Opatrenia a technické prostriedky na zlepšenie kvality elektrickej energie

Aby sa odchýlky a kolísanie napätia udržali v normách vyhovujúcich hodnotách, je potrebná regulácia napätia.

Regulácia napätia je proces zmeny napäťových úrovní na charakteristických miestach napájacej sústavy pomocou špeciálnych technických prostriedkov, ktorý sa vykonáva automaticky podľa vopred určeného zákona. Zákon o regulácii napätia v energetických centrách (CPU) určuje organizácia zásobovania energiou, pričom ak je to možné, zohľadňuje záujmy väčšiny používateľov pripojených k tomuto CPU.

Na zabezpečenie potrebného napäťového režimu na svorkách prijímačov elektrickej energie sa používajú tieto spôsoby regulácie napätia: v autobusoch elektrární a rozvodní (CPU), na vývodných vedeniach, spoločných a prídavných.

Pri regulácii napätia na zberniciach procesora zabezpečujú takzvanú protiprúdovú reguláciu.Protinapäťovou reguláciou sa rozumie zvýšenie napätia na 5 - 8 % nominálneho pri najvyššom zaťažení a pod napätím na nominálne (alebo nižšie) pri najnižšom zaťažení s rampou v závislosti od zaťaženia.

Regulácia sa vykonáva zmenou transformačného pomeru napájacieho transformátora… Na tento účel sú transformátory vybavené prostriedkami regulácie napätia pri zaťažení (OLTC)… Transformátory so spínačmi pod zaťažením umožňujú reguláciu napätia v rozsahu ± 10 až ± 16 %. s rozlíšením 1,25 — 2,5 %. Výkonové transformátory 6 — 20 / 0,4 kV zariadenia spínajú ovládacie zariadenia vypínača (spínanie bez budenia) s rozsahom ± 5 % a krokom nastavenia ± 2,5 % (tabuľka 1).

Tabuľka 1. Prípustné hodnoty napätia pre transformátory 6-20 / 0,4 kV s ističom

Správna voľba transformačný faktor transformátor s ističom (napríklad so sezónnou reguláciou) poskytuje najlepší možný režim napätia pri zmene záťaže.

Účelnosť použitia jedného alebo druhého spôsobu regulácie napätia je určená miestnymi podmienkami v závislosti od dĺžky siete a jej obvodu, rezervy jalového výkonu atď.

Indikátor odchýlky napätia závisí od straty napätia v sieti, závisí od odporu siete a zaťaženia.V praxi je zmena odporu siete spojená so zmenou napätia v nej pri výbere prierezov vodičov a káblových jadier, berúc do úvahy odchýlky v napätí prijímačov elektrickej energie (podľa prípustné straty napätia), ako aj pri použití sériového zapojenia kondenzátorov v nadzemných vedeniach (inštalácie pozdĺžnej kompenzácie – UPK).

Kondenzátory zapojené do série kompenzujú časť indukčného odporu vedenia, čím sa znižuje jalová zložka vo vedení a vytvára sa nejaké dodatočné napätie v sieti v závislosti od zaťaženia.

Sériové zapojenie kondenzátorov sa odporúča len pri významnom jalovom výkone záťaže (tgφ > 0,75-1,0). Ak je činiteľ jalového výkonu blízky nule, strata sieťového napätia sú určené najmä aktívnym odporom a činným výkonom. V týchto prípadoch je kompenzácia indukčného odporu nepraktická.

Použitie UPC je veľmi efektívne pri prudkých výkyvoch záťaže, pretože regulačný účinok kondenzátorov (hodnota pridaného napätia) je úmerný záťažovému prúdu a mení sa automaticky prakticky bez zotrvačnosti. Preto by sa v nadzemných vedeniach s napätím 35 kV a nižším malo použiť sériové zapojenie kondenzátorov, ktoré napájajú náhle striedavé záťaže s relatívne nízkym účinníkom. Používajú sa aj v priemyselných sieťach s prudko kolísavým zaťažením.

