Библиотека электромонтёра
А. В. Михалков
Что нужно знать
о регулировании
напряжения
*** 1967 ***
|
ФPAГMEHT КНИГИ (...) РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРАМИ, СНАБЖЕННЫМИ УСТРОЙСТВОМ РПН
В соответствии с § 1-2 в электрических сетях для централизованного и местного регулирования напряжения широко применяются силовые трансформаторы, снабженные регулятором под нагрузкой (РПН). Основным преимуществом таких трансформаторов является возможность поддержания необходимого потребителю уровня напряжения изменением коэффициента трансформации без предварительного отключения трансформатора от сети. По требованиям нового стандарта на трансформаторы (см. приложение 6) (взамен ГОСТ 401-41) устройство РПН должно обеспечивать:... Регулировочные ответвления трансформаторов, снабженных РПП, отходят от обмотки высшего напряжения на переключатель со стороны нейтрали. Переключение ответвлений может осуществляться с помощью ручного, дистанционного или автоматизированного управления. Переход с одной ступени на другую осуществляется при дистанционном управлении специальным элек-тродвигательным механизмом, без разрыва рабочего тока, что достигается кратковременным закорачиванием регулируемой секции на токоограничивающее сопротивление (реактор со сталью, активное сопротивление, рис. 11). Трехобмоточные трансформаторы, имеющие регулирование напряжения под нагрузкой на стороне высшего напряжения, на стороне среднего напряжения снабжаются переключателем ПБВ (переключатель без возбуждения) с диапазоном регулирования ±2X2,5% Дн- Трансформаторы с РПН имеют в шифре дополнительную букву «Н», например трансформаторы ТДН, ТДНГ, ТМН и т. д. Так как трансформаторы, имеющие РПН, дороже обычных на 3—‘10 тыс. руб., следует стремиться к наиболее полному использованию всех регулирующих напряжение возможностей, осуществляя регулирование, увязанное с графиком нагрузки потребителей. За последние годы широкое распространение получили различного рода устройства автоматического управления РПН, названные устройствами АРНТ. Вся аппаратура этих устройств монтируется в отдельном отСеке на трансформаторе вместе с прйводным механизмом либо сосредоточена на отдельной панели в помещении щита управления. Автоматическим регулированием напряжения, как правило, снабжаются трансформаторы, установленные в узловых точках энергосистем, от которых по радиальным линиям питаются разноудаленные потребители, это накладывает на регуляторы дополнительное требование удовлетворений разноречивых требований. Регуляторы АРНТ 1—4, разработанные ЦЛЭМ Мосэнерго, например, отзываются не только на изменение напряжения в точке их установки, но и на изменяющуюся в зависимости от нагрузки потерю напряжения в линиях от питающей подстанции до потребителя. Образно выражаясь, эти трансформаторы обеспечивают регулирование напряжения с «опережением», исходя из требований удаленных потребителей, поддерживая в пределах чувстительности постоянным напряжение в некоторой точке сети, падение напряжения до которой пропорционально напряжению, снимаемому со специального элемента схемы управления. Такая система называется системой, работающей с учетом токовой компенсации, обеспечивающей «встречное» регулирование. Автоматический регулятор напряжения значительно увеличивает число переключений по сравнению с ручным (дистанционным) управлением у РНТ. В среднем количество переключений может быть допущено в пределах 20—30 переключений в сутки или 6 ООО—9 ООО переключений в год. Число переключений зависит от характера нагрузки подстанций и от характеристики самого регулятора. Регулятор не должен отзываться на кратковременные изменения напряжения, вызванные удаленными замыканиями, пусками энергоемких электроприемников и др. Регулятор должен иметь некоторую зону нечувствительности, которая должна быть несколько больше ступени регулирования напряжения. Обычно приемлемой считается нечувствительность, превышающая ступень регулирования на 20—40%. Для обеспечения качественного регулирования напряжения во всех случаях, когда это возможно, желательна при наличии нескольких разноудаленных потребителей их группировка на один трансформатор по 32 однородности графиков нагрузки, удаленности от пНТЭЮ-щего трансформатора, требованиям к качеству напряжения. Требования к регуляторам напряжения и общий метод выбора их параметров (уставок) Современные регуляторы напряжения АРНТ состоят из следующих блоков, работа которых обеспечивает бы-стройдействующее согласованное регулирование напряжения: 1) питающего регулятор трансформатора, снабженного регулировочными ответвлениями