Регулирование напряжения в электрических сетях реферат

Обновлено: 07.07.2024

Регулирование напряжения в электрических сетях сложно осуществлять, изменяя:
а) напряжение генераторов электростанций;
б) коэффициент трансформации трансформаторов и автотрансформаторов;
в) параметры питающей сети;

Работа состоит из 1 файл

Способы и средства регулирования напряжения в электрических сетях.doc

Способы и средства регулирования напряжения в электрических сетях.

Способы и средства регулирования напряжения в электрических сетях

Регулирование напряжения в электрических сетях сложно осуществлять, изменяя:

а) напряжение генераторов электростанций;

б) коэффициент трансформации трансформаторов и автотрансформаторов;

в) параметры питающей сети;

г) величину реактивной мощности, протекающей по сети. Применением перечисленных способов обеспечивается централизованное регулирование напряжения, однако последние три из них могут быть применены и для местного регулирования.

Рассмотрим, подробнее способы регулирования напряжения, применяемые в электрических сетях.

Регулирование напряжений в сетях генераторами эл. станций.

Генераторы электростанций энергетических систем работают на общую электрическую сеть и поэтому режим их работы подчинен общим требованиям, предъявляемым к электрическим системам. Так, например, исходя из условия обеспечения расчетного уровня напряжения в узловых точках электрических сетей, электростанциям наряду с заданием по выработке активной мощности задаются также графики генерации реактивной мощности: максимальной — в утренний и вечерний максимумы активной нагрузки и минимальной—в ночное время.

Генераторы, работающие в блоках с повышающими трансформаторами, не имеют непосредственной связи с распределительными сетями генераторного напряжения, а нагрузка собственных нужд, как правило, питается через трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой. Поэтому широкое изменение генерации реактивной мощности ими и связанное с этим значительное изменение напряжения на зажимах генераторов не вызывают особых затруднений. Обычно на блочных генераторах используют полный возможный предел изменения напряжения в соответствии с ПТЭ:от —5% до +10% U_Н.

На генераторах, работающих на шины генераторного напряжения с присоединенной к ним распределительной сетью, напряжение регулируется в меньших пределах, так как глубокое изменение напряжения оказалось бы неприемлемым для потребителей. При регулировании реактивной мощности на этих генераторах по заданному графику нагрузки системы уровень напряжения на шинах, необходимый для нормальной работы потребителей, достигается изменением коэффициента трансформации трансформаторов с РПН, связывающих генераторы с сетью ВН.

В тех случаях, когда трансформаторы связи генераторов с сетью ВН не имеют РПН, регулирование напряжения на шинах генераторного напряжения производится изменением возбуждения генераторов, с одновременным (автоматическим) изменением их реактивной мощности. Регулирование — встречное и осуществляется по суточному графику напряжения, задаваемому диспетчером электрических сетей.

Регулирование напряжения изменением коэффициента трансформации трансформаторов, изменением параметров сети, изменением величины реактивной мощности.

Рис. 10-1. Схема регулирования напряжения трансформатора с РПН (для одной фазы)

Городские и сельские распределительные сети напряжением б—10 кВ, как правило, оборудованы трансформаторами небольшой мощности (до 400—630 кВ А), у которых коэффициент трансформации в пределах ±5% изменяется переключением ответвлений обмотки ВН при отключенном от сети трансформаторе, т. е. без возбуждения трансформатора (ПБВ). Поэтому коэффициент трансформации этих трансформаторов изменяют только либо при изменении схемы электроснабжения, либо при переходе от сезонных максимальных нагрузок к минимальным и наоборот, т. е. осуществляется сезонное регулирование. Суточное регулирование напряжения в этих сетях возлагается на ЦП. Надлежащий коэффициент трансформации на длительный сезонный период выбирают, исходя из уровня напряжения на шинах ЦП и потери напряжения в распределительной сети.

Для обеспечения централизованного суточного регулирования напряжения на подстанциях, питающих распределительные сети, устанавливают трансформаторы с РПН, переключение ответвлений у которых производится без перерыва электроснабжения потребителей. Трансформаторы снабжаются аппаратурой автоматического регулирования — регуляторами напряжения, которые входят в комплектную поставку.

Встроенные регулировочные устройства в трансформаторах напряжением 35—330 кВ размещаются в нейтрали обмоток ВН. Диапазон регулирования напряжения ± 12% или ±16% номинального напряжения, ступенями по 1,5 или 1,78%. Трехобмоточные трансформаторы 110 и 220 кВ изготовляются с РПН только на обмотке ВН, а обмотка СН имеет ответвления для изменения коэффициента трансформации ±2 - 2,5%, переключаемые без возбуждения трансформатора (ПБВ

В качестве примера на рис. 10-1 приведена схема регулирования напряжения для трансформатора 110 кВ с диапазоном регулирования ±16% номинального напряжения.

