CC BY
57
УДК 621.311.13:658 26
УРОВНИ И РЕЖИМЫ НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТЯХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ
Б.Б. Утегулов, А.Б. Утегулов, Д.Б. Утегулова
Павлодарский государственный университет
им. С. Торайгырова
В.В. Ткаченко, Л.В. Ткаченко
Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова
Квсторындардыц электрмен жабдык,тауы тораптарда кернеуд1ц децгейлер1 жэне реж1мдер1 зерттелген. Электрк,абылдагыштардыц жумысын техника-экономикальщ KepceniKiiumepi мен оныц электрмен жабдык,тауындагы барлык; жуйесш к,амтамасыз ету жагдайф белгшнген.
Исследованы уровни и режимы напряжения в сетях электроснабжения предприятий. Установлено, что отклонение напряжения существенным образом влияет на условия и технико-экономические показатели работы как самих электроприемников, так и всей системы их электроснабжения.
Levels and modes of a pressure (voltage) in networks of electro supply of the enterprises are investigated. It is established, that the deviation (rejection) of a pressure (voltage) significaHy influences conditions and technical and economic parameters of work both electro receivers, and all system of their electro supply.
Электроприемники и аппараты, присоединенные к электрическим сетям, предназначены для работы при определенных номинальных параметрах; номинальном напряжении, номинальном токе, номинальной частоте и т.п. Поэтому при электроснабжении потребителей должно быть обеспече-
но качество электроэнергии. Электроприемники и аппараты могут присоединяться в различных точках электрической сети, в связи с чем сети могут по различному влиять на показатели качества электроэнергии. Значения напряжения на зажимах электроприемников в общем случае не будут оди-
наковыми и будут зависеть от протяженности и характера сети.
Электроприемники и аппараты допускают работу при небольших отклонениях от номинальных параметров при изменении технико-экономических параметров электроприемников в приемлемых пределах.
В соответствии с ГОСТ 13109-97 нормируемыми показателями качества электроэнергии у электроприемников при питании от трехфазно-
го переменного тока являются отклонения напряжения от номинальных значений, несимметрия и несинусоидальность формы кривой, колебания напряжения и частота переменного тока. В данной работе рассматриваются только вопросы, связанные с отклонением напряжения на зажимах электроприемников.
Отклонение напряжения - разность между действительным и номинальным значениями напряжения. В:
V = и - и
ном
или в %:
У = и-ином
и
100
(1)
(2)
ном
В электрических сетях трехфазного тока действительное напряжение определяется как напряжение прямой последовательности основной частоты.
В настоящее время для большинства электроприемников, согласно ГОСТ 13109-97, допустимые отклонения напряжения должны находиться в пределах от-5 % до +5 % от номинального, в течение времени не менее 95 % суток.
При значениях отклонений напряжения, выходящих за указанные пределы, ухудшается работа электроприемников, и в результате происходят такие явления как: снижение качества и появление брака продукции, повышение поврежденности электрической изоляции, сокращение срока службы электротехнического оборудования и т.п. например, при повышениях напряжения возникает опасность перегрева
статоров асинхронных двигателей, увеличивается ток холостого хода трансформаторов. При повышении напряжения на 10 % срок службы ламп накаливания сокращается почти в 5 раз. При снижении напряжения на 10 % световой поток ламп накаливания снижается примерно на 30 %. вращающий момент асинхронных двигателей уменьшается примерно на 19 %. При неизменных значениях моментов сопротивления движению рабочих органов машин уменьшение напряжения на зажимах электродвигателя приводит к росту тока, что в свою очередь ведет к увеличению потерь в линиях электропередачи и в трансформаторах.
Таким образом, отклонения напряжения существенным образом влияют на условия и технико-экономические характеристики работы как самих
электроприемников, так и всей системы их электроснабжения. Увеличение отклонения напряжения свыше пределов. регламентируемых ГОСТ 13109-97, приводит к существенному ухудшению указанных условий. В связи с этим работа электрических сетей должна осуществляться таким образом, чтобы значения установленных ГОСТ 13 109-97 показателей качества электроэнергии не превышали допустимых. В противном случае должны быть приняты соответствующие меры для нормализации этих показателей.
Отклонения напряжения у электроприемников в любом режиме работы не должны выходить за пределы допустимых. При характеристике режима напряжений в распределительных сетях приходится ориентироваться на применение некоторых укрупненных качественных показателей. Это обусловлено массовостью приемников, достаточно резким изменением нагрузки каждого из них (он может быть включен в сеть или отключен от нее принципиально в любой момент времени) и определенной независимостью этих нагрузок. В связи с этим отсутствуют точные данные о значениях всех присоединенных к сети нагрузок в любой момент времени, что приводит к неопределенности каждого рабочего режима сети в отдельности. Наиболее полное и правильное представление о рабочих режимах рассматриваемой распределительной сети может получиться только на основе методов математической статистики и теории веро-
ятностей.
Но для представления об условиях работы данной распределительной сети в отдельных режимах (например, предельных - наибольшей и наименьшей нагрузок) используются некоторые фиксированные качественные показатели.
