Dopuszczalne odchyłki napięcia w sieciach elektrycznych
Odchylenie napięcia w sieci elektrycznej to różnica między jego aktualną wartością rzeczywistą w stabilnych warunkach pracy a wartością nominalną dla danej sieci. Przyczyną odchylenia napięcia w dowolnym punkcie sieci elektroenergetycznej jest zmiana obciążenia sieci w zależności od wykresów różnych obciążeń.
Odchylenie napięcia wpływa na działanie sprzętu. Tak więc w procesach technologicznych obniżenie napięcia zasilającego prowadzi do wydłużenia czasu trwania tych procesów, a w efekcie do wzrostu kosztów produkcji. A wzrost napięcia skraca żywotność sprzętu, ponieważ sprzęt zaczyna pracować z przeciążeniem, co zwiększa prawdopodobieństwo wypadków. Jeśli napięcie znacznie odbiega od normy, proces technologiczny może zostać całkowicie zakłócony.
Na przykładzie systemów oświetleniowych możemy wskazać, że przy wzroście napięcia zaledwie o 10% czas pracy żarówek skraca się czterokrotnie, czyli lampa wypala się znacznie wcześniej! A przy 10% obniżeniu napięcia zasilania strumień świetlny żarówki zmniejszy się o 40%, podczas gdy strumień świetlny dla lamp fluorescencyjnych wyniesie 15%. Jeśli po włączeniu świetlówki napięcie okaże się równe 90% wartości nominalnej, zacznie migać, a przy 80% w ogóle się nie uruchomi.
Silniki asynchroniczne są bardzo wrażliwe na napięcie zasilania urządzenia. Tak więc, jeśli napięcie na uzwojeniu stojana spadnie o 15%, wówczas moment obrotowy wału zmniejszy się o jedną czwartą i silnik najprawdopodobniej się zatrzyma, lub jeśli mówimy o uruchomieniu, silnik indukcyjny w ogóle się nie uruchomi. Przy zmniejszonym napięciu zasilania wzrośnie pobór prądu, uzwojenia stojana będą się bardziej nagrzewać, a normalna żywotność silnika zostanie znacznie zmniejszona.
Jeśli silnik pracuje przez długi czas przy napięciu zasilania równym 90% wartości nominalnej, wówczas jego żywotność zmniejszy się o połowę. Jeśli napięcie zasilania przekroczy wartość nominalną o 1%, to składowa bierna mocy pobieranej przez silnik wzrośnie o około 5%, a ogólna sprawność takiego silnika spadnie.
Średnio sieci elektryczne regularnie dostarczają następujące obciążenia: 60% energii przypada na asynchroniczne silniki elektryczne, 30% na oświetlenie itp., 10% na określone obciążenia, na przykład moskiewskie metro stanowi 11%.Z tego powodu GOST R 54149-2010 reguluje maksymalną dopuszczalną wartość ustalonego odchylenia na zaciskach odbiorników elektrycznych jako ± 10% sieci nominalnej. W tym przypadku normalne odchylenie wynosi ± 5%.
Istnieją dwa sposoby spełnienia tych wymagań. Pierwszym jest ograniczenie strat, drugim regulacja napięcia.
Sposoby ograniczania strat
Optymalizacja R — dobór przekroju przewodów linii elektroenergetycznej zgodnie z zasadami w warunkach możliwie najmniejszych strat.
Optymalizacja X — zastosowanie podłużnej kompensacji reaktancji linii, co wiąże się z niebezpieczeństwem zwiększonych prądów zwarciowych, gdy X → 0.
Metoda kompensacji Q polega na wykorzystaniu instalacji KRM do redukcji składowej biernej podczas przesyłu przez sieci elektroenergetyczne, bezpośrednio z wykorzystaniem bloków kondensatorów lub z wykorzystaniem synchronicznych silników elektrycznych pracujących w warunkach przewzbudzenia. Dzięki kompensacji mocy biernej, oprócz zmniejszenia strat, możliwe będzie osiągnięcie oszczędności energii, gdyż zmniejszą się całkowite straty elektryczne w sieciach.
Sposoby regulacji napięcia
Za pomocą transformatorów w centrum zasilania regulowane jest napięcie Utsp. Specjalne transformatory są wyposażone w automatyczne urządzenia do regulacji przekładni w zależności od aktualnej wartości obciążenia. Regulacja jest możliwa bezpośrednio pod obciążeniem. 10% transformatorów mocy jest wyposażonych w takie urządzenia. Zakres regulacji wynosi ± 16%, przy kroku regulacji 1,78%.
Transformatory stacji pośrednich Utp, których uzwojenia o różnych przekładniach są wyposażone w zaczepy przełączające, mogą również realizować regulację napięcia. Zakres regulacji wynosi ± 5%, przy kroku regulacji 2,5%. Przełączanie odbywa się tutaj bez wzbudzenia — z odłączeniem od sieci.
Organizacja zasilania jest odpowiedzialna za stałe utrzymywanie napięcia w granicach określonych przez GOST (GOST R 54149-2010).
W rzeczywistości R i X można dobrać już na etapie projektowania sieci elektrycznej, a dalsza eksploatacyjna zmiana tych parametrów jest niemożliwa. Q i Utp można regulować podczas sezonowych zmian obciążenia sieci, ale konieczne jest centralne sterowanie trybami pracy jednostek kompensacji mocy biernej, zgodnie z aktualnym trybem pracy całej sieci, czyli zasilania organizacja powinna to zrobić.
Jeśli chodzi o regulację napięcia Utsp — bezpośrednio z centrum zasilania, jest to najwygodniejszy sposób organizacji zasilania, który pozwala szybko dostosować napięcie dokładnie do harmonogramu obciążenia sieci.
Umowa na dostawę energii elektrycznej określa granice wahań napięcia w punkcie przyłączenia użytkownika; przy obliczaniu tych granic należy polegać na spadku napięcia między tym punktem a odbiornikiem elektrycznym. Jak wspomniano powyżej, GOST R 54149-2010 reguluje dopuszczalne wartości odchyleń w stanie ustalonym zacisków odbiornika elektrycznego.