Обмотка ВН трансформатора состоит из нерегулируемой части обмотки Аb, ступени грубой регулировки bс и регулировочной обмотки de из 9 ступеней. Каждая ступень регулировочной обмотки содержит 1,78% витков общего числа витков обмотки Ас. Ступень грубого регулирования по числу витков равноценна регулировочной обмотке

В положении, изображенном на схеме (рис. 10-1), трансформатор работает на втором ответвлении, т е. с высоким коэффициентом трансформации: кроме нерегулируемой части обмотки, включены ступень грубой регулировки и 8 ступеней регулировочной обмотки. Избиратель нечетных ступеней находится в положении 1, током не обтекается и готов к переходу на новую ступень. При получении команды снизить коэффициент трансформации (движение избирателей по стрелкам) избиратель начинает переход со ступени 1 на ступень 3. Одновременно контактор получает импульс на подготовку к переключению с К₂ на К₁, аккумулируя энергию в пружине. После перехода избирателя в положение 3 пружина почти мгновенно (?0,15 с) перебрасывает контактор с К₂ на К₁. Ток нагрузки в процессе переключения контактора проходит через активное сопротивление R₂, а витки 2—3 регулируемой обмотки замыкаются через R₂ + R₁.

В новом положении избиратель четных ступеней без тока и готов к переходу на другую ступень, а контактор к переходу на К₂.

При дальнейшем снижении коэффициента трансформации процесс протекает аналогично описанному, пока избиратели не достигнут положений 9 и 10. В этом состоянии трансформатор будет работать с основным коэффициентом трансформации (т.е. на ответвлении ± 0%). Затем в процессе дальнейшего снижения коэффициента трансформации избиратель нечетных ступеней с 9 перейдет в положение 1, контактор в положение К₁, а переключатель замкнет контакты 11—12. Ступень грубого регулирования из работы будет исключена, а вся регулировочная обмотка de будет подключена непосредственно к нерегулируемой части Аb. После этого следует новое прохождение каждого избирателя в означенном на рисунке направлении до полного исключения из работы витков регулировочной обмотки (ответвление —16%).

При увеличении коэффициента трансформации переключения будут идти в обратном порядке.

Трехобмоточные автотрансформаторы 220—330 кВ выпускаются со встроенными устройствами РПН для регулирования напряжения на стороне СН в линии. Диапазон регулирования ±12% ступенями не более 2% U_Н.

На рис. 10-2 приведена схема регулирования для одной фазы трехфазного автотрансформатора 330/110 кВ.

Переключение ответвлений происходит в следующем порядке. При переходе со ступени а на ступень b сначала размыкается рабочий контакт 1, затем вспомогательный контакт 2 (ток нагрузки протекает через левое сопротивление R), далее замыкается дугогасительный контакт 3?, образуя мост (уравнительный ток протекает через оба сопротивления R и R'), и вслед за этим размыкается дугогасительный контакт 3, переводя ток нагрузки на правое плечо; после замыкаются последовательно контакты 2' и /', чем и создается новое рабочее положение. Переход с ответвления b на ответвление а происходит в аналогичном порядке.

Рис. 10-2. Схемы регулирования напряжения автотрансформаторов 220— 330/110 кВ
ПА —переключатель ответвлений с активными сопротивлениями R, R'; И₁, И₂ — избиратели ступеней.

Изменение коэффициента трансформации между ВН и СН переключением ответвлений в линии СН не изменяет соотношения напряжений между обмотками ВН и НН. Поэтому автотрансформаторы такой конструкции имеют большие эксплуатационные преимущества перед автотрансформаторами с регулированием напряжения в нейтрали общей обмотки. В последнем случае, как известно, при переключении ответвлений происходит одновременное изменение числа витков обмоток ВН и СН, что приводит к изменению соотношения напряжений между обмотками ВН и НН: при увеличении напряжения на обмотке СН напряжение на обмотке НН уменьшается и, наоборот, при снижении напряжения обмотки СН напряжение обмотки НН увеличивается. Это приводит к невозможности присоединения нагрузки к обмотке НН без установки последовательно с ней линейного регулировочного автотрансформатора даже при совпадении графиков нагрузок на обмотках СН и НН.

Линейные регулировочные автотрансформаторы мощностью 16—100 MB -А напряжением 6—35 кВ, а также 63—125 MB-A 110 кВ предназначаются для установки последовательно с нерегулируемыми обмотками трансформаторов, а также непосредственно в линиях электропередачи.

На рис. 10-3 дана схема одной фазы линейного трехфазного регулировочного автотрансформатора 10—35 кВ типа ЛТДН с реверсированием регулировочной обмотки. Диапазон регулирования линейных автотрансформаторов ±15% U_Н.

От регулировочной автотрансформаторной обмотки AT через Избиратели ступеней И₁ и И₂ питается обмотка возбуждения В последовательного трансформатора ПТр. В последовательной обмотке этого трансформатора, включенной в рассечку линии, наводится добавочная э д с , величина которой зависит от положения избирателей на регулировочной обмотке, а направление —от положения переключателя ее реверсирования ПР.

В положении, данном на рис. 10-3, отрегулированное напряжение выше подведенного. Ток, питающий обмотку возбуждения последовательного трансформатора, проходит через ветви реактора Р в противоположных направлениях, вследствие чего результирующий магнитный потока реакторе очень мал и его сопротивление незначительно.

Рис. 10-3. Схема одной фазы линейного регулировочного автотрансформатора типа ЛТДН

При снижении напряжения в линии контактор К₁ кратковременно прерывает цепь избирателя И₁ и последний переходит на одну ступень в направлении контакта 9. Вслед за этим аналогично происходит переход избирателя И₂ на тот же контакт. В процессе перехода избирателей обмотка возбуждения питается через одну ветвь реактора Р, а витки между соседними ступенями регулировочной обмотки замыкаются через последовательно включенные обе ветви реактора Р.

