Środki i środki techniczne poprawy jakości energii elektrycznej

Aby utrzymać odchylenia i wahania napięcia w granicach wartości zgodnych z normami, wymagana jest regulacja napięcia.

Regulacja napięcia to proces zmiany poziomów napięć w charakterystycznych punktach systemu zasilania za pomocą specjalnych środków technicznych, który odbywa się automatycznie, zgodnie z ustalonym prawem. Prawo regulacji napięcia w centrach zasilania (CPU) określa organizacja energetyczna, uwzględniając w miarę możliwości interesy większości użytkowników podłączonych do tego CPU.

W celu zapewnienia niezbędnego reżimu napięciowego na zaciskach odbiorników energii elektrycznej stosuje się następujące metody regulacji napięcia: w szynach elektrowni i podstacji (CPU), na liniach wychodzących, łączonych i dodatkowych.

Podczas regulacji napięcia na szynach procesora zapewniają tak zwaną regulację przeciwprądową.Przez regulację przeciwnapięciową rozumie się zwiększanie napięcia do 5 - 8% wartości znamionowej przy największym obciążeniu i pod napięciem do wartości nominalnej (lub niższej) przy najniższym obciążeniu z rampą zależną od obciążenia.

Regulacja odbywa się poprzez zmianę przekładni transformatora zasilającego… W tym celu transformatory wyposażone są w układy regulacji napięcia pod obciążeniem (OLTC)… Transformatory z przełącznikami pod obciążeniem umożliwiają regulację napięcia w zakresie ± 10 do ± 16% z rozdzielczością 1,25 — 2,5%. Transformatory mocy 6 — 20 / 0,4 kV przełączają urządzenia sterujące wyłącznikiem (przełączanie bez wzbudzenia) o zakresie ± 5% i kroku regulacji ± 2,5% (Tabela 1).

Tabela 1. Dodatki napięciowe dla transformatorów 6-20 / 0,4 kV z wyłącznikiem

Właściwy wybór współczynnik transformacji transformator z wyłącznikiem (np. z regulacją sezonową) zapewnia najlepszy możliwy reżim napięciowy przy zmianie obciążenia.

Celowość zastosowania jednej lub drugiej metody regulacji napięcia zależy od warunków lokalnych, w zależności od długości sieci i jej obwodu, rezerwy mocy biernej itp.

Wskaźnik odchyłki napięcia zależy od zaniku napięcia w sieci, zależy od rezystancji sieci i obciążenia.W praktyce zmiana rezystancji sieci wiąże się ze zmianą napięcia w niej przy doborze przekrojów przewodów i żył kablowych z uwzględnieniem odchyleń napięcia odbiorników energii elektrycznej (wg. dopuszczalnych strat napięciowych), a także przy zastosowaniu szeregowego łączenia kondensatorów w liniach napowietrznych (instalacje kompensacji wzdłużnej — UPK).

Kondensatory połączone szeregowo kompensują część rezystancji indukcyjnej linii, zmniejszając w ten sposób składową bierną w linii i wytwarzając dodatkowe napięcie w sieci, w zależności od obciążenia.

Szeregowe łączenie kondensatorów jest zalecane tylko przy znacznej mocy biernej obciążenia (tgφ > 0,75-1,0). Jeśli współczynnik mocy biernej jest bliski zeru, spadek napięcia linii determinowane są głównie przez rezystancję czynną i moc czynną. W takich przypadkach kompensacja rezystancji indukcyjnej jest niepraktyczna.

Zastosowanie UPC jest bardzo efektywne w przypadku gwałtownych wahań obciążenia, ponieważ działanie regulacyjne kondensatorów (wartość dodawanego napięcia) jest proporcjonalne do prądu obciążenia i zmienia się automatycznie praktycznie bez bezwładności. Dlatego szeregowe łączenie kondensatorów powinno być stosowane w liniach napowietrznych o napięciu 35 kV i niższych, zasilających odbiorniki nagle przemienne o stosunkowo niskim współczynniku mocy. Stosowane są również w sieciach przemysłowych z dużymi wahaniami obciążenia.

