Напряжение узла нагрузки при учете только продольной составляющей падения напряжения определяется по выражению

где – искомое напряжение узла нагрузки; – напряжение узла питания; – потеря напряжения на сопротивлениях элементов электрической сети; – номинальное напряжение сети.

При совместном расчете режима распределительных сетей 10 кВ и 0,38 кВ оценки напряжений в узлах и потерь напряжения в элементах удобней представлять в процентах от номинального напряжения. Тогда отклонение напряжения от номинального в узле нагрузки будет оцениваться по выражению

где – добавка напряжения с помощью изменения коэффициентов трансформации трансформаторов; – отклонение напряжения в узле питания, %; – потеря напряжения на соответствующем элементе в процентах от номинального (P, Q – нагрузка, передаваемая по элементу, кВт, квар; R, X – сопротивления элемента, Ом; – номинальное напряжение, к которому приведены сопротивления элемента, кВ).

Эффективность электрификации технологических процессов в большой степени зависит от качества электрической энергии, доводимой до них, и основную роль при этом играет такой показатель качества как отклонение напряжения.

При огромной разветвленности распределительных сетей системы электроснабжения, различной электрической удаленности электроприемников от источников энергии и изменяющейся во времени загрузки её элементов величина напряжения на зажимах электроприемников различна и также изменяется во времени. Эти причины приводят к необходимости принятия мер по поддержанию напряжения на зажимах электроприемников хотя бы в пределах, регламентированных ГОСТ 13109-97, когда осредненное на минутном интервале времени отклонение напряжения должно находиться в диапазоне ±5 % с вероятностью 0,95 на суточном интервале времени, а предельно допустимые отклонения за оставшееся время − ±10 %. В связи с этим в узлах электрических сетей систем электроснабжения устанавливаются технические средства, обеспечивающие регулирование напряжения.

Техническими средствами регулирования напряжения в системах электроснабжения являются: устройства для изменения коэффициентов трансформации силовых трансформаторов; установки для компенсации реактивной мощности; установки продольной компенсации.

Устройство для изменения коэффициентов трансформации выполняется в виде регулятора под нагрузкой (РПН) на трансформаторах ГПП, либо в виде переключателя без возбуждения (ПБВ) на трансформаторах ТП 10/0,4 кВ. Коэффициент трансформации ( ) определяется отношением числа витков первичной ( ) и вторичной ( ) обмоток

Отсюда напряжение вторичной обмотки будет определяться подводимым напряжением первичной обмотки и изменяющимся коэффициентом трансформации по выражению .

Отпайки (анцапфы) для изменения коэффициента трансформации выполняются на обмотке высшего напряжения с целью облегчения, а соответственно, и снижения стоимости переключающей контактной системы. Количество отпаек для изменения коэффициента трансформации и шаг его изменения определяется заводом-изготовителем. Для трансформаторов 10/0,4 кВ – это пять ступеней по 2,5%, которые приводят к добавке напряжения по отношению к номинальному напряжению 0,38 кВ в виде: 0%; 2,5%; 5%; 7,5%; 10%. Устройство РПН может быть использовано для регулирования напряжения в реальном масштабе времени, а устройство ПБВ – при переходе от одного характерного режима работы к другому, т.е. при переходе от сезона к сезону.

Установки для компенсации реактивной мощности приводят к изменению потоков реактивной мощности в электрической сети системы электроснабжения и, следовательно, к изменению потерь напряжения на её элементах и, как следствие, к изменению режима напряжения в узлах электрической сети, рассчитываемого по выражению

где – искомое напряжение узла нагрузки; – напряжение предыдущего узла; – потеря напряжения на сопротивлениях элемента электрической сети; – номинальное напряжение сети; – мощность компенсирующего устройства, установленного в узле нагрузки.

Установка продольной компенсации представляет собой конденсатор, включенный последовательно с элементами электрической сети и, так как продольная реактивность элементов (линий электропередачи, трансформаторов) имеет индуктивный характер, то включенный конденсатор уменьшает суммарную реактивность сети. При этом уменьшится потеря напряжения в электрической сети и в узле нагрузки увеличится напряжение, которое может быть рассчитано по выражению

где – емкостное сопротивление конденсатора. В этом и проявляется регулирующий эффект установки продольной компенсации.

В системах электроснабжения распространены первые два технических средства для регулирования напряжения – устройства для изменения коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и установки для компенсации реактивной мощности.

