План лекції
1. Регулювання напруги в сільських електричних мережах.
2. Регулювання напруги генераторів сільських електростанцій.
3. Застосування мережних регуляторів напруги й конденсаторів.
1. Регулювання напруги в сільських електричних мережах
При регулюванні напруги в сільських електричних мережах поліпшується режим напруг у споживачів, підвищується якість електричної енергії, що поставляється, а також збільшується припустима втрата напруги в мережі до межі, обумовленої економічною доцільністю, і завдяки цьому зменшується витрата металу проводів.
Напруга в сільських мережах підтримують регулюванням напруги генераторів сільських електростанцій, мережними регуляторами напруги різних типів, конденсаторами, що включаються послідовно або паралельно.
У мережах напругою 110 кВ і вище для регулювання напруги широко застосовують синхронні компенсатори.
2. Регулювання напруги генераторів сільських електростанцій
Генератори можуть працювати з номінальним навантаженням тільки в тому випадку, якщо їх напруга відхиляється не більше ніж на ±5 % номінального. Оскільки номінальна напруга генератора на 5 % вище номінальної напруги мережі, те його відхилення, наведене до напруги мережі, становить від +10 до 0 %. Зустрічне регулювання звичайне можливо в цих або менших межах.
Припустиму втрату напруги в мережі збільшують шляхом зустрічного регулювання напруги генераторів, яка може відбуватися автоматично (залежно від струму в обмотках статора генератора) або його виконують вручну. В останньому випадку напругу підтримують залежно від навантаження генераторів. Оскільки напругу регулюють лише залежно від тривалих змін навантаження, регулювати вручну неважко.
Зустрічне регулювання напруги генераторів доцільно використовувати на поодиноко працюючих сільських станціях з однорідним з’єднанням споживачів. Якщо максимуми й мініму ми цих навантажень не збігаються, то застосовувати зустрічне регулювання складно й доцільність його використання перевіряють порівняльними розрахунками мереж.
Зустрічне регулювання можливе лише в тому випадку, коли генератор має відповідний запас потужності й здатний сприйняти максимальне навантаження при підвищеній напрузі.
При роботі декількох сільських електростанцій у загальній енергетичній системі з однорідним навантаженням у принципі також можна застосовувати зустрічне регулювання напруги. Потрібно тільки забезпечувати одночасність регулювання на всіх електростанціях системи, тому що в іншому випадку будуть більші переструми реактивних потужностей по проводах ліній і зайві втрати енергії. Практично це нездійсненне.
Рис. 13.1. Схема однієї фази трансформатора (а) і автотрансформатора (б) з регулюванням напруги
На потужних електричних станціях, об'єднаних у районні енергетичні системи, зустрічне регулювання напруги генераторів при нормальних режимах не застосовують. Напругу генераторів на них підтримують постійним.
3. Застосування мережних регуляторів напруги й конденсаторів
Мережні регулятори напруги. Вони регулюють напруги в будь-яких точках мережі. Чим ближче регулятор до споживача, тим ефективніше регулювання, але разом з тим потрібне більше число регуляторів у мережі й вища їх загальна вартість.
У якості регуляторів застосовують трансформатори або автотрансформатори зі зміною коефіцієнта трансформації під навантаженням.
Принципова схема трансформатора з регулюванням напруги під навантаженням для однієї фази показана на рис. 13.1, а. Вводи звичайно роблять із боку обмотки вищої напруги. Перемикач виконують так, щоб забезпечити перемикання без розривів ланцюга. Для такої схеми необхідно мати спеціальний трансформатор. У ряді випадків використовують звичайні трансформатори, а для регулювання застосовують додаткові автотрансформатори, що включаються в мережу (рис. 13.1 б).
Випускають трансформатори потужністю від 560 кВА і напругою 35/10 кВ із вісьма ступенями регулювання по 2,5 % і, отже, із загальною межею регулювання ±10 %. Від восьми ступенів обмотки зроблено дев'ять вводів, по контактах яких рухається перемикач. Перемикання відбувається без розриву ланцюга. У момент перемикання сусідні контакти замикаються через реактор, який обмежує струм до припустимого значення.
Керування автоматизоване й ведеться від реле напруги.
Точність підтримки напруги на затисках реле ±1,25 %. Час витримують за допомогою моторного реле часу. Перемикання виконуються електродвигуном постійного струму напругою 220 В. Схема живиться постійним струмом від акумуляторної батареї або, що більш зручно, від випрямної установки. Передбачене також ручне керування перемикачем безпосередньо на трансформаторі й дистанційне - із щита керування.
Регульовані трансформатори типу ТМН мають потужності 1000, 1600, 2500, 4000 і 6300 кВА, межі регулювання ±9 %. Трансформатори ТМН комплектуються швидкодіючими перемикачами з малогабаритними активними опорами. У перемикачах шість ступенів тонкого регулювання й одина ступень грубого регулювання, рівна половині діапазону регулювання.