После достижения последней ступени 9 (что соответствует регулированию ± 0% U_Н) переключатель реверса ПР переходит в положение 3, а избиратели, вращаясь по кругу, в положение 1. Направление э. д. с. в последовательной обмотке изменится на обратное, и процесс дальнейшего снижения напряжения будет протекать, как описано выше, с переходом избирателей от контакта 1 к контакту 9.

Л₁ — линия регулируемого напряжения, Л₂ — линия отрегулированного напряжения

Повышение напряжения в линии идет обратным порядком.

Установка линейных регулировочных автотрансформаторов (РТ) 35—110 кВ непосредственно в линиях передачи позволяет обеспечить дополнительно к местному централизованное регулирование напряжения для групп потребителей, присоединенных к этим линиям. Установка РТ целесообразна в начале линий, так как в этих случаях будет обеспечена передача энергии при более высоком уровне напряжения.

Регулирование напряжения в сетях изменением параметров сети.

В некоторых пределах напряжение можно регулировать, изменяя сопротивление питающей сети. Так, если питающая сеть или ее участок состоит из нескольких параллельных линий, то, отключая в часы минимальных нагрузок одну из таких линий, можно увеличить потерю напряжения в питающей сети и тем понизить напряжение у потребителя.

Снижения реактивного сопротивления цепи и, следовательно, увеличения напряжения при максимальных нагрузках можно добиться, применяя продольную компенсацию индуктивности линии.

Напряжение на приемном конце звена линии при наличии продольной компенсации с сопротивлением Хс выражается формулой:

Из формулы видно, что изменением величины Хс (например, шунтированием конденсаторов при сниженных нагрузках) можно осуществлять ступенчатое регулирование напряжения сети.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………. 3
1. ВЕЛИЧИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ, ПАРАМЕТРЫ СЕТИ И ХАРАКТЕР НАГРУЗКИ ПОТРЕБИТЕЛЯ……………………………………………………. 5
2. ПОДХОД К ВОПРОСУ УЛУЧШЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИИ…………………………………………………………………. 11
3. СПОСОБЫ И СРЕДСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ……………. 15
4. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРАМИ, СНАБЖЁННЫМИ УСТРОЙСТВОМ РПН…………………………………….. 16
5. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ СИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ И КОНДЕНСАТОРАМИ РЕГУЛИРУЕМОЙ МОЩНОСТИ………………………………………………. 18
6. ВОЛЬТОДОБАВОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В СЕТЯХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ………………………………………………………. 21
7. СРЕДСТВА И СПОСОБЫ СТУПЕНЧАТОГО ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ…………………………………………………………………. 23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………. 27
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………

Работа содержит 1 файл

Способы регулирования напряжения в электрических сетях.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………… ……………….		3
1.	ВЕЛИЧИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ, ПАРАМЕТРЫ СЕТИ И ХАРАКТЕР НАГРУЗКИ ПОТРЕБИТЕЛЯ………………………………………………… ….	5
2.	ПОДХОД К ВОПРОСУ УЛУЧШЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИИ………………………………………………… ……………….	11
3.	СПОСОБЫ И СРЕДСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ…………….	15
4.	РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРАМИ, СНАБЖЁННЫМИ УСТРОЙСТВОМ РПН……………………………………. .	16
5.	РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ СИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ И КОНДЕНСАТОРАМИ РЕГУЛИРУЕМОЙ МОЩНОСТИ……………………………………………….	18
6.	ВОЛЬТОДОБАВОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В СЕТЯХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ……………………………… ……………………….	21
7.	СРЕДСТВА И СПОСОБЫ СТУПЕНЧАТОГО ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ…………………………………………………… …………….	23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………… ………………….		27
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………………….		28

ВЕЛИЧИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ, ПАРАМЕТРЫ СЕТИ И ХАРАКТЕР НАГРУЗКИ ПОТРЕБИТЕЛЯ

Номинальным напряжением приёмников электрической энергии (электродвигателей, ламп, трансформаторов) называется напряжение, при котором они предназначены для нормальной работы. Каждая электрическая сеть характеризуется номинальным напряжением приёмников электрической энергии, в том числе и трансформаторов, которые от неё питаются. Отличие действительного напряжения на выводах приёмника электрической энергии от номинального напряжения является одним из основных показателей качества электрической энергии. Напряжение у потребителя (подстанция завода, трансформаторный пункт цеха) или у отдельного приёмника (электродвигатель, лампа накаливания) никогда не остаётся постоянным в течение суток. В процессе нормальной эксплуатации электрической сети наблюдаются плавные, закономерные отклонения напряжения от среднего уровня или резкие кратковременные колебания напряжения, вызванные внезапным изменением режимов работы приёмников. Поддержать напряжение у потребителя неизменным и равным номинальному практически невозможно. Исходя из характеристик отдельных приёмников, ГОСТ 13109-67 устанавливает пределы допустимых отклонений напряжения, которые удобно выражать в процентах от номинального напряжения (ϭU), пользуясь формулой

Очевидно, что отклонение напряжения положительно, когда напряжение у приёмника U_П выше номинального U_н и отрицательно- в противоположном случае. Ответить на вопрос, какое из отклонений, положительное или отрицательное, лучше, в ряде случаев весьма трудно. Для этого каждый приёмник рассматривают с точки зрения его назначения, места установки и режима работы, т.к. совсем не безразлично, применена ли лампа накаливания в светильнике наружного (уличного) освещения или над рабочим местом в цехе. Во всех случаях следует руководствоваться нормами предельно допустимых отклонений напряжения у приёмников, установленными ГОСТ 13109-67.

