2. Основна частина
1. Необхідність регулювання напруги в електричних мережах
Основним споживачем реактивної потужності в електричній системі є асинхронні електродвигуни і трансформатори. При номінальній напрузі на затискачах електродвигунів тільки потужність, що їх намагнічує, становить приблизно дві третини від усієї реактивної потужності системи; інша частина витрачається в реактивних опорах ліній електропередачі, трансформаторів, електродвигунів та інших приймачів електричної енергії (рис.1).
Рис. 1
Величина споживаної реактивної потужності залежить від рівня напруги в електричних мережах. При зниженні напруги в будь-якому пункті мережі реактивна потужність, споживана навантаженням, спочатку зменшується головним чином через зменшення намагнічувальної потужності асинхронних двигунів і трансформаторів. Але подальше зниження напруги (на 20% і більше) приводить до того, що сильніше починають позначатися зростання втрат реактивної потужності в реактивних опорах асинхронних електродвигунів, трансформаторів і ліній передачі, а також зниження зарядної потужності останніх. А це спричиняє ще більше збільшення втрат напруги в мережі і, як наслідок, зупинку електродвигунів і порушення нормального електропостачання. Цей процес зветься лавиною напруги.
Живильна мережа
Розподільна мережа
Дж
Рис.2 Необхідність регулювання напруги.
Рівні напруги в різних точках мережі залежать від рівня напруги на джерелі та величин втрат напруги в елементах мережі, які знаходяться між джерелом та точкою мережі, що розглядається.
Втрати напруги змінюються зі змінами струмів навантажень, що породжує відповідні зміни рівнів напруг у точках приєднання електроприймачів, відхилення яких від номінального значення не повинні перевищувати ±5 % у нормальних режимах та ±10 % - в максимальних (післяаварійних) режимах.
Для інженерних розрахунків режимів роботи електропостачальних систем низької та середньої напруги (НН та СН), а також коротких ліній живлення високої напруги (ВН), не пов'язаних із визначенням векторів напруг, зазвичай використовують спрощені формули, нехтуючи поперечною складовою спаду напруги.
Тоді
втрати
напруги в ділянці мережі
номінальною напругою Uн
(В)
з
опорами:
активним R
(Ом) та реактивним
X
(Ом)
визначають за
потужністю
(ВА) за
формулою:
(В), (1)
або за струмом навантаження І (А) та величинами соs φ, sіn φ:
(В). (2)
Для забезпечення необхідних рівнів напруг у точках приєднання електроприймачів, тобто на шинах підстанції та інших розподільних пунктів, застосовують:
централізоване регулювання на джерелах живлення,
місцеве регулювання,
регулювання на проміжних елементах мережі.
Централізоване регулювання здійснюється на генераторах електростанцій зміною струмів збудження генераторів, а також зміною коефіцієнтів трансформації трансформаторів зв'язку з системою. У центрах живлення, якими є системні підстанції, крім зміни коефіцієнтів трансформації головних трансформаторів, засто-совують лінійні регулятори та пристрої компенсації реактивної потуж-ності (шунтові реактори на боці мереж надвисокої напруги 330 кВ, 750 кВ), синхронні компенсатори та батареї конденсаторів (в умовах наявності дефіцитів реактивної потужності в мережах 6…110 кВ).
Місцеве регулювання в мережах розподілу електроенергії забезпечують зміною коефіцієнтів трансформації на трансформаторах ГПП та цехових ТП, а також використанням компенсувальних пристроїв - конденсаторних установок з регулюванням потужності. Регулювальний ефект компенсувальних пристроїв можна визначити за формулою:
,
(3)
де QКУ - потужність компенсувальної установки;
R та X - активний та реактивний опори елементу мережі.
Регулювання напруги за допомогою проміжних елементів мережі можна досягти зміною кількості паралельно увімкнених ліній та трансформаторів, а також застосуванням поздовжньої компенсації. Її регулювальний ефект можна оцінити за формулою:
(4)
де ХУПК - опір фази установки поздовжньої компенсації.
З останньої формули видно, що застосування одночасно поперечної й поздовжньої компенсації значно знижує ефективність останньої.
Найчастіше для регулювання напруги застосовують комплекс заходів. У реальних умовах необхідність застосування компенсації реактивної потужності визначають за іншими показниками, тому її наявність як додаткового засобу регулювання напруги треба врахувати під час вибору основних регулювальних пристроїв, якими в розподільних мережах можна вважати РПН (регулювання під навантаженням) та ПБЗ (перемикання без збудження) коефіцієнтів трансформації трансформаторів ГПП та цехових ТП.