для изменения постоянной составляющей регулируемого напряжения; 2) датчика токовой компенсации, состоящего из активного или реактивного сопротивлений, на котором воспроизводится падение напряжения в сети до потребителя с изменяющейся нагрузкой; 3) датчика отклонения напряжения сети; 4) блока усиления сигналов «больше» и «меньше»; 5) блока выдержки времени, обеспечивающего не чувствительность схемы управления к кратковременным (до 2 мин) изменениям напряжения; 6) блока питания сервомоторов на переключателе РНТ. К уставкам регулятора АРНТ относятся следующие величины: а) постоянное напряжение, обычно номинальное регулируемое напряжение потребителя (завод); б) выдержка времени, устанавливаемая исходя из характера нагрузки; в) токовая компенсация в процентах номинального напряжения (Л%); г) зона нечувствительности регулятора Ulseч- Расчет параметров регулятора рассмотрим на примере. Пример 4. На подстанции С установлен трехобмоточный трансформатор ПО кв мощностью 20 000 ква, снабженный переключателем РГ1Н с автоматическим управлением. Номинальное напряжение обмоток трансформатора 110±8 1,5%/36,75±2 2,5%/6,6 кв. Номинальный ток обмотки 6,6 кв— 1700 а. Трансформатор питает удаленный потребитель А и близкорасположенный потребитель Б с номинальными напряжениями--6 кв. Допустимое отклонение напряжения от номинального у потребителей принято ±3%. Суммарная нагрузка потребителей изменяется от 500 а в режиме минимальной нагрузки до 1 400 а при максимальной нагрузке. Потеря напряжения в питающей линии до потребителя А составляет 0,3 кв при максимальной нагрузке и 0,2 кв при минимальной нагрузке. Потеря напряжения до потребителя Б составляет соответственно 0,15 и 0,1 кв. Определить параметры регулятора АРНТ, установленного на трансформаторе. Рис. 12. Регулировочная характеристика устройства АРНТ. Решение. Расчет произведем на основе статической характеристики регулятора (рис. 12), которая соответствует зависимости:... Напряжение, поддерживаемое регулятором, должно удовлетворять в нашем случае двум потребителям А и Б, т. е. не должно выходить за пределы зоны их желаемых напряжений. (...) Таким образом, обоих потребителей удовлетворяет напряжение, заключенное в зоне между напряжениями 6,33—6,12 кв; указанная зона заключена на рис. 12 между точками 3—4. Соединим прямой аб середины зон желаемых напряжений в двух режимах до пересечения ею оси напряжений в точке г и точки в на вертикали, восстановленной в точке, соответствующей номинальному току трансформатора. Отрезок Ог на оси напряжений определяет собой постоянную составляющую напряжения, обеспечиваемую регулятором и равную 6,1 кв. Отрезок вд определяет напряжение, которое необходимо обеспечить за счет токовой компенсации, которая составляет в процентах величину К, откуда (...) Нечувствительность регулятора можно определить из чертежа как величину, равную разности между средним напряжением зоны «желаемых напряжений» и ее крайними значениями. Для рассматриваемого примера при минимальной нагрузке 500 а имеем: максимально допустимое напряжение 6 280 в; минимально допустимое напряжение 6 020 в; среднее желаемое напряжение 6 150 в. Нечувствительность 130 в, что при ступени регулирования, равной 90 в, составляет величину, равную 1,43 ступени регулирования. 7. КАК СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ И КОНДЕНСАТОРЫ ВОЗДЕЙСТВУЮТ НА НАПРЯЖЕНИЕ СЕТИ Синхронным компенсатором называется синхронный двигатель облегченной конструкции, работающий в режиме холостого хода. Синхронные компенсаторы, оборудованные автоматическим регулированием возбуждения, широко используются на узловых подстанциях энергосистем для регулирования напряжения в распределительной сети. В условиях промышленных предприятий функции синхронных компенсаторов могут частично выполнять синхронные двигатели, особенно большой мощности и работающие с недогрузкой. Обычно в сетях предприятия преобладает индуктивная нагрузка, так как асинхронные двигатели и трансформаторы имеют намагничивающие токи, отстающие от напряжения на некоторый угол. Чем больше доля индуктивных (реактивных) токов в общем токе, тем меньше коэффициент мощности, меньше пропускная мощность питающих линий, тем больше потери напряжения в самой сети. Синхронные машины обладают свойством превращаться из потребителей реактивной мощности в источники или генераторы реактивной мощности. Тот или иной режим работы синхронного двигателя зависит от степени его возбуждения, т. е. от величины постоянного тока в обмотке возбуждения ротора. На тех промышленных предприятиях, где постоянно ощущается пониженная