Файл: Актуальность и основные понятия дисциплины.pdf

PV1…PV3. Для питания схемы используется источник синусоидального напряжения Е.
Зададимся параметрами элементов исследуемой сети. Выберем следующие номиналы виртуальных компонентов.

Источник питанияИП(библиотека Sources): Е = 10 кВ, f = 50 Гц.

Сопротивления и индуктивности участков линии передачи
(библиотека Basic): R1 = R2 = 1 Ом, R3 = 2 Ом, L1 = 20 мГ, L2 =
L3 = 30 мГ.

Сопротивления и индуктивности электроприемников соответственно (библиотека Basic)ЭП-1: R4 = 50 Ом, L4 = 100 мГ.

ЭП-2: R5 = 100 Ом, L5 = 150 мГ; ЭП-3: R6 = 100 Ом, L6 = 100 мГ.

На вольтметрах PV1…PV3 (библиотека Indicators) установим режим для измерения сигналов переменного тока – АС.
Рис. 66. Компьютерная модель электрической сети
В ходе виртуального эксперимента меняем комбинацию включенных и отключенных электроприемников и источников питания, моделируя изменения режимов работы сети. Фиксируем показания вольтметров. В точках присоединения электроприемников определяем по формуле (2) величину отрицательного отклонения напряжения. Результаты записываем в табл. 7.
Е
R1
L1
R2
L2
R3
L3
R4
L4
R5
L5
R6
L6
PV1
PV3
PV2

Проведем анализ полученных результатов. Данные, помещенные в строках 1–4 (табл. 7), показывают, что с ростом нагрузки, т. е. при большем количестве подключенных приемников, напряжение в узлах сети уменьшается. Напряжение в конце каждого отдельного участка сети ниже, чем в его начале. Например, на участкесети между первым и вторым узлами
U
1
> U
2
. В данном случае причиной является падение напряжения в рассматриваемой цепи. Очевидно, что по мере удаления узла от центра питания отрицательное отклонение напряжения растет.
Сравним строки 3, 5 и 6 таблицы 7. Здесь помещены данные, соответствующие случаю, когда включены два электроприемника. Однако отклонения напряжения в каждом из узлов – разные. В первом узле:


U
1(–)
= 3,23 %, в случае когда отключен ЭП-2;


U
1(–)
= 3,43 % – при отключенном ЭП-3;


U
1(–)
= 6,74 % – при отключенном ЭП-1.
Аналогичные соотношения характерны для второго и третьего узлов.
Виртуальный эксперимент подтверждает тот факт, что включения и отключения отдельных электроприемников влияют на всю систему в целом.
Степень этого воздействия зависит от мощности и степени удаленности электроприемников от центра питания.
Таблица 7
Исследование влияния режимов работы электроприемников на отклонение напряжения
№ п/п
U
1
, кB U
2
, кB U
3
, кB

U
1(–)
,
%

U
2(–)
,
%

U
3(–)
,
%
Режимы
ЭП-1
ЭП-2
ЭП-3 1
10 10 10 0
0 0 откл. откл. откл.
2 10 10 10 0
0 0 вкл. откл. откл.
3 9,657 9,216 9,216 3,43 7,84 7,84 вкл. вкл. откл.
4 9,326 8,504 8,108 6,74 14,96 18,92 вкл. вкл. вкл.
5 9,326 8,504 8,108 6,74 14,96 18,92 откл. вкл. вкл.
6 9,677 9,271 8,839 3,23 7,29 11,61 вкл. откл. вкл.

суточных и сезонных изменений электрической нагрузки потребителей, регулирования напряжения на электростанциях или подстанциях энергосистем, а также связаны с изменениями мощности компенсирующих устройств, схем и параметров электрических сетей.
2. Величина отклонений напряжений зависит от падений напряжения на отдельных элементах сети, следовательно, от величины активных и индуктивных сопротивлений линий.
3. Отклонения напряжения в сети сверх предельно допустимого диапазона 10 % от U
nom
оказывают существенные негативные воздействия на технико-экономические характеристики электроприемников и элементов сетей электроснабжения.