Oprócz omówionych powyżej działań mających na celu zmniejszenie rezystancji sieci, działania mające na celu zmianę obciążeń sieci, zwłaszcza biernych, prowadzą do zmniejszenia strat napięciowych, a tym samym do wzrostu napięcia końcowego. Można tego dokonać poprzez zastosowanie instalacji kompensacji poprzecznej (łączenie baterii kondensatorów równolegle z obciążeniem) oraz szybkich źródeł mocy biernej (RPS), opracowując rzeczywisty harmonogram zmian mocy biernej.

W celu poprawy reżimu napięcia sieciowego, zmniejszenia odchyleń i wahań napięcia, możliwe jest zastosowanie silników synchronicznych dużej mocy z automatyczną kontrolą wzbudzenia.

Aby poprawić takie wskaźniki jakości energii zaleca się podłączanie odbiorników elektrycznych zniekształcających CE w punktach instalacji o największych wartościach mocy zwarciowej. A stosowanie środków ograniczających prądy zwarciowe w sieciach zawierających określone obciążenia powinno odbywać się tylko w granicach niezbędnych do zapewnienia niezawodnego działania urządzeń przełączających i sprzętu elektrycznego.

Główne sposoby zmniejszenia wpływu napięcia niesinusoidalnego. Wśród środków technicznych stosowane są: urządzenia filtrujące: przełączające równolegle z obciążeniem wąskopasmowe filtry rezonansowe, urządzenia filtro-kompensujące (FCD), urządzenia równoważące filtry (FSU), IRM zawierające FCD, specjalne urządzenia charakteryzujące się niskim poziomem generacja wyższych harmonicznych, transformatory „nienasycone”, przetwornice wielofazowe o ulepszonych charakterystykach energetycznych.

na ryc.1, a przedstawia schemat poprzecznego (równoległego) filtra pasywnego z wyższymi harmonicznymi. Złącze filtra to obwód połączonych szeregowo indukcyjności i pojemności, dostrojony do częstotliwości określonej harmonicznej.

Ryż. 1. Schematy ideowe filtrów z wyższymi harmonicznymi: a — pasywny, b — filtr aktywny (AF) jako źródło napięcia, c — AF jako źródło prądowe, VP — konwerter zaworowy, F5, F7 — odpowiednio podłączenia filtrów do 5 7. i 7. harmoniczna, tis — napięcie linii, tiAF — napięcie AF, tin — napięcie obciążenia, Azc — prąd linii, AzAf — prąd generowany przez AF, Azn — prąd obciążenia

Rezystancja połączenia filtra na prądy wyższych harmonicznych Xfp = XLn-NS° C/n, gdzie XL, Xc to rezystancje odpowiednio dławika i baterii kondensatorów względem prądu o częstotliwości sieciowej, n — liczba składowej harmonicznej.

Wraz ze wzrostem częstotliwości indukcyjność dławika wzrasta proporcjonalnie, a bateria kondensatorów maleje odwrotnie proporcjonalnie do liczby harmonicznej. Przy częstotliwości jednej z harmonicznych rezystancja indukcyjna dławika staje się równa pojemności baterii kondensatorów i rezonans napięciowy... W tym przypadku rezystancja połączenia filtra w prądzie o częstotliwości rezonansowej wynosi zero i manewruje układem elektrycznym przy tej częstotliwości. Liczbę harmoniczną yar częstotliwości rezonansowej oblicza się według wzoru

Idealny filtr całkowicie filtruje prądy harmoniczne do częstotliwości, do których dostrojone są jego połączenia.W praktyce jednak obecność aktywnych rezystancji na dławikach i bateriach kondensatorów oraz niedokładne dostrojenie połączeń filtrów prowadzi do niepełnego filtrowania harmonicznych.Filtr równoległy to szereg sekcji, z których każda jest dostrojona do rezonansu dla określonej częstotliwości harmonicznej.

Liczba linków w filtrze może być dowolna. W praktyce zwykle stosuje się filtry składające się z dwóch lub czterech sekcji dostrojonych do częstotliwości 5., 7., 11., 13., 23. i 25. harmonicznej. Filtry poprzeczne podłącza się zarówno w miejscach występowania wyższych harmonicznych, jak iw miejscach ich wzmacniania. Filtr zwrotnicy jest zarówno źródłem mocy biernej, jak i środkiem do kompensacji obciążeń biernych.