величина напряжения, как средство его увеличения могут быть применены обычные синхронные двигатели. Отечественная промышленность выпускает синхронные двигатели различных типов и габаритов. Наиболее распространенной серией являются синхронные двигатели серии СМ, изготавливаемые на номинальное напряжение 380—660 е, мощностью 56—176 кет. Двигатели рассчитаны на нормальную работу при опережающем коэффициенте мощности, равном 0,8. Возбуждение двигателей производится от собственных возбудителей, расположенных на одном валу с двигателем. Регулирование возбуждения производится вручную воздействием на шунтовой реостат или автоматически. Для целей регулирования напряжения На стороне высшего напряжения более пригодна серия двигателей МС-320-324 мощностью от 145 до 12 200 кет на напряжение 3—6 кв, шунтовой регулятор возбуждения позволяет плавно изменять напряжение от 85 до 100%. В паспортных данных двигателей указывается номинальная кажущаяся Slt, ква, и активная мощность Р, кет, при опережающем коэффициенте мощности 0,8. Перевозбуждая ротор, можно снизить коэффициент мощности ниже 0,8, при этом кажущаяся мощность двигателя должна быть снижена до величины, указанной в табл. 2. При соответствующем снижении активной мощности или при полном отсутствии нагрузки на валу синхронный двигатель может быть использован как генератор реактивной мощности, способствующий увеличению напряжения. Величина допустимого съема реактивной мощности с перевозбужденного двигателя при отсутствии заводских данных принимается в относительных единицах из табл. 2. Вывод. Регулирующие возможности синхронных двигателей при наличии активной нагрузки на валу определяются приростом его реактивной мощности в пределах 10—15% величин его паспортной реактивной мощности. При работе синхронного двигателя в режиме перевозбуждения реактивная мощность его создает отрицательную величину потери напряжения в питающей сети, определяемую зависимостью: (...) Способность синхронных двигателей регулировать напряжение основано на перераспределении или ограничении участка, на котором происходит периодическое перемещение реактивной мощности между приемником электрической энергии и синхронным двигателем так, что вся оставшаяся часть сети частично или полностью освобождается от реактивной мощности. Эффект от такого действия тем больший, чем больше величина общего реактивного сопротивления сети. В том случае, если синхронный двигатель устанавливается для целей регулирования напряжения, возможна его работа не только в режиме перевозбуждения, но и в режиме недовозбуждения, в то время как повышать напряжение в сети можно с успехом и с помощью обычных конденсаторов, подключив их к сети параллельно по схеме «звезда» или «треугольник». Между синхронными двигателями и конденсаторами, несмотря на большое различие их конструкции, с точки зрения их воздействия на напряжение очень много общего. Синхронный двигатель в режиме перевозбуждения так же, как и батарея конденсаторов, является генератором реактивной мощности, которая непосредственно отдается приемнику, сеть при этом освобождается от перетока реактивной мощности, улучшается коэффициент мощности и снижается потеря напряжения. Широкое распространение для целей регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности имеют на предприятиях конденсаторы. Конденсаторы собираются в батареи из отдельных герметически заваренных «банок». Конденсатор состоит из системы проводящих обкладок (алюминиевая фольга), разделенных слоем диэлектрика — конденсаторной бумаги, пропитанной минеральным маслом. Конденсаторы высокого напряжения на 3,6 и 10 кв выпускаются однофазными, а напряжением 220, 380 и 500 в — трехфазными, с соединением в треугольник. Для удобства регулирования напряжения батареи разбиваются на группы, которые включаются в сеть, независимо друг от друга, по мере надобности. При этом напряжение изменяется ступенями в отличие от плавного регулирования в случае установки синхронных двигателей. Потери мощности в конденсаторах составляют 0,25—0,5% их мощности, что в 10—12 раз меньше потерь в синхронных двигателях. Конденсаторы не имеют вращающихся частей и не требуют непрерывного ухода и наблюдения. Батареи конденсаторов могут быть выполнены как передвижные, что облегчает их использование по мере надобности в различных точках сети. Реактивная мощность отдельного конденсатора при прочих равных условиях зависит от квадрата подведенного напряжения, что является существенным недостатком конденсаторов: где U—рабочее напряжение, кв; f — частота, гц; С — емкость мкф. Некоторые технические данные бумажно-масляных конденсаторов приведены в табл. П.