Регулятором підтримується напруга на вводах трансформатора незмінною, тобто стабілізує її на рівні 105 %, повністю компенсуючи втрату напруги в лінії напругою 35 кВ і самому трансформаторі. Технічно цілком можливо зустрічне регулювання в широких межах. Однак глибоке зустрічне регулювання ефективне тільки при збігу графіків навантаження всіх споживачів даної підстанції.
Випускають регулятори напруги підвищеної надійності.
Приклад. Визначають припустиму втрату напруги в мережі по рис. 13.2 без регулятора напруги на трансформаторі напругою 35/10 кВ і при його використанні. Відхилення напруги на шинах напругою 35 кВ становлять: +2% і 5/25 = 0%; втрата напруги в лінії напругою 35 кВ - 5 %.
Рис. 5.36. Схема мережі з регулятором напруги
Застосовуючи регулятор напруги, можна поставити надбавки у трансформаторах напругою 10/0,38 кВ +7,5 %.
Припустимі втрати напруги в мережі напругою 10 і 0,38 кВ
Приймають втрати напруги в мережі 10 кВ -6,5 % і мережі напругою 0,38 кВ - 6 %:
Таким чином, при використанні регулятора напруги значно збільшується припустима втрата напруги й, отже, приблизно настільки ж скорочується витрата металу в мережах.
Автотрансформатори для регулювання напруги в мережі напругою 10 і 35 кВ або вольтодобавочні автотрансформатори ЛРН випускають із прохідною потужністю 400, 630 і 1600 кВА з діапазоном регулювання від +5 до -10 %, шістьма ступенями по 2,5 %. Витримка часу на перемикання 40...240 с.
Вводи трансформатора перемикаються спеціальним перемикачем без розриву ланцюга. Схема автоматики регулюючого обладнання не має контактів. У ній використовують магнітний підсилювач у релейному режимі. Незважаючи на складність і високу вартість регуляторів напруги на трансформаторах 35/10 кВ, їхнє застосування більш економічне, чим малих регуляторів. Останні доцільно використовувати разом з потужними для поліпшення режиму напруги споживачів. У цьому випадку виходить найбільше економічно вигідна схема регулювання.
Послідовне або поздовжнє включення конденсаторів. Його застосовують для компенсації втрати напруги в повітряних лініях.
Зменшення втрати напруги насамперед залежить від коефіцієнта потужності навантаження. Якщо він близький до одиниці, то, компенсуюча дія послідовна включених конденсаторів наближається до нуля. Коефіцієнт потужності сільських мереж у період максимуму навантажень становить 0,7...0,9, і, отже, поздовжня компенсація втрати напруги за допомогою послідовно включених конденсаторів може бути ефективна.
Важлива позитивна якість послідовно включених конденсаторів - ступінь їх конденсації - залежить від струму. Тому з ростом навантаження зростає й компенсація втрати напруги. Особливо добре компенсуються втрати напруги від пусків великих двигунів, коли спостерігається великий пусковий струм з малим коефіцієнтом потужності.
Оскільки конденсатори в нормальному режимі перебувають під напругою, що становлять 5...20 % напруги мережі, їх вибирають на найближчу стандартну напругу, значно меншу напругу мережі. Однак при коротких замиканнях майже всі напруги мережі виявляються прикладеними до конденсаторів. При великих кратностях перенапруг конденсатори необхідно захищати.
Послідовно включені конденсатори можна захищати повітряним іскровим проміжком, що замикають конденсатор накоротко при підвищенні напруги. Послідовно з іскровим проміжком включають котушку контактора, який також замикає конденсатор.
Рис. 14.3. Схема послідовного включення конденсаторів
У мережах напругою до 35 кВ напруга на послідовних конденсаторах у більшості випадків не перевищує 1...3кВ. При цьому важко створити стабільно працюючий повітряний іскровий проміжок. Якщо струми короткого замикання невеликі, то він може бути замінений газонаповненим розрядником.
Вибір потужності послідовних конденсаторів визначають із наступних міркувань.
При радіальній лінії з одним навантаженням на кінці місце установки конденсаторів з погляду втрати напруги байдуже. Однак доцільніше розміщати їх наприкінці лінії, у споживача. При цьому рівень напруги в лінії нижче, а конденсатори менше зазнають перенапругам, тому що більшість коротких замикань буде до них.
Якщо навантаження розподілене уздовж лінії, то місце установки конденсаторів слід вибирати таким чином, щоб відхилення напруги в лінії лежали в припустимих межах.
Паралельне або поперечне включення конденсаторів. Воно компенсує втрату напруги в лінії:
Останнім часом, паралельно вмикаючі конденсатори все частіше застосовують для компенсації реактивної потужності, тобто для підвищення коефіцієнта потужності в мережі. При наявності установки для компенсації реактивної потужності в мережі її обов'язково необхідно оцінювати з погляду впливу на рівень напруги.
Лекція 14
Тема: Перенапруги в електричних мережах та засоби захисту від них