При реализации мероприятий по регулированию напряжения используются такие понятия как местное и централизованное регулирование. Местным является регулирование – когда контроль напряжения ведется в узле, где установлено регулирующее средство. Например, регулирование напряжения в системе электроснабжения осуществляется с помощью устройства ПБВ на подстанции 10/0,4 кВ и здесь же на сборных шинах 0,4 кВ производится контроль напряжения. А централизованным является регулирование – когда контроль напряжения ведется в узле ниже по иерархической структуре, чем узел, в котором установлено регулирующее средство. Так, например, регулирование напряжения в системе электроснабжения осуществляется с помощью РПН на ГПП, а контроль напряжения производится в ниженаходящихся узлах (ТП 10/0,4 кВ, РП-0,38 кВ или зажимы электроприемников).

Решение задачи регулирования напряжения в системе электроснабжения при характерных режимах работы электрифицированного технологического процесса целесообразно начинать с оценки наилучших положений ПБВ на всех ТП 10/0,4 кВ. Для этого необходимо при известных или прогнозируемых графиках нагрузки по подстанциям и определенном режиме регулирования напряжения на шинах источника питания (подстанция электроэнергетической системы) рассчитать среднесуточные отклонения напряжения на шинах 0,4 кВ ТП. При этом в расчетах необходимо принять среднее положение РПН и средние значения мощностей установленных конденсаторных батарей, что позволяет иметь возможность дальнейшего регулирования напряжения в меньшую и большую сторону.

В настоящее время широко распространен принцип встречного регулирования напряжения, который заключается в том, что в часы максимальных нагрузок на шинах 10,5 кВ ГПП величину напряжения поддерживают на 5% выше номинального, а в часы минимальных нагрузок – номинальным, чтобы скомпенсировать изменяющиеся потери напряжения в электрической сети.

Порядок выполнения работы

4.3.1. Подготовить лабораторную установку для проведения работы:

· включить питание установки, включить и загрузить компьютер программой «ScadaSES»;

· включить трансформатор Т4, синхронный двигатель с минимальной компенсирующей способностью, отключить трансформатор Т3, включить обобщенную нагрузку S на шинах 10,5 кВ ГПП, отключить конденсаторные батареи БК1, БК2, БК3, БК4 и фильтрокомпенсирующее устройство;

· РПН и ПБВ установить в нулевые положения;

· установить переключатель «Работа-Программирование» в положение «Программирование», а переключатель «Автоматическое-Ручное» в положение «Ручное» и нажимая последовательно кнопку «Программирование» запрограммировать установленное положение лабораторной установки на всех 48 получасовых интервалах времени;

· переключатель задания уровня напряжения в сети 110 кВ установить в положение, указанное преподавателем. Кнопкой «Сброс» поставить установку в нулевое положение по индикатору интервалов времени.

4.3.2. Подключить мультиметр к гнездам «U » на шинах РП, если регистрация суточного графика напряжения будет производиться с помощью него.

4.3.3. Запустить установку нажатием кнопки «Пуск» и, если регистрация суточного графика напряжения на шинах РП осуществляется с помощью мультиметра, записать осредненные на интервалах показания прибора.

4.3.4. Считать суточные графики напряжений на шинах 10.5 кВ ГПП и шинах 0,4 кВ ТП из компьютера и перевести их значения в именованные единицы, умножая на соответствующие коэффициенты по паспорту стенда.

4.3.5. Построить вышеуказанные графики, рассчитать средние значения и среднеквадратические отклонения, оценить качество напряжения в указанных узлах электрической сети в соответствии с ГОСТ 13109 – 97.

4.3.6. Проанализировать полученные результаты. Определить наилучшее положение ПБВ трансформатора Т4 и разработать график использования РПН на суточном интервале времени.

4.3.7. Установить переключателем необходимую ступень ПБВ трансформатора Т4 и запрограммировать суточный график использования РПН.

4.3.8. Запустить установку и продолжить работу в соответствии с пунктами 4.3.3., 4.3.4., 4.3.5.

4.3.9. Сделать вывод об эффективности регулирования напряжения в моделируемой системе электроснабжения.

4.3.10. Оформить отчет по лабораторной работе.

Контрольные вопросы

4.4.1. Отклонение напряжения в соответствии с ГОСТ 13109 – 97.

4.4.2. Причины появления отклонений напряжения в узлах электрической сети.

4.4.3. Расчет режима напряжения в электрических сетях СЭС (векторная диаграмма).

4.4.4. Вероятностная оценка отклонения напряжения в узле электрической сети.

4.4.5. Что такое падение напряжения и потеря напряжения?

4.4.6. Почему в системах электроснабжения допускается производить расчет режима по напряжению без учета поперечной составляющей падения напряжения?

4.4.7. Оценка отклонения напряжения по предельным значениям.

4.4.8. Технические средства регулирования напряжения в системах электроснабжения.

4.4.9. Принципы регулирования величины напряжения.

Лабораторная работа № 5