З. Усть-Каменогорский конденсаторный завод (УККЗ) в настоящее время подготовил к выпуску комплектные конденсаторные устройства типа ККУ на напряжение 0,38 кв и 6—10 кв для наружной и внутренней установки. Типовые конструкции этих установок имеют мощность: 300, 400, 600, 750, 900, 1 050 и 1 200 квар. По требованию заказчика установке может быть придано устройство автоматического управления типа УУН или УУВ. Первый тип регулирует напряжение (вводом или выводом батареи) в зависимости от напряжения в данной точке сети, второе устройство за исходную величину принимает время суток, которое фиксируется с помощью электрочасового механизма ЭВ4С. Регулирование производится с выдержкой времени 2—3 мин, диапазон нечувствительности в пределах 3,5% номинального напряжения. При отключении батареи она замыкается на разрядное сопротивление, собранное, например, из ламп накаливания. 8. ЧТО ТАКОЕ ПРОДОЛЬНАЯ КОМПЕНСАЦИЯ И КАК ЕЕ ОСУЩЕСТВИТЬ Из рассмотрения расчетной формулы потери напряжения в сети (9) видно, что одним из ее членов является произведение реактивной мощности или тока Iv на реактивное сопротивление XL, состоящее из индуктивных сопротивлений трансформатора и проводов линии. Известно, что в последовательной цепи, состоящей из индуктивного сопротивления и емкостного сопротивления Такой способ уменьшения реактивного сопротивления в сетях получил название продольной компенсации. Для изменения реактивного сопротивления линии конденсаторы включаются в рассечку каждой фазы линии электропередачи. Изменяя емкость конденсаторов, а вместе с ним и емкостное сопротивление Хс, можно получить любую величину потери напряжения в линии, доведя ее даже до отрицательной величины, когда напряжение в конце линии окажется выше, чем в начале. При равенстве индуктивного сопротивления линии емкостному сопротивлению конденсаторов величина потери напряжения в сети определяется только ее активным сопротивлением. Последовательное включение конденсаторов в сеть для целей получения надбавки напряжения является целесообразным при относительно невысоких коэффициентах мощности и в сетях со сравнительно крупными сечениями проводов, так как при малых сечениях проводов потеря напряжения в линии определяется в основном ее активным сопротивлением и включение конденсаторов мало повлияет на величину отклонений напряжения у потребителей. В тех случаях, когда потребитель имеет резко переменный режим, включение последовательных конденсаторов является почти единственным средством сглаживания пульсаций напряжения, так как все другие средства требуют для перехода от одного режима к другому некоторого времени, что приводит к запаздыванию эффекта их действия. Конденсаторные батареи при их установке в рассечку линии должны рассчитываться на проходную мощность линии, так как напряжение между их обкладками определяется не рабочим напряжением сети, а произведением тока на сопротивление. В том случае, если в рассечку линии, например напряжением 10 кв, включаются конденсаторы на более низкое напряжение, все конденсаторы батарей должны быть надежно изолированы от земли. Следует отметить, что продольная компенсация приводит к увеличению токов короткого замыкания и может оказаться причиной резонансных перенапряжений, однако в местных и заводских сетях это не может служить препятствием к ее применению. Пример 6. Определить число и общую мощность батареи конденсаторов, примененных для получения надбавки напряжения в воздушной сети, если известно, что в режиме максимальной нагрузки потери напряжения за счет конденсаторов должны быть снижены на 50%. Напряжение сети 3 кв. Активное сопротивление R=4 ом. Реактивное сопротивление Хг. =4 ом. Передаваемая по линии мощность Р=100 кет. Коэффициент мощности нагрузки равен 0,8. Проверим возможность использования конденсаторов типа КМО-6-8-1, имеющих рабочее напряжение 600 в, типовую мощность 8,5 квар, емкость 75 мкф. Решение. Используя исходные данные и формулу (9), определим необходимую емкость и реактивное сопротивление конденсаторов. Потеря напряжения до компенсации Потеря напряжения после компенсации определится из формулы Отсюда следует, что нет никакой необходимости устанавливать для целей компенсации индуктивного сопротивления конденсаторы, рассчитанные на рабочее напряжение сети. Первая опытная установка продольной компенсации (УПК) или установка продольной емкостной компенсации (ПЕК) была в СССР сооружена еще в 1951 г. на линии 110 кв. В 1956—1958 гг. наряду с мощными установками на дальних линиях электропередачи они стали применяться