Предельно допустимые отклонения напряжения на зажимах у приёмников (ϭU_ДОП)

Примечание. В послеаварийных режимах допускается дополнительное отклонение напряжения на –5,0 %.

Из табл. 1 видно, для одних и тех же приёмников, например ламп накаливания, в условиях жилых помещений можно допустить отклонения в пределах ±5%, т.к. это практически не отразится на жителях, в то время как снижение напряжения больше чем на 2,5% у ламп рабочего освещения недопустимо из-за возможного брака. При снижении напряжения на 5% номинального световой поток лампы накаливания снижается до 82,5%, а люминесцентные лампы перестают работать устойчиво. При повышении напряжения, например, на 5% срок службы лампы снижается до 350 ч. вместо нормальных 1000 ч. Мощность нагревательных приборов, вращающий момент асинхронных двигателей и мощность конденсаторов изменяются пропорционально квадрату, т.е. второй степени напряжения. Поэтому даже незначительные изменения напряжения резко ухудшают основные характеристики этих приёмников.

Параметры электрической сети включают в себя параметры линейных элементов, т.е. активные и реактивные (индуктивные) сопротивления проводов и кабелей, и те же параметры трансформаторов. При решении вопросов, связанных с регулированием напряжения сети, составляется расчётная схема замещения, в простейшем случае представляющая собой последовательное соединение всех активных и индуктивных сопротивлений. Для превращения схемы сети в схему замещения необходимо определить параметры линейных элементов, для чего необходимо знать протяжённость линий, марку и сечение проводов или кабелей, а также расстояние между проводами. К параметрам линейных элементов сети, оказывающим влияние на величину напряжения у приёмников, относятся величины: r₀ – активное сопротивление на каждый км. в омах и x₀ – индуктивное (реактивное) сопротивление на каждый км. линии в омах. Индуктивное сопротивление x₀ для трёхфазной линии тем больше, чем больше расстояние между проводами. Это объясняется тем, что соседние провода своим магнитным потоком уменьшают э. д. с. самоиндукции в проводах и тем большей степени, чем они ближе друг к другу. Для кабельных линий или проводов, расположенных в одной трубе, расстояние между отдельными жилами незначительно и поэтому x₀ близко к 0,08 ом/км. В линиях постоянного тока индуктивное сопротивление отсутствует, т.к. там нет переменного магнитного поля. Для заводских сетей, проложенных на изоляторах или роликах, при расстояниях между проводами 50 – 150 мм. индуктивное сопротивление составляет примерно 0,3 ом/км, а для воздушных сетей близко к 0,4 ом/км. Сопротивления линии могут быть легко получены по формулам:

где l – протяжённость линии, км.

В заводских сетях схема замещения силового трансформатора, связывающего сеть высокого и низкого напряжений, принимается состоящей только из последовательно соединённых активного R_т и индуктивного X_т сопротивлений.

Распределительная сеть высокого напряжения (ВН) через трансформаторы связана с сетью низкого напряжения (НН). Параметры сети ВН, НН и самого трансформатора можно только тогда связывать электрической схемой замещения, когда все они предварительно будут рассчитаны или, как говорят, приведены к одному напряжению, принятому за базисное. После приведения сопротивлений к одному напряжению сеть, имеющую одну ступень трансформации, можно рассматривать как сеть одного базисного напряжения. Схема замещения для сети с одной ступенью трансформации изображена на рис. 1.

Рис. 1. Схема замещения для трансформатора и участков сети двух различных напряжений.

Приёмники электрической энергии могут быть разделены на две группы. К первой из них следует отнести приёмники, в которых электрическая энергия целиком переходит в тепло, например лампы накаливания, дуговые печи, нагревательные приборы обычного типа. Ко второй группе относятся приёмники, действие которых невозможно без наличия переменного магнитного поля. К ним относятся все электродвигатели переменного тока, индукционные печи, трансформаторы и т.д. В этих приёмниках энергия в течение четверти периода накапливается в магнитном поле, в течение следующей четверти уходит из магнитного поля обратно к источнику. Эти чередующиеся перемещения энергии в линии вызывают протекание по линии дополнительного тока, называемого намагничивающим или реактивным I_р. Ток этот отстаёт по времени от напряжения на четверть периода (0,005 сек). Для пояснения процессов, происходящих в цепях переменного тока, принято пользоваться тригонометрическими соотношениями между сторонами прямоугольного треугольника ОАВ (рис. 2).

Обеспечение качественного электроснабжения. Напряжение генераторов электростанций. Коэффициент трансформации силовых трансформаторов. Параметры питающей сети, величина реактивной мощности, передаваемой по ней. Блочные генераторы энергетических систем.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	доклад
Язык	русский
Дата добавления	11.10.2014
Размер файла	23,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Анализ способов регулирования напряжения в электрических сетях

Электроприемники (ЭП) спроектированы при условии подведения к ним номинального (паспортного) напряжения U_н. Потребители снабжаются электроэнергией по радиальным схемам от районных электрических подстанций, питаемых от мощных энергосистем, но уровни напряжения в системах электроснабжения часто отличаются от номинальных значений.