Parametry filtra dobierane są w taki sposób, aby połączenia były zestrojone w rezonans z częstotliwościami filtrowanych harmonicznych, a ich pojemność umożliwia generowanie niezbędnej mocy biernej przy częstotliwości przemysłowej. W niektórych przypadkach bateria kondensatorów jest połączona równolegle z filtrem w celu skompensowania mocy biernej. Takie urządzenie nazywa się filtr kompensacyjny (PKU)... Filtrujące urządzenia kompensujące pełnią zarówno funkcję filtrowania harmonicznych, jak i funkcję kompensacji mocy biernej.

Obecnie oprócz pasywnych filtrów wąskopasmowych stosuje się również filtry aktywne (AF)... Filtr aktywny to przetwornica AC-DC z pojemnościowym lub indukcyjnym magazynowaniem energii elektrycznej po stronie DC, która tworzy określoną wartość napięcia lub prądu poprzez modulację impulsową. Zawiera zintegrowane wyłączniki zasilania połączone według standardowych schematów.Sposób podłączenia AF do sieci jako źródła napięcia pokazano na rys. 1, b, jako źródło prądowe — na ryc. 1, ok.

Redukcja systematycznej asymetrii w sieciach niskiego napięcia odbywa się poprzez racjonalne rozłożenie obciążeń jednofazowych między fazami w taki sposób, aby rezystancje tych obciążeń były w przybliżeniu sobie równe. Jeśli asymetrii napięć nie można zmniejszyć za pomocą rozwiązań obwodów, stosuje się specjalne urządzenia: asymetryczne przełączanie baterii kondensatorów (ryc. 2) lub obwody równoważące (ryc. 3) obciążeń jednofazowych.

Ryż. 2. Urządzenie równoważące baterię kondensatorów

Ryż. 3. Specjalny obwód baluna

Jeśli asymetria zmienia się zgodnie z prawem prawdopodobieństwa, wówczas w celu zmniejszenia stosuje się automatyczne urządzenia równoważące, z których schemat jednego pokazano na ryc. 4. Regulowane urządzenia symetryczne są drogie i skomplikowane, a ich zastosowanie stwarza nowe problemy (w szczególności napięcie niesinusoidalne). Dlatego w Rosji nie ma pozytywnych doświadczeń ze stosowaniem balunów.

Ryż. 4. Typowy obwód baluna

Do ochrony przeciwprzepięciowej, ograniczników przepięć... Przeciw krótkotrwałym zapadom i zapadom napięcia można zastosować dynamiczne kompensatory odkształceń napięcia (DKIN), które rozwiązują wiele problemów jakości energii, w tym zapady (w tym impulsowe) i skoki napięcia zasilania.

Główne zalety DKIN:

• bez baterii i wszystkich problemów z nimi związanych,

• czas reakcji na krótkie przerwy w zasilaniu 2 ms,

• sprawność urządzenia DKIN wynosi ponad 99% przy 50% obciążeniu i ponad 98,8% przy 100% obciążeniu,

• niskie zużycie energii i niskie koszty eksploatacji,

• kompensacja składowych harmonicznych, jitter,

• sinusoidalne napięcie wyjściowe,

• zabezpieczenie przed wszelkiego rodzaju zwarciami,

• wysoka niezawodność.

Zmniejszenie poziomu negatywnego wpływu na sieć odbiorników energii o określonych obciążeniach (wstrząsowych, o nieliniowej charakterystyce woltamperowej, asymetrycznych) osiąga się poprzez ich normalizację i podział zasilania na obciążenia specyficzne i „ciche”.

Oprócz przydzielenia oddzielnego wejścia dla określonych obciążeń, możliwe są inne rozwiązania racjonalnej budowy schematów zasilania:

• czterosekcyjny schemat głównej rozdzielni obniżającej napięcie 6-10 kV z transformatorami z dzielonymi uzwojeniami wtórnymi i podwójnymi dławikami do oddzielnego zasilania „cichego” i specyficznego obciążenia,

• przestawienie transformatorów głównej rozdzielni obniżającej (GPP) do pracy równoległej poprzez załączenie rozłącznika sekcyjnego 6-10 kV, gdy prądy zwarciowe są dopuszczalne. Środek ten może być również stosowany tymczasowo, na przykład w okresach rozruchu dużych silników,

• realizacji obciążenia oświetlenia w sklepowych sieciach elektroenergetycznych w oderwaniu od zasilania skokowego przemiennego (np. z urządzeń spawalniczych).