Opatření a technické prostředky ke zlepšení kvality elektrické energie

Aby se odchylky a kolísání napětí udržely v normách vyhovujících hodnotách, je nutná regulace napětí.

Regulace napětí je proces změny napěťových úrovní v charakteristických bodech napájecí soustavy pomocí speciálních technických prostředků, který se provádí automaticky podle předem stanoveného zákona. Zákon o regulaci napětí v energetických centrech (CPU) určuje organizace zásobování energií, pokud možno s ohledem na zájmy většiny uživatelů připojených k tomuto CPU.

Pro zajištění potřebného napěťového režimu na svorkách přijímačů elektrické energie se používají následující způsoby regulace napětí: v autobusech elektráren a rozvoden (CPU), na odchozích vedeních, společné a doplňkové.

Při regulaci napětí na sběrnicích procesoru zajišťují tzv. protiproudovou regulaci.Protinapěťovou regulací se rozumí zvýšení napětí na 5 - 8 % jmenovitého při nejvyšší zátěži a pod napětím na jmenovité (nebo nižší) při nejnižší zátěži s rampou v závislosti na zátěži.

Regulace se provádí změnou transformačního poměru napájecího transformátoru… Pro tento účel jsou transformátory vybaveny prostředky pro regulaci napětí při zatížení (OLTC)… Transformátory s přepínači při zatížení umožňují regulaci napětí v rozsahu ± 10 až ± 16 % s rozlišením 1,25 — 2,5 %. Výkonové transformátory Zařízení 6 — 20 / 0,4 kV spínají ovládací zařízení odpínače (spínání bez buzení) s rozsahem ± 5 % a krokem nastavení ± 2,5 % (tabulka 1).

Tabulka 1. Přípustné hodnoty napětí pro transformátory 6-20 / 0,4 kV s jističem

Správná volba transformační faktor transformátor s jističem (například se sezónní regulací) poskytuje nejlepší možný napěťový režim při změně zátěže.

Účelnost použití jednoho nebo druhého způsobu regulace napětí je dána místními podmínkami v závislosti na délce sítě a jejím obvodu, rezervě jalového výkonu atd.

Indikátor odchylky napětí závisí na ztrátě napětí v síti, závisí na odporu sítě a zátěži.V praxi je změna odporu sítě spojena se změnou napětí v ní při volbě průřezů vodičů a žil kabelů s přihlédnutím k odchylkám napětí přijímačů elektrické energie (podle dovolené ztráty napětí), jakož i při použití sériového zapojení kondenzátorů ve venkovních vedeních (instalace podélné kompenzace — UPK).

Kondenzátory zapojené do série kompenzují část indukčního odporu vedení, čímž snižují jalovou složku ve vedení a v závislosti na zátěži vytvářejí určité dodatečné napětí v síti.

Sériové zapojení kondenzátorů se doporučuje pouze pro významný jalový výkon zátěže (tgφ > 0,75-1,0). Pokud se jalový účiník blíží nule, ztráta síťového napětí jsou určeny především činným odporem a činným výkonem. V těchto případech je induktivní kompenzace odporu nepraktická.

Použití UPC je velmi efektivní v případě prudkých výkyvů zátěže, protože regulační účinek kondenzátorů (hodnota přidaného napětí) je úměrný zátěžovému proudu a mění se automaticky prakticky bez setrvačnosti. V nadzemních vedeních o napětí 35 kV a nižším by proto mělo být použito sériové zapojení kondenzátorů, které napájí náhle střídavé zátěže s relativně nízkým účiníkem. Používají se také v průmyslových sítích s prudce kolísajícím zatížením.

Kromě výše diskutovaných opatření ke snížení odporu sítě vedou opatření ke změně zatížení sítě, zejména jalového, ke snížení napěťových ztrát, a tedy ke zvýšení koncového napětí. Toho lze dosáhnout aplikací laterálních kompenzačních instalací (propojení kondenzátorových baterií paralelně se zátěží) a vysokorychlostních zdrojů jalového výkonu (RPS), přičemž se vytvoří skutečný harmonogram změn jalového výkonu.

Pro zlepšení režimu síťového napětí, snížení odchylek a kolísání napětí je možné použít výkonné synchronní motory s automatickou regulací buzení.

Vylepšit takové indikátory kvality napájení doporučuje se připojit elektrické přijímače, které zkreslují CE v bodech systému s nejvyššími hodnotami zkratového výkonu. A použití prostředků pro omezení zkratových proudů v sítích obsahujících specifické zátěže by mělo být prováděno pouze v mezích nezbytných pro zajištění spolehlivého provozu spínacích zařízení a elektrických zařízení.

Hlavní způsoby snížení vlivu nesinusového napětí. Z technických prostředků se používají: filtrační zařízení: spínání paralelně se zátěží úzkopásmových rezonančních filtrů, filtr-kompenzační zařízení (FCD), filtrační vyvažovací zařízení (FSU), IRM obsahující FCD, speciální zařízení vyznačující se nízkou úrovní generace vyšších harmonických, „nenasycené“ transformátory, vícefázové měniče se zlepšenými energetickými charakteristikami.

Na Obr.1 je znázorněno schéma příčného (paralelního) pasivního filtru s vyššími harmonickými. Zapojení filtru je obvod indukčnosti a kapacity zapojený do série, naladěný na frekvenci konkrétní harmonické.