Цель работы: анализ способов регулирования напряжения в электрических сетях.

Для обеспечения качественного электроснабжения [1] используется регулирование напряжения, которое является одной из наиболее сложных задач, решаемых в процессе проектирования и эксплуатации систем электроснабжения. Например, регулирование напряжения можно осуществлять, изменяя: напряжение генераторов электростанций, коэффициент трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов, параметры питающей сети, величину реактивной мощности, передаваемой по сети. Анализ показал, что применение перечисленных способов обеспечивает централизованное регулирование напряжения, а последние три из них могут быть применены и для местного регулирования.

Встречное регулирование напряжения генераторов осуществляется автоматическим регулированием тока возбуждения, в результате отклонение напряжения (U) генераторов электростанций, работающих на шины генераторного напряжения с присоединенной к ним распределительной сетью, должно составлять 5% [2].

В соответствии с ПТЭ [3] на блочных генераторах энергетических систем, работающих в блоках с повышающими трансформаторами с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) и не имеющих непосредственной связи с распределительными сетями, возможный предел изменения напряжения составляет 5% до +10% от U_Н. При регулировании реактивной мощности по заданным графикам активной и реактивной нагрузки на шинах блочных генераторов устанавливается уровень напряжения, необходимый для нормальной работы потребителей, путем изменения коэффициента трансформации трансформаторов связи устройствами РПН. Более того, если трансформаторы связи не имеют устройств РПН, то регулирование напряжения на шинах генераторного напряжения электростанции производится изменением тока возбуждения генераторов.

Изменение коэффициента трансформации трансформаторов и автотрансформаторов (к_т) позволяет осуществлять централизованное суточное регулирование напряжения на подстанциях питающих и распределительных электросетей и у электроприемников системы электроснабжения предприятиями. Основным средством регулирования напряжения являются трансформаторы с устройствами РПН. Например, регулировочные ответвления таких трансформаторов располагаются на обмотке высшего напряжения, пределы регулирования равны 10--16% от U_н. РПН требует использования специальной автоматики для быстродействующего регулирования напряжения. Для регулирования напряжения при отключенной нагрузке (без нагрузки) силовых цеховых трансформаторов малой мощности используются переключатели типа ПБВ с пределами регулирования: +5; +2,5; 0; 2,5; 5.

Следовательно, изменение коэффициента трансформации трансформаторов создает определенный уровень напряжения у всех электроприемников. Однако существует опасность, что повышение напряжения до допустимого уровня у наиболее удаленных электроприемников приведет к повышенным уровням напряжения близко расположенной к регулируемым трансформаторам нагрузки. Кроме того, частые переключения РПН, и особенно ПБВ, нежелательны, т.к. требуют соответствующего обученного персонала и отключения потребителей от сети.

Изменение параметров питающей сети достигается отключением в часы максимальных нагрузок одной или нескольких линий, следовательно, увеличивается потеря напряжения и понижается напряжение у потребителя. Анализ показал, что при использовании продольной компенсации реактивной мощности уменьшается индуктивное сопротивление и потеря напряжения в линии, увеличивается пропускная способность линии.

Величину реактивной мощности, передаваемой по сети, изменяют с помощью конденсаторных батарей поперечного включения, синхронных двигателей с автоматическим регулированием тока возбуждения, статических источников реактивной мощности, генераторов местных электростанций промышленных предприятий.

Для обеспечения качества напряжения на зажимах электроприемников необходимо проводить мероприятия по регулированию напряжения. Исследования показали, что глубокое изменение напряжения неприемлемо для потребителей, работающих на общую электрическую сеть.

электроснабжение генератор мощность трансформатор

Подобные документы

Расчет электрических нагрузок предприятия. Определение центра электрических нагрузок. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов. Выбор рационального напряжения внешнего электроснабжения. Компенсация реактивной мощности в сетях общего назначения.

курсовая работа [255,8 K], добавлен 12.11.2013

Потребление активной и баланс реактивной мощности в проектируемой сети. Конфигурация, номинальное напряжение, схема электрических соединений, параметры электрооборудования сети. Выбор трансформаторов, методы регулирования напряжения у потребителей.

курсовая работа [2,1 M], добавлен 29.12.2015

Систематизация и расчет силовых электрических нагрузок. Обоснование принимаемого напряжения питающей сети. Выбор числа и мощности трансформаторов цеховой подстанции. Потери мощности и энергии в трансформаторе. Выбор конструктивного исполнения сети.

курсовая работа [55,4 K], добавлен 14.07.2013

Обеспечение потребителей активной и реактивной мощности. Размещение компенсирующих устройств в электрической сети. Формирование вариантов схемы сети. Выбор номинального напряжения, числа трансформаторов. Проверка по нагреву и допустимой потере напряжения.

курсовая работа [1,6 M], добавлен 15.09.2014

Выбор напряжения питающей линии предприятия, схема внешнего электроснабжения и приемной подстанции; определение мощностей трансформаторов по суточному графику нагрузки, проверка их работы с перегрузкой. Расчет экономического режима работы трансформатора.

курсовая работа [1,2 M], добавлен 26.12.2010

Проектирование электроснабжения сборочного цеха. Схема цеховой сети и расчет электрических нагрузок. Компенсация реактивной мощности и выбор мощности цеховых трансформаторов. Установка силовых распределительных пунктов. Подбор сечения проводов и кабелей.

