергоснабжения».
Время выполнения: 4 часа.
Теоретические сведения
Отклонения уровня напряжения от номинального значения, как в сторону повышения, так и в сторону понижения отрицательно сказываются на работе потребителей электроэнергии: приводит к ухудшению условий работы оборудования, снижению производительности механизмов, сокращению срока службы электрооборудования, браку продукции. Нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии, регламентируемые ГОСТ 13109–97, равны соответственно 5% и 10%.
Напряжение на шинах низшего напряжения приемной подстанции (Error: Reference source not found) определяется как:
|
(88) |
,где kT – коэффициент трансформации трансформатора; Uг – напряжение на шинах генератора; Uв – напряжение на шинах высшего напряжения приемной подстанции; P и Q – активная и реактивная мощность, передаваемая по линии; R и X – активное и реактивное сопротивления питающей линии трансформатора.
Из выражения (88) следует, что регулировать напряжение Uн на шинах у потребителей можно следующими методами:
изменением напряжения Uг на шинах генератора;
изменением коэффициента трансформации kT трансформатора, установленного на подстанции;
изменением реактивной мощности Q, передаваемой по линии, что может осуществляться с использованием синхронных компенсаторов или конденсаторных батарей.
Генераторы электростанций в общем случае являются вспомогательным средством регулирования напряжения в электрической сети и могут служить основным средством регулирования напряжения только для потребителей, получающих питание непосредственно с шин генераторного напряжения.
Рассмотрим подробно прочие методы регулирования напряжения.
Метод изменения коэффициента трансформации. Коэффициент трансформации определяется отношением витков первичной и вторичной обмоток трансформатора. Трансформаторы (автотрансформаторы) имеют специальные ответвления от обмоток, позволяющие изменять коэффициент трансформации и, следовательно, регулировать напряжение. Переключение ответвлений может осуществляться устройством переключения без возбуждения (ПБВ) при отключении трансформатора от сети или устройством регулирования под нагрузкой (РПН) без отключения трансформатора от сети.
Принципиальная схема одной фазы линейного трехфазного трансформатора с РПН приведена на Error: Reference source not found.
Рассмотрим работу переключающего устройства РПН, состоящего из неподвижных контакторов К1 и К2, подвижных контактов – избирателей И1 и И2 и токоограничивающего реактора, в среднюю точку которого включен вывод нерегулируемой обмотки возбуждения линейного последовательного трансформатора (см. Error: Reference source not found). В последовательной обмотке этого трансформатора, включенной в рассечку линии, наводится добавочная э. д. с., величина которой зависит от положения избирателей на регулировочной обмотке, а направление – от положения переключателя. Ток, питающий обмотку возбуждения последовательного трансформатора, проходит через ветви реактора в противоположных направлениях, вследствие чего результирующий магнитный поток в реакторе очень мал и его сопротивление незначительно.
Если по условиям регулирования напряжения необходимо переключиться с одного ответвления на другое, то для этого отключается контактор К1, а избиратель И1 переключается на нужное ответвление, после чего контактор К1 включается. Секция обмотки между двумя соседними ответвлениями оказывается замкнутой через избиратели на реактор. Токи замыкания в обеих частях реактора совпадают по направлению, результирующий магнитный поток и индуктивное сопротивление реактора увеличиваются, чем достигается эффективное ограничение тока в замкнутой части обмотки. Далее отключается контактор К2, избиратель И2 переключается на тоже ответвление, что и И1, после чего контактор К1 включается.
После достижения последней ступени 9 переключатель реверса переходит в положение 3, а избиратели, вращаясь по кругу, в положение 1. Направление э. д. с. в последовательной обмотке изменится на обратное, и процесс дальнейшего регулирования напряжения будет протекать, как описано выше, с переходом избирателей от контакта 1 к контакту 9.
Трансформаторы с устройством РПН позволяют регулировать напряжение при изменении нагрузки в течение суток. Такие трансформаторы оборудуются автоматическими регуляторами напряжения, которые реагируют на изменения напряжения на вторичной обмотке трансформатора, давая команды на переключение ответвлений РПН согласно заданному закону регулирования напряжения.
Метод компенсации реактивной мощности рассмотрим на примере использования конденсаторных батарей. Включение конденсаторных батарей параллельно нагрузке называется поперечной компенсацией, последовательно – продольной компенсацией.
Поперечная компенсация применяется в основном для повышения величины коэффициента мощности cos . Коэффициент мощности характеризует качество потребления электроэнергии на предприятии: его снижение приводит к повышению расхода электроэнергии и ее стоимости. При включении мощности параллельно нагрузке угол уменьшается, в результате уменьшается ток электроприемника, т.е. происходит разгрузка линии по току. На туже величину разгружается и генератор, за счет чего и уменьшаются потери.
Продольная емкостная компенсация применяется в основном как способ регулирования и стабилизации напряжения за счет частичной компенсации индуктивного сопротивления участков электросети для уменьшения потерь напряжения в них. Компенсация индуктивного сопротивления емкостью приводит к повышению токов короткого замыкания во всех элементах трансформаторной подстанции, что особенно опасно для самих конденсаторов. Поэтому в установках продольной компенсации емкость выбирается из расчета, чтобы емкостное напряжение не превышало 5…20% номинального, т.е. емкость продольной компенсации компенсирует только часть мощности.
Принципиальная схема продольной компенсации показан на Error: Reference source not found. Шунтирующий разъединитель служит для вывода конденсаторов из работы. Для защиты от перенапряжений при сверхтоках используется спекающийся быстродействующий разрядник с токоограничивающим резистором R. Трансформатор напряжения служит для измерения напряжения, а также для разрядки конденсаторов при снятии напряжения.
Основное достоинство устройств продольной компенсации заключается в автоматическом и безынерционном регулировании напряжения. Отсутствие механически движущихся частей и контактов делает эти установки весьма простыми и надежными в эксплуатации. При одинаковом регулирующем эффекте мощность конденсаторов получается в 4–5 раз меньше, чем мощность обычной конденсаторной батареи поперечной компенсации, выбранной только для регулирования напряжения.
Недостатком метода является высокая стоимость установок продольной компенсации и необходимость специальной защиты от токов короткого замыкания.