Задача обеспечения допустимого режима напряжений во всей сети в целом оказывается достаточно сложной. Несмотря на относительную простоту основных математических соотношений между величинами нагрузок, параметрами сети и отклонениями напряжения в разных местах сети (в начале питающей линии и у электроприемников), выполнение расчетов для всей сети довольно громоздко и полученные результаты трудно представить в приемлемом для выводов виде. Это обусловлено большой разветвленностью сети, необходимостью рассмотрения нескольких характерных режимов, необходимостью проверки условий работы электроприемников подключенных в разных точках сети, возможностью использования нескольких регулировочных ответвлений у потребительских трансформаторов, различными условиями регулирования напряжения в центре питания и т.д.
При решении задачи обеспечения допу стимых отклонений напряжения у электроприемников следует различать условия проектирования и эксплуатации. При этом постановка задачи и решения получаются различными.
При проектировании сетей электроснабжения критерием является
минимум приведенных затрат, поэтому требуется выбирать такое решение, которое при выполнении всех ограничений приводило бы к наибольшей экономичности в течение одного года. При этом необходимо учитывать рост нагрузок и перспективы развития сети.
Таким образом, при проектировании требуется выбрать оптимальные решения по выбору сечений проводников, месторасположения регулирующих и компенсирующих устройств при условии обеспечения допустимых уровней напряжения у электроприемников во всех режимах работы. Помимо этого должны быть предусмотрены необходимые способы контроля за показателями качества электроэнергии.
В процессе эксплуатации оборудования оказывается уже в наличии и должно работать таким образом, что-
бы был обеспечен минимум ежегодных издержек на эксплуатацию сети при допустимых уровнях напряжения у потребителей.
В правильно спроектированной электрической сети условия обеспечения допустимых уровней напряжения у электроприемников оказываются весьма благоприятными.
Таким образом, задача определения оптимальных допустимых потерь напряжения в электрической сети является, прежде всего, задачей проектирования, но ее правильное решение позволяет уменьшить годовые издержки на эксплуатацию сети при обеспечении допустимых отклонений напряжения у потребителей.
Принципиальная схема распределительной сети для основной массы потребителей представлена на рис. 1. и рис. 2.
Принципиальная схема распределительной сети
ЦП
г \
< * БТП
у у
г
УТП
/ Л ^
\ V >
| БЭП
у УЭП
БЭП
УЭП
Рисунок 1
Где 1 - распределительная сеть среднего напряжения (с.н.);
2 - распределительная сеть низкого напряжения (н.н.);
ЦП - центр питания (шины 6 - 10 кВ питающей подстанции);
УТП - наиболее удаленная трансформаторная подстанция в данной сети;
БТП - наиболее близкая к ЦП трансформаторная подстанция;
УЭП - наиболее удаленный потребитель в сети н.н.;
БЭП - ближайший электроприемник в сети н.н.
Схема линии с одной трехфазной нагрузкой
ин
/, Го, Хо Рисунок 2
'1
СОБф
Где р — активная передаваемая мощность, кВт; ин - номинальное напряжение линии, кВ: 1 -длиналинии, км; СОЗф - коэффициент мощности нагрузки;
Г0, X 0 — активное и реактивное удельные сопротивления линии, Ом/км. При анализе уровней напряжения грузки не должно выходить за преде-
у электроприемников в распределительной сети рассматриваются потребители. находящиеся в наиболее благоприятных условиях - самый удаленный в сети низкого напряжения (н.н.) и ближайший в той же сети. Анализ ведут для потребительских трансформаторных подстанций находящихся в двух крайних точках сети: подключенной к шинам ЦП - БТП и подключенной в самой удаленной точке сети среднего напряжения (с.н.)-УТП.
При анализе исходят из соображения, что отклонение напряжения для наиболее удаленного электроприемника (УЭП) в режиме максимальной на-
лы минимально допустимого (- 5 %), а для ближайшего потребителя (БЭП) в режиме минимальной нагрузки - за пределы максимально допустимого (+5 %).
Отклонения напряжения (V) во всех элементах сети в режиме наиболь-ших нагрузок обозначают одним штрихом, в режиме минимальных нагрузок - двумя штрихами. Нижний индекс у V показывает, к какой части сети относится указанное значение отклонения напряжения. Аналогично обозначают и потери напряжения (Ди ) во всех элементах сети.
При анализе режима напряжений
принимают допущение о том, что все значения потерь напряжения от центра питания (ЦП) до любого электроприемника изменяются прямопропор-ционально нагрузке, это условие соответствует однородности нагрузки,что, в основном, справедливо для электроприемников одного назначения.
Сведения о влиянии различных элементов сети на отклонения напряжения подробно рассмотрены в литературе /1 ё 3/, поэтому приведем лишь краткие данные об этом.
Шины питающих подстанцнй (ЦП). Уровень напряжения на шинах источника питания потребителей может иметь три различных режима:
- встречное регулирование напряжения;
- согласованное регулирование напряжения;
- стабилизация напряжения.