курсовая работа [1,5 M], добавлен 05.09.2010

Этапы и методы проектирования районной электрической сети. Анализ нагрузок, выбор оптимального напряжения сети, типа и мощности силовых трансформаторов. Электрический расчёт варианта сети при максимальных нагрузках. Способы регулирования напряжения.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Регулирование напряжения в электрических сетях

Voltage regulation in electrical networks

Аннотация. В статье рассматриваются вопросы регулирования напряжения в электрических сетях. Данная проблема сейчас занимает важное место в комплексе вопросов технической эксплуатации энергосистем и сетей потребителей. Многочисленные исследования подтверждают, что поддержание напряжения на уровне номинального или в пределах допустимых отклонений его от номинального имеет большое значение. При некачественном чрезмерно высоком напряжении потребители и энергосистемы несут прямые убытки и порчи продукции, недоиспользовании мощностей, замедления технологического процесса, преждевременного износа изоляции и потерь энергии. Учет экономических факторов особенно важен в условиях экономического стимулирования труда и автоматизации технологических процессов.

Annotation. The article discusses the issues of voltage regulation in electrical networks. This problem now occupies an important place in the complex of issues of technical operation of power systems and consumer networks. Numerous studies confirm that maintaining the voltage at the nominal level or within its permissible deviations from the nominal is of great importance. With low-quality excessively high voltage, consumers and energy systems incur direct losses and damage to products, underutilization of capacities, slowdown of the technological process, premature wear of insulation and energy losses. Taking into account economic factors is especially important in conditions of economic stimulation of labor and automation of technological processes. The article discusses the issues of voltage regulation in electrical networks. This problem now occupies an important place in the complex of issues of technical operation of power systems and consumer networks. Numerous studies confirm that maintaining the voltage at the nominal level or within its permissible deviations from the nominal is of great importance. With low-quality excessively high voltage, consumers and energy systems incur direct losses and damage to products, underutilization of capacities, slowdown of the technological process, premature wear of insulation and energy losses. Taking into account economic factors is especially important in conditions of economic stimulation of labor and automation of technological processes.

Ключевые слова: регулирование напряжения, регуляторы, силовые трансформаторы, способы регулирования, коэффициент трансформации.

Keywords: voltage regulation, regulators, power transformers, regulation methods, transformation ratio.

Перечень сокращений: РПН – устройство регулирования под напряжением; ВН и НН – Обмотка высокого и низкого напряжения; АВР - автоматический ввод резерва; ПБВ – переключатель без возбуждения

Номинальным напряжением U н источников и приемников электроэнергии (генераторов, трансформаторов) называется такое напряжение, на которое они рассчитаны в условиях нормальной работы. Каждая электрическая сеть характеризуется номинальным напряжением приемником электрической энергии, в том числе и трансформаторов, которые от нее питаются [1].

Качество электроэнергии характеризуется качеством частоты напряжения переменного тока и качеством напряжения. Для оценки качества частоты установлен один показатель -отклонение частоты, под которым понимают медленные плавные изменения частоты (менее одного процента в секунду, относительно ее номинального значения.

К одному из важнейших средств управления и регулирования, оказывающие влияние на режимы, относятся устройства РПН трансформаторов [2].

Сущность регулирования напряжения с помощью трансформаторов заключается в том, что при необходимости изменения напряжения на вторичной стороне трансформатора изменяют его коэффициент трансформации. С этой целью на всех трансформаторах выполняют специальные ответвления, каждое из которых соответствует определенному числу витков обмотки и, следовательно, определенному коэффициенту трансформации [5].

Таким образом, каждому ответвлению трансформатора соответствует свое номинальное напряжение обмотки. Переводя переключатель ответвлений из одного положения в другое, т. е. изменяя л, можно изменять номинальное напряжение обмотки B Н, что приведет к регулированию напряжения U н на шинах НН.

Так же часто используется метод регулирование напряжения изменением потоков реактивной мощности.

Сущность регулирования напряжения за счет воздействия на потоки реактивной мощности по элементам электрической сети заключается в том, что при изменении реактивной мощности изменяются потери напряжения в реактивных сопротивлениях.

В отличие от активной мощности, реактивную мощность в узлах сети можно изменять путем установки в них устройств поперечной компенсации, т. е. компенсирующих устройств (КУ), подключенных параллельно нагрузке. В качестве таких компенсирующих реактивную мощность устройств могут служить батареи конденсаторов, синхронные компенсаторы, шунтирующие и управляемые реакторы, статические тиристорные компенсаторы [3].

Зачастую регулирующие возможности трансформаторов, снабжённых дорогостоящим регулятором напряжения, не используется совсем или используется недостаточно. Для таких потребителей нет необходимости проектировать устройства регулирования напряжения, т. к. достаточно прибегнуть к средствам ступенчатого изменения напряжения 6:

а) отключение одного из двух параллельно работающих трансформаторов в режиме минимальной нагрузки. При этой операции происходит увеличение вдвое сопротивление звена трансформатора и напряжение на стороне нагрузки несколько снижается;

В общем, операцию по отключению параллельно работающих трансформаторов с целью ступенчатого изменения напряжения можно признать малоэффективной. Отключение мало загруженных трансформаторов в случае наличия нескольких параллельно работающих трансформаторов влечёт за собой некоторое снижение требований бесперебойности электроснабжения, т. к. в случае аварии с оставшимся трансформатором при отсутствии устройств для автоматического ввода резерва (АВР) неизбежен простой предприятия на время, необходимое для оперативных переключений. В сетях ВН, требующих известных мер безопасности, чрезмерное увеличение числа оперативных переключений также нежелательно;