5.2.
Виды
регулирования
напряжения.
Принципы
работы
регулировочных средств
Цель лекции: получить представления о регулировании напряжения в системах электроснабжения.
Задачи лекции:

ознакомиться с назначением и видами регулирования напряжения в энергосистемах;

изучить принципы работы регулировочных средств.
Любое электротехническое устройство рассчитано на оптимальное напряжение, при котором его технико-экономические показатели являются наилучшими. Отклонение напряжения от требуемого значения приводит к ухудшению характеристик приемников электрической энергии, изменению потерь мощности и показателей работы сети. Другими словами, отклонение напряжения в отдельной точке сети способно оказать влияние на систему электроснабжения в целом.
Снижение вредных влияний отклонений напряжений в сети требует проведения мероприятий по регулированию напряжений в системах электроснабжения потребителей и в сетях электроэнергетических систем.
Регулирование напряжения – это комплекс технических мероприятий по ограничению отклонений напряжений до допустимых значений.
5.2.1. Виды регулирования напряжения
Различают
централизованное
и
местное
регулирование
напряжения.
При централизованном регулировании в питающем узле одновременно поддерживаются допустимые уровни напряжения в целом для группы потребителей близлежащего района.
Местное регулирование предполагает поддержание требуемых уровней напряжения непосредственно на шинах потребителя.
Разграничение между местным и централизованным регулированием напряжений сделать сложно, так как местное регулирование напряжения в

узлах электроэнергетических систем является одновременно централизованным для потребителей электроэнергии, получающих питание из этого узла.
Централизованное регулирование напряжения в зависимости от характера графиков нагрузок можно условно разбить на три типа: стабилизацию напряжения, двухступенчатое и встречное регулирование.
Стабилизация напряжения применяется для потребителей с практически неизменной нагрузкой, где требуемый уровень напряжения необходимо поддерживать постоянным в течение суток. График нагрузки таких предприятий показан на рис. 67, а.
а)
б)
в)
Рис. 67. Графики нагрузки потребителей: а – с постоянной нагрузкой; б – с двухступенчатым изменением нагрузки; в – с многоступенчатым изменением нагрузки
S, %
100
t, ч
24
t, ч
24
S, %
100
t, ч
24
S, %
100

Двухступенчатое регулирование применяют для нагрузок, график которых имеет два явно выраженных уровня (рис. 67, б). При этом в центре питания поддерживаются два требуемых уровня напряжения в соответствии с графиком нагрузок потребителей. Обычно требуемый уровень напряжения в режиме максимальных нагрузок выше, чем в режиме минимальных нагрузок.
Встречное (согласное) регулирование напряжения применяется для потребителей с переменным, многоступенчатым графиком нагрузок (рис. 67,
в) и является развитием двухступенчатого.
Для каждого значения нагрузки в системе электроснабжения потребителя будут иметь место свои значения потерь напряжения. Поэтому для поддержания требуемых уровней напряжений на шинах потребителя его значение следует регулировать с учетом суточного графика нагрузок.
Обозначим напряжение в начале линии через U
1
, в конце – через U
2
Поскольку нагрузка в течение суток меняется в диапазоне от наименьшего
S
НМ
до наибольшего S
НБ
значений, то напряжение в конце линии U
2
также не остается постоянным. При наибольшей нагрузке S
НБ
потери являются наибольшими

U
2НБ
, а напряжение в конце линии – наименьшим U
2НБ
, отклонение напряжения от номинального значения

U
2НБ
– наибольшим (рис.
68).
Рис. 68. Изменение напряжения в период наибольшей нагрузки в сети при отсутствии регулирования
r
x
I
U
nom
U
1
U
2НМ
U
2НБ

U
2НБ

U
2НМ
к нагрузке
U
1
U
2
U
2НБ

В протяженных сетях при отсутствии регулирования отклонение напряжения может выйти за границы допустимого диапазона 10 %, установленного ГОСТ 32144-2013. Во избежание недопустимых отклонений в Правилах устройства электроустановок рекомендуется осуществлять регулирование напряжения на шинах 3–20 кВ электростанций и подстанций, к которым присоединены распределительные сети, в пределах не ниже 105 % номинального значения в период наибольших нагрузок и не выше 100 % номинального значения в период наименьших нагрузок этих сетей. Это требование соответствует принципу встречного или согласного регулирования.
Встречное (согласное) регулирование заключается в поддерживании повышенного напряжения в период наибольших нагрузок и в снижении его до номинального в период наименьших нагрузок на шинах электрических станций или понижающих подстанций.
Таким образом, напряжение на зажимах потребителей как удаленных от питающей подстанции, так и близлежащих к ней вводится в допустимые пределы. При таком регулировании, когда напряжение в режимах максимальных и минимальных нагрузок соответственно повышается или понижается, и называется встречным.
Основными средствами регулирования напряжения считаются:

генераторы на электростанциях;

трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой или без отключения нагрузки;

компенсирующие устройства, вырабатывающие или потребляющие реактивную мощность;

изменение параметров сети.
Регулирование предполагает текущее изменение параметров
системы
(напряжения,
коэффициента
трансформации,
потерь
напряжения) в целях обеспечения желательного режима напряжений.

Регулирование может проводиться автоматически. Закон регулирования подбирается специально, обычно на основе расчетов.
5.2.2. Принципы работы регулировочных средств
Для понимания принципа регулирования напряжения с помощью регулировочных средств рассмотрим распределительную сеть, присоединенную к шинам центра питания (ЦП) (рис. 69).
Центрами питания распределительных электрических сетей являются шины генераторного напряжения электростанций или шины низкого напряжения (НН) понизительных подстанций (как в рассматриваемом примере), к которым присоединены распределительные сети района.
Рис. 69. Схема электрической сети: ЦП – центр питания;РТ – распределительный трансформатор;ЭП – электроприемник
На рис. 69 стрелками показано направление передачи полной электрической мощности в сети S
1
, S
2
, …S
k
,…S
n
от центра питания (ЦП) через первый, второй и т. д., k-й, и т. д., n-й элементы системы электроснабжения.
Полная мощность S
k
характеризует интенсивность передачи электрической энергии через произвольный k-й элемент сети. Она состоит из активной P
k
и реактивной Q
k
составляющих.
Активная электрическая энергия преобразуется в тепловую, механическую и прочие виды, используемые в различных электротехнических устройствах и установках. Активная мощность P расходуется на совершение полезной работы и частично уходит в потери.
Величина активной мощности произвольного элемента сети P
k
характеризует интенсивность преобразования активной энергии, т. е. совершения активной работы и величину тепловых потерь.
ЦП
РТ
ЭП
S
1
= P
1
+ jQ
1
S
2
= P
2
+
jQ
2
S
k
= P
k
+ jQ
k
S
n
= P
n
+ jQ
n
r
k
, x
k

Реактивная электрическая энергия (мощность Q) расходуется на создание электромагнитных полей в электроустановках и сетях. Без потребления реактивной мощности невозможна транспортировка энергии и работа электроприемников.
В системах переменного тока активная P
и реактивная Q мощности периодически изменяются. Синусоидальные величины для удобства расчетов и анализа взаимосвязей представляются в комплексной или графической форме. В последнем случае – в виде векторов на комплексной плоскости.
Мгновенные значения активной и реактивной мощности не совпадают по фазе. Поскольку нагрузка в сетях электроснабжения обычно носит активно-индуктивный характер, то реактивная мощность опережает по фазе активную на 90

. На комплексной плоскости этому соответствует поворот вектора реактивной мощности Q
k
относительно вектора активной мощности
P
k
на +90

, т. е. против часовой стрелки (рис. 70).
В комплексной форме поворот вектора на комплексной плоскости на
+90

, т. е. против часовой стрелки отображается умножением действующего значения величины на оператор +j. При отставании синусоидальной величины по фазе на 90

вектор на комплексной плоскости поворачивается на –90

, т. е. по часовой стрелке. В комплексной форме записи – это умножение на оператор –j.
Комплексная форма представления полной мощности k-го элемента сети (47) отображает расположение соответствующих векторов на комплексной плоскости (рис. 70):
k
k
k
jQ
P
S


(47)
Эта запись означает, что полная мощность S
k
является суммой вектора
P
k
и повернутого относительного него на 90

против часовой стрелки вектора
Q
k

Рис. 70. Векторная диаграмма полной мощности элемента сети
Регулирование напряжения в сети в первую очередь осуществляется с помощью генераторов электростанций или трансформаторов, находящихся на подстанциях (в центах питания – ЦП) и распределительных пунктах
(распределительные трансформаторы – РТ).
Кроме этого, существуют специальные регулировочные средства. Для понимания принципа их работы проведем анализ потерь напряжения в сети.
Значение потерь напряжения в процентах от номинального значения U
nom
в произвольном k-ом элементе распределительной сети (рис. 69) с достаточной степенью точности выражается уравнением
pk
ak
k
k
k
k
nom
k
U
U
x
Q
r
P
U
U







)
(
100
,%.
(48)
В данной формуле использованы следующие обозначения:
k
r
– активное сопротивление k-го элемента распределительной сети,
Ом;



k
k
L
x
– реактивное (индуктивное) сопротивление k-го элемента распределительной сети, Ом;
k
P
– активная мощность, передаваемая через k-й элемент распределительной сети, Вт;
k
Q
– реактивная мощность, передаваемая через k-й элемент распределительной сети, ВАР;
k
L
– индуктивность k-го элемента распределительной сети, Г.
Q
k
P
k
S
k

k