Okrem vyššie diskutovaných opatrení na zníženie odporu siete vedú opatrenia na zmenu sieťového zaťaženia, najmä reaktívneho, k zníženiu strát napätia, a teda k zvýšeniu koncového napätia. To sa dá dosiahnuť použitím zariadení s laterálnou kompenzáciou (spájaním kondenzátorových bánk paralelne so záťažou) a vysokorýchlostných zdrojov jalového výkonu (RPS), pričom sa vypracuje skutočný harmonogram zmien jalového výkonu.

Pre zlepšenie režimu sieťového napätia, zníženie odchýlok a kolísaní napätia je možné použiť výkonné synchrónne motory s automatickou reguláciou budenia.

Na zlepšenie takýchto indikátory kvality napájania odporúča sa pripojiť elektrické prijímače, ktoré skresľujú CE v systémových bodoch s najvyššími hodnotami skratového výkonu. A používanie prostriedkov na obmedzenie skratových prúdov v sieťach obsahujúcich špecifické záťaže by sa malo vykonávať iba v medziach potrebných na zabezpečenie spoľahlivej prevádzky spínacích zariadení a elektrických zariadení.

Hlavné spôsoby zníženia vplyvu nesínusového napätia. Z technických prostriedkov sa používajú: filtračné zariadenia: paralelné spínanie so záťažou úzkopásmových rezonančných filtrov, filtračné kompenzačné zariadenia (FCD), filtračné vyvažovacie zariadenia (FSU), IRM obsahujúce FCD, špeciálne zariadenia vyznačujúce sa nízkou úrovňou generácie vyšších harmonických, „nenasýtené“ transformátory, viacfázové meniče so zlepšenými energetickými charakteristikami.

Na obr.1 je znázornená schéma priečneho (paralelného) pasívneho filtra s vyššími harmonickými. Zapojenie filtra je obvod indukčnosti a kapacity zapojený do série, naladený na frekvenciu konkrétnej harmonickej.

Ryža. 1. Schematické schémy filtrov s vyššími harmonickými: a — pasívny, b — aktívny filter (AF) ako zdroj napätia, c — AF ako zdroj prúdu, VP — ventilový prevodník, F5, F7 — resp. 7. harmonická, tis — sieťové napätie, tiAF — AF napätie, tin — zaťažovacie napätie, Azc — sieťový prúd, AzAf — prúd generovaný AF, Azn — zaťažovací prúd

Odpor pripojenia filtra voči vyšším harmonickým prúdom Xfp = XLn-NS° C/n, kde XL, Xc sú odpory reaktora a kondenzátorovej banky voči prúdu výkonovej frekvencie, n — číslo harmonickej zložky.

Keď sa frekvencia zvyšuje, indukčnosť reaktora sa úmerne zvyšuje a skupina kondenzátorov klesá nepriamo úmerne s harmonickým číslom. Pri frekvencii jednej z harmonických sa indukčný odpor reaktora rovná kapacite banky kondenzátorov a napäťová rezonancia... V tomto prípade je odpor pripojenia filtra na rezonančnom frekvenčnom prúde nulový a pri tejto frekvencii ovláda elektrický systém. Harmonické číslo yar rezonančnej frekvencie sa vypočíta podľa vzorca

Ideálny filter úplne filtruje harmonické prúdy na frekvencie, na ktoré sú naladené jeho spoje.V praxi však prítomnosť aktívnych odporov na reaktoroch a kondenzátorových bankách a nepresné ladenie zapojenia filtra vedú k neúplnému filtrovaniu harmonických.Paralelný filter je séria sekcií, z ktorých každá je naladená tak, aby rezonovala pre špecifickú harmonickú frekvenciu.

Počet odkazov vo filtri môže byť ľubovoľný. V praxi sa zvyčajne používajú filtre pozostávajúce z dvoch alebo štyroch sekcií ladených na frekvencie 5., 7., 11., 13., 23. a 25. harmonickej. Priečne filtre sú zapojené tak v miestach, kde sa vyskytujú vyššie harmonické, ako aj v miestach, kde sú zosilnené. Krížový filter je zdrojom jalového výkonu aj prostriedkom na kompenzáciu jalového zaťaženia.

Parametre filtra sú volené tak, že spoje sú ladené v rezonancii s frekvenciami filtrovaných harmonických a ich kapacita umožňuje generovať potrebný jalový výkon na priemyselnej frekvencii. V niektorých prípadoch je kondenzátorová banka pripojená paralelne s filtrom na kompenzáciu jalového výkonu. Takéto zariadenie sa nazýva kompenzačný filter (PKU)... Filtračné kompenzačné zariadenia plnia ako funkciu filtrovania harmonických, tak aj funkciu kompenzácie jalového výkonu.

V súčasnosti okrem pasívnych úzkopásmových filtrov používajú aj aktívne filtre (AF)... Aktívny filter je AC-DC menič s kapacitným alebo indukčným ukladaním elektrickej energie na DC strane, ktorý tvorí určitú hodnotu napätia alebo prúdu. prostredníctvom pulznej modulácie. Obsahuje integrované výkonové spínače zapojené podľa štandardných schém.Zapojenie AF do siete ako zdroja napätia je znázornené na obr. 1, b, ako zdroj prúdu — na obr. 1, c.

Znižovanie systematickej nerovnováhy v sieťach nízkeho napätia sa uskutočňuje racionálnym rozdelením jednofázových záťaží medzi fázy tak, že odpory týchto záťaží sú približne rovnaké. Ak nie je možné znížiť napäťovú nerovnováhu pomocou obvodových riešení, potom sa používajú špeciálne zariadenia: asymetrické spínanie kondenzátorových bánk (obr. 2) alebo vyrovnávacie obvody (obr. 3) jednofázových záťaží.

Ryža. 2. Zariadenie na vyvažovanie banky kondenzátorov

Ryža. 3. Špeciálny balun okruh

Ak sa asymetria mení podľa zákona pravdepodobnosti, potom sa na zníženie používajú automatické vyvažovacie zariadenia, z ktorých schéma jedného je znázornená na obr. 4. Nastaviteľné symetrické zariadenia sú drahé a zložité a ich aplikácia prináša nové problémy (najmä nesínusové napätie). Preto v Rusku nie sú žiadne pozitívne skúsenosti s používaním balunov.

Ryža. 4. Typický balunový obvod

Na prepäťovú ochranu, zvodiče prepätia... Proti krátkodobým poklesom a poklesom napätia možno použiť dynamické kompenzátory skreslenia napätia (DKIN), ktoré riešia mnohé problémy s kvalitou elektrickej energie vrátane poklesov (vrátane impulzných) a rázov napájacieho napätia.

Hlavné výhody DKIN:

• bez batérií a všetkých problémov s nimi spojených,

• doba odozvy na krátke prerušenie napájania 2 ms,

• účinnosť zariadenia DKIN je viac ako 99% pri 50% zaťažení a viac ako 98,8% pri 100% zaťažení,

• nízka spotreba energie a nízke prevádzkové náklady,

• kompenzácia harmonických zložiek, jitter,

• sínusové výstupné napätie,

• ochrana proti všetkým typom skratov,

• vysoká spoľahlivosť.

Zníženie úrovne negatívneho vplyvu na sieť výkonových prijímačov špecifických záťaží (rázové, s nelineárnymi voltampérovými charakteristikami, asymetrické) sa dosiahne ich normalizáciou a rozdelením napájania na špecifické a „tiché“ záťaže.

Okrem pridelenia samostatného vstupu pre špecifické zaťaženia sú možné aj iné riešenia pre racionálnu konštrukciu schém napájania:

• štvordielna schéma hlavnej znižovacej rozvodne pri napätí 6-10 kV s transformátormi s delenými sekundárnymi vinutiami a s dvojitými reaktormi pre oddelené napájanie „tichého“ a špecifického zaťaženia,

• prechod transformátorov hlavnej znižovacej rozvodne (GPP) do paralelnej prevádzky zapnutím sekčného spínača 6-10 kV, keď sú prípustné skratové prúdy. Toto opatrenie možno použiť aj dočasne, napríklad počas štartovania veľkých motorov,

• realizácia svetelnej záťaže v elektrických sieťach predajne oddelene od náhleho striedavého napájania (napríklad zo zváracích zariadení).