Rýže. 1. Schématická schémata filtrů s vyššími harmonickými: a — pasivní, b — aktivní filtr (AF) jako zdroj napětí, c — AF jako zdroj proudu, VP — ventilový převodník, F5, F7 — resp. 7. harmonická, tis — napětí sítě, tiAF — napětí AF, tin — napětí zátěže, Azc — proud sítě, AzAf — proud generovaný AF, Azn — proud zátěže

Odpor připojení filtru proti vyšším harmonickým proudům Xfp = XLn-NS° C/n, kde XL, Xc jsou odpory tlumivky a kondenzátorové baterie vůči proudu výkonové frekvence, n — číslo harmonické složky.

Jak se frekvence zvyšuje, indukčnost tlumivky úměrně roste a kondenzátorová baterie klesá nepřímo s harmonickým číslem. Při frekvenci jedné z harmonických se indukční odpor reaktoru rovná kapacitě kondenzátorové baterie a napěťová rezonance... V tomto případě je odpor připojení filtru proti rezonančnímu frekvenčnímu proudu nulový a na této frekvenci ovládá elektrický systém. Harmonické číslo yar rezonanční frekvence se vypočítá podle vzorce

Ideální filtr kompletně filtruje harmonické proudy na frekvence, na které jsou naladěny jeho spoje.V praxi však přítomnost aktivních odporů na tlumivkách a bateriích kondenzátorů a nepřesné vyladění zapojení filtrů vede k neúplnému filtrování harmonických.Paralelní filtr je řada sekcí, z nichž každá je naladěna tak, aby rezonovala pro určitou harmonickou frekvenci.

Počet odkazů ve filtru může být libovolný. V praxi se obvykle používají filtry složené ze dvou nebo čtyř sekcí laděných na frekvence 5., 7., 11., 13., 23. a 25. harmonické. Příčné filtry se zapojují jak v místech výskytu vyšších harmonických, tak v místech jejich zesílení. Výhybkový filtr je jak zdrojem jalového výkonu, tak prostředkem pro kompenzaci jalového zatížení.

Parametry filtru jsou voleny tak, že spoje jsou laděny rezonančně s frekvencemi filtrovaných harmonických a jejich kapacita umožňuje generovat potřebný jalový výkon na průmyslové frekvenci. V některých případech je paralelně s filtrem zapojena kondenzátorová banka pro kompenzaci jalového výkonu. Takové zařízení se nazývá kompenzační filtr (PKU)... Filtrační kompenzační zařízení plní jak funkci filtrace harmonických, tak funkci kompenzace jalového výkonu.

V současné době používají kromě pasivních úzkopásmových filtrů i aktivní filtry (AF)... Aktivní filtr je AC-DC měnič s kapacitním nebo indukčním ukládáním elektrické energie na stejnosměrné straně, který tvoří určitou hodnotu napětí nebo proudu. prostřednictvím pulzní modulace. Obsahuje integrované výkonové spínače zapojené podle standardních schémat.Připojení AF k síti jako zdroj napětí je znázorněno na Obr. 1, b, jako zdroj proudu — na Obr. 1, c.

Snížení systematické nerovnováhy v sítích nízkého napětí se provádí racionálním rozložením jednofázových zátěží mezi fázemi tak, aby odpory těchto zátěží byly přibližně stejné. Pokud nelze napěťovou nerovnováhu snížit pomocí obvodových řešení, pak se používají speciální zařízení: asymetrické spínání kondenzátorových baterií (obr. 2) nebo symetrizační obvody (obr. 3) jednofázových zátěží.

Rýže. 2. Zařízení pro vyvažování kondenzátorové baterie

Rýže. 3. Speciální balunový okruh

Pokud se asymetrie mění podle pravděpodobnostního zákona, pak se k redukci použijí automatická vyvažovací zařízení, z nichž schéma jednoho je na obr. 4. Nastavitelná symetrická zařízení jsou drahá a složitá a jejich aplikace přináší nové problémy (zejména nesinusové napětí). V Rusku proto nejsou žádné pozitivní zkušenosti s používáním balunů.

Rýže. 4. Typický balunový obvod

Pro přepěťovou ochranu, svodiče přepětí... Proti krátkodobým poklesům a poklesům napětí lze použít dynamické kompenzátory zkreslení napětí (DKIN), které řeší mnoho problémů s kvalitou elektrické energie, včetně poklesů (včetně impulsních) a rázů napájecího napětí.

Hlavní výhody DKIN:

• bez baterií a všech problémů s nimi spojených,

• doba odezvy na krátké výpadky napájení 2 ms,

• účinnost zařízení DKIN je více než 99% při 50% zatížení a více než 98,8% při 100% zatížení,

• nízká spotřeba energie a nízké provozní náklady,

• kompenzace harmonických složek, jitter,

• sinusové výstupní napětí,

• ochrana proti všem typům zkratů,

• vysoká spolehlivost.

Snížení úrovně negativního dopadu na síť výkonových přijímačů specifických zátěží (rázové, s nelineární voltampérovou charakteristikou, asymetrické) je dosaženo jejich normalizací a rozdělením napájení na specifické a „tiché“ zátěže.

Kromě přidělení samostatného vstupu pro konkrétní zátěže jsou možná další řešení pro racionální konstrukci schémat napájení:

• čtyřdílné schéma hlavní snižovací rozvodny na napětí 6-10 kV s transformátory s děleným sekundárním vinutím a s dvojitými tlumivkami pro oddělené napájení «tiché» a měrné zátěže,

• převedení transformátorů hlavní snižovací rozvodny (GPP) do paralelního provozu zapnutím úsekového spínače 6-10 kV při přípustných zkratových proudech. Toto opatření lze použít i dočasně, například při spouštění velkých motorů,

• realizace světelné zátěže v elektrických sítích prodejen odděleně od náhlého střídavého napájení (například ze svařovacích zařízení).