При встречном регулировании, когда нагрузка подстанции возрастает, напряжение на шинах низкого напряжения увеличивают, а в периоды сни-
В действительности отклонения
напряжения на шинах подстанций ча-
!
сто выходят из указанных пределов. Это объясняется не только отсутствием надлежащих регулирующих устройств, но и несовпадением максимумов и минимумов нагрузок отдельных групп потребителей и всей подстанции
жения нагрузки уменьшают. При согласованном регулировании напряжение на источнике питания понижается с ростом нагрузок. Когда напряжение на шинах источника поддерживается неизменным, такой режим называется стабилизацией напряжения.
Режим уровня напряжения на источнике питания существенным образом влияет на величину допустимых потерь напряжения в сети. Наибольшую величину допустимых потерь напряжения в сети можно обеспечить в режиме встречного регулирования, наименьшую - в режиме согласованного регулирования.
В соответствии с действующими ПУЭ устройства регулирования напряжения должны обеспечивать поддержание напряжения на шинах 6 - 20 кВ подстанций в пределах не ниже 105 % номинального в период наибольших нагрузок и не выше 100 % номинального в период наименьших нагрузок распределительных сетей. Таким образом, требуемые значения отклонения на шинах ЦП должны быть:
в целом. В таких случаях режим напряжения на шинах подстанции может быть различным. При проектировании сетей запрашивают электроснабжаю-щую организацию о данных по отклонениям напряжения на шинах подстанции в характерные периоды суток и года. Сети проектируют в зависимое-
ти от этих режимов. стояния электропередачи имеют мес-
Воздушные и кабельные линии. В то потери напряжения, линиях электропередачи, в зависимо- Выражение для потерь напряже-
сти от передаваемой мощности и рас- ния имеет вид:
ли = Л • I • (Я СОБ ф + X БШ ф) = РК +
и и
(3)
где К и X ~ активное и реактивное сопротивление цепи;
I - расчетный ток;
р и - активная расчетная и реактивная нагрузка сети;
ин - номинальное напряжение сети;
ф - угол сдвига по фазе вектора тока ] относительно вектора напряжения и.
Часто величины и X выражают через удельные значения этих сопротивлений Ом на 1 км линии и длину линии:
Я = Г0-1; X = Х0 • 1. (4)
С учетом (4) выражение (3) можно записать:
гт т л , . ч 1-(Ртп+0-х ')
ди = л/3-м-(г0 -СОЭф+Хо • БШф) = —--5———^ (5)
11отеря напряжения в линиях электропередач принимается пропорционально передаваемой мощности. Например, для сельскохозяйственных потребителей минимальная нагрузка, при отсутствии фактических данных, принимается 25 % от максимальной:
Трансформаторы. По мере роста нагрузок трансформатора напряжение на его зажимах снижается вследствие потерь напряжения, обусловленных активным и реактивным сопротивлением обмоток.
Потеря напряжения в трансформаторе в процентах от номинального напряжения сети:
8.
лито/о = -тгЧиа% СОБфЧ- иро/о БШф) (6)
где 5тах - максимальная мощность нагрузки;
8Н - номинальная мощность трансформатора;
иа0/0 - активная составляющая напряжения короткого замыкания трансформатора;
ир0/0- индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания.
Для потребительских трансформаторов при типичной загрузке и коэффициенте мощности потерю напряжения можно вычислить заранее и принимать предварительно для определения допустимой потери напряжения. Например, для сельскохозяйственных потребителей потери напряжения в потребительских трансформаторах принимают в среднем:
Ли4,0%; Ди^и %■
В трансформаторах происходит не только потеря напряжения, но и повышение - надбавка напряжения. Понижающие трансформаторы по стандарту проектируют так, что если к первичной обмотке подведено напряжение 100 %, то при холостом ходе на вторичной обмотке будет напряжение 105 %. Таким образом, за счет коэффициента трансформации получается постоянная надбавка + 5 %. Кроме того, в обмотке высшего напряжения имеется пять ответвлений через 2,5 % витков. Установка на среднее ответвление соответствует надбавке 0 %. Ус-
тановка на крайние ответвления даст переменные надбавки + 5 % или - 5 %, прибавляющиеся к постоянной надбавке.
В сумме постоянная и переменная надбавки дают общую надбавку трансформатора, не зависящую от режима нагрузки, значение общей надбавки трансформатора в зависимости от установленного ответвления.составляет + 10,0;+ 7,5;+ 5,0;+ 2,5; 0 %.
Важной задачей проектирования сети является выбор наиболее выгодного ответвления обмотки трансформатора.
1. Карпов Ф.Ф., Солдаткина Л.А. Регулирование напряжения в электросетях промышленных предприятий. - М.: Энергия. 1970. - 220 с.
2. Маркушевич Н.С., Солдаткина
Л.А. Качество напряжения в городских электрических сетях. - М.: Энергия. 1975.-256 с.
3. Будзко И.А., Зуль В.М. Электроснабжение сельского хозяйства. -М.: Агропромиздат. 1990. - 456 с.