б) отключение и включение параллельно работающих линий. Этот способ обладает тем же недостатком, что и операция с параллельно работающими трансформаторами, т. к. отсутствие устройств автоматического ввода резервной линии (АВР) ставит под угрозу бесперебойность электроснабжения. В некоторых случаях, когда потребитель имеет свою развитую сеть, можно произвести такое её оперативное переключение, при котором близко расположенные от питающей подстанции потребители (цеха) могут быть искусственно удалены созданием обходных цепей. Эту операцию можно рассматривать только как временную и крайнюю меру, т. к. обходные цепи вызывают дополнительную потерю энергии в сети, что экономически невыгодно;

в) выравнивание графика нагрузки предприятия. В ряде случаев величина напряжения на шинах данного потребителя зависит не только от режима работы системы, но и от режима работы данного предприятия и работы предприятий, питающихся от той же линии. Увеличить или уменьшить напряжение на шинах предприятия в некоторых случаях можно за счёт умело скоординированной нагрузки в течение суток. На ночную работу следует перевести большую часть энергоёмких потребителей или приёмников (насосные станции, компрессоры и др.). В том случае, когда от шин РТП системы питается несколько потребителей, можно по согласованию между технологами построить взаимно приемлемый график совместной работы предприятий, при котором напряжение в ночное время будет снижено, а в дневное время - повышено.

Силовые трансформаторы напряжением 6 кВ и выше и мощностью 25 кВ выпускаются в двух модификациях, со встроенным устройством РПН или ПБВ (переключатель без возбуждения). Переключатели ПБВ долгое время устанавливались на большинстве маломощных трансформаторов и поэтому чрезвычайно распространены. Переключатели этого типа позволяют изменением положения рукоятки устанавливать три или пять коэффициентов трансформации с диапазоном регулирования ±5 %. При изменении напряжения со стороны питания можно, используя переключатель ПБВ и устанавливая соответствующий коэффициент трансформации, сохранить напряжение на стороне нагрузки неизменным. Очевидно, что при повышении напряжения следует увеличивать коэффициент трансформации, и наоборот. Т. к. цели, преследуемые изменением коэффициента трансформации, могут быть различными, то правомерно поставить вопрос о выборе наивыгоднейшего коэффициента трансформации. Операция по переключению коэффициента трансформации требует полного отключения трансформатора от сети и принятия специальных мер безопасности, поэтому не может производиться часто [1,2].

Наивыгоднейшим называется коэффициентом трансформации, при котором обеспечиваются наименьшие отклонения напряжения у приёмников или наиболее полно удовлетворяются другие поставленные требования [3].

Для регулирования напряжения в производственных условиях существует много способов и средств, часть из которых доступна и эффективна в энергосистемах, а часть наиболее приемлема для распределительных сетей потребителей. Очевидно то, что поддержание качества напряжения может быть осуществлено только на основе согласованных действий и взаимной ответственности за качество электрической энергии как энергосистемы, так и самого потребителя.

Список литературы

1. Веников, В.А. Электрические системы. Электрические сети: учебник для вузов /

В.А. Веников и др./под ред. В.Л. Веникова, В.А. Строева. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш, шк., 1998 -511 с.

2. Костин, В. II. Передача и распределение электроэнергии: учеб, пособие / В.Н. Костин, Е В. Распопов, Е.А. Родченко. - СПб.: Изд-во СЗТУ, 2003 - 147 с.

3. Герасименко, А.А. Передача и распределение электрической энергии: учеб, пособие /А.А. Герасименко, В.Т. Федин. - Ростов-н/Д.: Феникс, 2006. - 720 с.

4. Справочник по проектированию электрических сетей./ под редакцией Д.Л. Файбисо-вича. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2005 - 320 с.

6. Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ: 6 т./ §од ред. И.Т. Горюнова, А.А. Любимова - М.: Папирус Про, 2003. - Т.2 - 640 с.

Простейшие регуляторы U и I – потенциометры и реостаты! Но регулирование с их помощью неэкономично и существенно снижает КПД источника. Поэтому в технике электропитания применяются специальные регуляторы с повышенным КПД. В качестве регулятора со ступенчатым изменением напряжения на стороне переменного тока могут служить трансформаторы со многими отводами во вторичной обмотке или несколькими вторичными обмотками.

Существуют регуляторы на основе так называемых поворотных трансформаторов.

Используются угольные регуляторы. Весьма перспективными является использование схем управляемых выпрямительных устройств, действие которых основано на использовании в вентильном звене управляемых вентилей: тиратронов, ртутные колбы (игнитроны), тиристоры.

Достоинство: высокое значение КПД.

Задача стабилизации U и I решается с помощью специальных устройств стабилизации, которые по принципу действия делятся на:

Параметрические – основаны на принципе действия элементов с нелинейной ВАХ (газотроны, полупроводниковые стабилитроны, барреторы).

Газотроны – дроссели с насыщением магнитопровода.

Компенсационные – представляют собой устройства авторегулирования с обратной связью (ОС) и могут работать в линейном режиме:

- стабилизация с непрерывным регулированием, линейные и в импульсном режиме;

Весьма эффективными для регулирования U ИВЭП, как отмечалось, являются управляемые выпрямители.