в распределительных сетях 3—35 кв. Так, УПК были применены в Московской, Ленинградской и Свердловской областях на линиях 10 кв. В 1963 г. была пущена в эксплуатацию установка на линии 35 кв в системе Эстонэнерго. Таким образом была доказана их экономичность и надежность. Установки продольной компенсации в фабрично-заводских и местных распределительных сетях можно рассматривать как средство увеличения напряжения. Последовательно включенные конденсаторы в УПК по сравнению с широко распространенной схемой их параллельного включения имеют ряд особенностей. Сюда в первую очередь относится необходимость применения конденсаторов типа КМП (см. приложение 2). Установка состоит всегда из однофазных бумажно-масляных конденсаторов. В открытых установках конденсаторы иногда монтируют на деревянной АП-образной опоре на специальной площадке с сетчатым ограждением. В фабрично-заводских условиях конденсаторы можно устанавливать в закрытом помещении на опорных изоляторах в виде трех отдельных групп. Каждая группа конденсаторов должна иметь средства управления и для защиты от перенапряжений — разрядник (рис. 13). В качестве разрядника некоторые авторы (Ф. М. Их-тейман и А. С. Уссер) рекомендуют использовать тарельчатые искровые промежутки стандартного вентильного разрядника, установленные в корпусе низковольтного разрядника РВН. Разрядники защищают УПК от перенапряжений, возникающих при затяжных коротких замыканиях. В соответствии с заводскими данными конденсаторы допускают 2—4-кратное повышение напряжения сверх номинального на время, достаточное для отключения линии защитой. Для предохранения тарелочек разрядника от оплавления в цепи разрядника Р (рис. 13) предусмотрено добавочное сопротивление, примерно 0,3—0,7 ом, и тяговая катушка КТ контактора. Катушка должна иметь мало витков (16—20) сечением Рис. 13. Принципиальная схема одной фазы установки продольной компенсации (УПК). КПМ — конденсаторы; р — разрядник; R — добавочное сопротивление; КТ — катушка контактора (пускателя); К — контакты контактора; ТН— трансформатора напряжения; 1—3 — разъединители. 16—20 мм2, рассчитанных на ток 50—100 а. Контакты К предназначены для создания обходной цепи для тока к. з. и раерядного тока. Разъединитель 1 установлен для вывода установки из работы, 2—3 для отключения установки от сети. Трансформатор ТН — для измерения напряжения и снятия остаточного заряда. Разрядник, добавочное сопротивление и контактор, смонтированные в металлическом корпусе, составляют аппарат ЭК-10, выпускаемый Ленинградским электромеханическим заводом «Сельэлектро». Для защиты конденсаторов от перенапряжений, возникающих при коротком замыкании на линии за конденсаторами, в Эстонской ССР был применен специальный разрядник с вращающейся между кольцевыми электродами дугой. Устойчивая работа разрядника сохраняется до момента отключения линии защитой. Номинальное напряжение конденсаторов УПК выбирается, независимо от номинального напряжения сети, по рабочему току линии с учетом необходимой реактивной мощности, поэтому они должны быть надежно изолированы от земли с уровнем изоляции, зависящим от фазного напряжения линии. Конденсаторы УПК являются компенсатором реактивного сопротивления и генератором реактивной мощности. Кроме того, благодаря улучшению коэффициента мощности увеличивается пропускная способность линии на 30—50% и снижаются потери активной мощности на 7—8%>- С помощью УПК можно также изменить распределение нагрузки в замкнутых сетях и двухцепных линиях. Экономичность сооружения установки определяется снижением годовых затрат на оплату потерь и значительным улучшением показателей работы сети (напряжение, коэффициент мощности). При удельной стоимости сооружения УПК в 3,5—7 руб/квар они окупаются в течение 2—3 лет. Место включения, как правило, выбирается в конце линии у потребителя; число, мощность, тип и схема соединения конденсаторов определяются расчетом. СОДЕРЖАНИЕ Введение 3 1 Что следует знать о напряжении, параметрах сети и о самом потребителе 5 2 Потеря напряжения и причины образования недопустимых величин напряжения и потребителя 13 3 Как подойти к вопросу улучшения напряжения на предприятии 17 4 Средства и способы регулирования напряжения 21 5 Выбор наиболее выгодного коэффициента трансформации 24 6 Регулирование напряжения трансформаторами, снабженными устройством РПН 30 7 Как синхронные двигатели и конденсаторы воздействуют на напряжение сети 36 8 Что такое продольная компенсация и как ее осуществить 41 9 Вольтодобавочные устройства и их использование в сетях потребителей 47 Приложения 54 Литература |