Управляемые выпрямители (УВ)

Простейшим УВ является схема двухполупериодного управляемого выпрямителя.

Среднее значение U на выходе определяется площадью под пульсациями U на входе и с изменением угла регулирования может меняться.

Угол регулирования определяется задержкой импульсов относительно момента, соответствующего нулевым значениям (моменту пересечения с нулевым значением). Эта задержка может регулироваться в схеме управления.

; (1)

. (2)

- простота регулирования напряжения;

- малая мощность управления (т.к. необходим малый )

- возможность отделения и дистанционной установки УУ от силовой части, что улучшает безопасность работы и удобство эксплуатации.

- усложнение формы пульсации (расширение её спектра);

- повышенный коэффициент пульсации;

- значительное потребление реактивной мощности от ПИП, что снижает коэффициент мощности ().

Выпрямительное устройство на тиристорах, несмотря на недостатки, широко применяется.

Общие сведения о стабилизации I и U

пропорционально , который изменяется под действием многих дестабилизирующих факторов:

- изменение U ПИП (дестабилизирующий фактор по входу);

- изменение нагрузки, как следствие, изменение падения напряжения на внутреннем сопротивлении ИВЭП (дестабилизирующий фактор по выходу)

- изменение окружающей среды (температура) и изменение номиналов у различных элементов (старение эл-тов)

Т.е. , а приобретает еще и

- относительная нестабильность по напряжению;

(3)

Различные ИВЭП классифицируются по относительной нестабильности на:

1. - низкая стабильность;

2. - средняя стабильность;

3. - высокая стабильность;

4. - прецизионный источник.

Рассмотрим стабилизатор как промежуточное звено между выпрямителем и нагрузкой. Можно определить его характеристики по следующей схеме:

Стабилизатор должен подавить быстрые флуктуации и медленные уходы.

1. Кст u – коэффициент стабилизации по напряжению.

(4)

Эквивалентная схема стабилизатора:

2. - внутреннее сопротивление (характеризует стабильность работы нагрузки по выходу при действии дестабилизирующих факторов).

(5)

3. - коэффициент сглаживания пульсаций

(6)

4. - температурная нестабильность напряжения на выходе

(7)

или

5. - значение КПД.

(8)

Стабилизация может быть (по виду работы):

Параметрические стабилизаторы постоянного и переменного тока

В параметрических стабилизаторах повышение стабильности питающего U(I) достигается применением специально предназначенных для работы в таких условиях элементов с нелинейной ВАХ (газотроны, стабилитроны, дроссель, барреторы).

(единицы Ом) (9)

Для стабилитрона: схемы замещения выглядит следующим образом (рисунок 4)

Полупроводниковые параметрические стабилизаторы.

- гасящее R

(пренебрежимо)

Анализируя ранее рассмотренные характеристики можно определить внутреннее сопротивление стабилизатора по приведенной эквивалентной схеме.

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

Далее можно получить:

(16)

(17)

Из формулы следует, что для повышения , необходимо выбирать стабилитрон с как можно меньшим или увеличивать . Но с увеличением растет и падение напряжения на нём, что требует большего E.

Возможности получения больших в данной схеме ограничены.

Стабилитроны обладают достаточным быстродействием и при НЧ пульсациях входного напряжения работают с такой же эффективностью, как и при медленном изменении входного напряжения в рассмотренной схеме.

(18)

- малые ;

- невозможность уменьшить против значения ;

- сравнительно невысокая температурная нестабильность;

- малая достижимая мощность.

Но можно увеличить и изменить температурную зависимость путём:

1) в каскад соединяются несколько пар стабилитронов;

2) устанавливаются термокомпенсирующие элементы.

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

На практике для стабилизации напряжения применяют компенсационные стабилизаторы.

В случае, если надо стабилизировать ток, а не напряжение, может быть использован барретор.

С ростом температуры растёт Rt и падает ток Iн (возвращается к своему значению).

Технология направлена на повышение надёжности. Поскольку действие барретора основано на тепловом эффекте, то они могут применятся как на постоянном так и на переменном токе. Барретор находит применение для стабилизации накала в ламповых приборах.

В принципе для стабилизации U~ могут быть использованы полупроводниковые приборы по следующей схеме.

Данное устройство (рисунок 9) не может быть мощным.

Сравнительно мощные устройства стабилизации сроятся с использованием электромагнитных нелинейных элементов в виде дросселей с насыщающей индуктивности L.

Простой электромагнитный стабилизатор переменного напряжения.

- нелинейная индуктивность;

- линейная индуктивность.

(24)

- большое потребление реактивного тока I;

- малые значения коэффициента стабилизации;

- наличие начального тока I в схеме, выводящего её на рабочий участок

Этих недостатков лишены параметрические феррорезонансные стабилизаторы переменного напряжения.

1. Иванов-Цыганов А.И. Электротехнические устройства радиосистем: Учебник. - Изд. 3-е, перераб. и доп.-Мн: Высшая школа, 200

2. Алексеев О.В., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электрические устройства/Под ред. А.Я.Шихина: Учебник. – М.: Энергоиздат, 200– 336 с.

3. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Три Л, 2000. – 400 с.

4. Шустов М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и стабилизаторы. Кн. 2. – М.: Альтекс а, 2002. –191 с.

Читайте также: