Straty napięcia w sieciach elektrycznych. Utrata napięcia

Rozważenie dopuszczalnych spadków napięcia w sieci elektrycznej.

Cel wykładu:

Zapoznanie się z obliczeniami obciążenia poszczególnych oddziałów sieci.

Dopuszczalne spadki napięcia

Przy każdym zużyciu z sieci elektrycznej występuje prąd elektryczny. Podczas jego przejścia powoduje on spadek napięcia na tych przewodach, dlatego napięcie dostarczane do odbiornika elektrycznego nie jest równe napięciu na zaciskach zasilania, ale jest niższe. Dla poszczególnych części okablowania w tym samym czasie wymagane są różne spadki napięcia.

W przypadku spadku napięcia ze źródła energii do miejsca zużycia można przejść od zalecanych odchyleń napięcia (IEC 60 038), które powinny wynosić od + 6% do 10% wartość nominalna  (od 2003 r. powinny to być limity). Oznacza to, że całkowity spadek napięcia ze źródła energii do miejsca zużycia może wynosić nawet 16%.

W instalacji elektrycznej samego budynku (tj. Wewnątrz obiektu), zgodnie z IEC 60634-5-52, zaleca się, aby spadek napięcia między początkiem instalacji a używanym urządzeniem użytkownika nie przekraczał 4% nominalnego napięcia instalacyjnego. To zalecenie jest w pewnym stopniu sprzeczne z wymaganiami innych norm krajowych (np. CSN 33 2130 w Republice Czeskiej).

Można założyć, że biorąc pod uwagę spełnienie pozostałych wymagań, przy obliczaniu parametrów okablowania, może wystąpić więcej przerwy niż wskazano powyżej, jeżeli następujące spadki nie zostaną przekroczone w okablowaniu od szafy przyłączeniowej do odbiornika elektrycznego: 4% dla przewodów oświetleniowych; wnioski dotyczące płyt i urządzeń grzewczych ( pralki) 6%; przy gniazdach wtykowych i innych wnioskach o wartości 8%.

"Zasady dla instalacji elektrycznych" (PUE) określają największe długoterminowe dopuszczalne obciążenia (natężenie prądu) dla izolowany drut. Kable i gołe przewody, które są pokazane w formie tabelarycznej. Tabele te zestawiono w oparciu o obliczenia teoretyczne i wyniki bezpośrednich badań przewodów i kabli do ogrzewania.

Zgodnie z warunkami ogrzewania maksymalne dopuszczalne obciążenie przewodów i kabli z aluminiowymi przewodnikami o tym samym przekroju geometrycznym i takim samym obwodzie z przewodami miedzianymi powinno być równe 77% obciążeń dla odpowiednich przewodów miedzianych. W sieciach energetycznych dopuszczalna długoterminowa utrata napięcia nie powinna przekraczać 5%, a dla sieci oświetleniowych 2,5% nominalnej.

Widać, że po zsumowaniu wszystkich dopuszczalnych spadków napięcia (w sieć dystrybucji  aw instalacji elektrycznej) możemy osiągnąć bardzo ograniczoną wydajność niektórych urządzeń i sprzętu. Na przykład w przekaźnikach i stycznikach ich funkcja jest gwarantowana na poziomie 85% napięcia znamionowego i wyższego, w silnikach elektrycznych jest to 90% napięcia znamionowego. Dlatego konieczne jest przestrzeganie powyższej rekomendacji (spadek napięcia do 4%) podany w IEC 60 634-5-52.

Zwracamy uwagę, że wymagania norm krajowych nie mają zastosowania do spadków napięcia w niektórych częściach okablowania, ale wymagań dotyczących spadku napięcia w stosunku do napięcia znamionowego. Na zaciskach transformatora może znajdować się na przykład napięcie równe 110% napięcia znamionowego, z którego to spadki napięcia mogą wynosić 15% lub 13%. Oznacza to, że projektant ma pewną ilość wolnego miejsca, jak rozprowadzić spadki napięcia w tych przypadkach od źródła do odbiornika elektrycznego.

Konieczne jest określenie, w jaki sposób obliczane są spadki napięcia lub w jaki sposób są one sumowane. Jeśli chodzi o czysto aktywne obciążenia, takie jak elektryczny sprzęt elektryczny i małe odcinki przewodów, sytuacja jest prosta. Spadek napięcia jest produktem prądów i oporów przewodów, które mogą w prosty sposób  podsumować. W takim przypadku, jeśli mówimy o sprzęcie elektrycznym, na przykład o silnikach, których rodzaj zużycia jest aktywny i indukcyjny, a całkowita impedancja Zokablowanie składające się z elementu rzeczywistego (rezystancja czynna) Ri wyimaginowany składnik (oporność indukcyjna) X, wówczas te złożone wartości są wzajemnie pomnożone. Wynik tego produktu jest ponownie złożoną wartością, co oznacza złożony spadek napięcia. Opisuje spadek napięcia w rzeczywistych i urojonych osiach współrzędnych. Wartości bezwzględne tych spadków napięć na poszczególnych częściach okablowania, od źródła do odbiornika elektrycznego, nie powinny zatem być sumowane w standardowy sposób, ale powinny być sumowane ponownie jako wartości zespolone (to jest osobno rzeczywiste i urojone elementy).

Dlatego nie powinno dziwić, że sumy wartości bezwzględnych spadków napięcia często nie są dokładną sumą ich wartości bezwzględnych na oddzielnych, połączonych ze sobą okablowaniach.

Obliczanie obciążenia poszczególnych oddziałów sieci

Bieżące obciążenia  Nie da się zsumować poszczególnych gałęzi po prostu jako sumy arytmetycznej wartości bezwzględnych prądów, ale konieczne jest oddzielne oddzielenie składników rzeczywistych i urojonych. Jeśli zastosujesz się do tych zasad, możesz określić obciążenie dla dowolnej konfiguracji sieci. Podobne zasady są przestrzegane przy obliczaniu prądów zwarciowych. W przypadku zwarcia obliczenia wykonywane są z impedancją sieci wyrażoną w złożonej formie.

Wpływ obciążenia na prąd zwarciowy.

Obciążenie może mieć znaczący wpływ na prądy zwarciowe. Rysunek 1 pokazuje najprostsze schematy przełączania obciążenia. Charakter obciążeń i stosunek ich różnych (silniki asynchroniczne i synchroniczne, obciążenia gospodarstw domowych, oświetlenie), wartość zależy od różnych dni w roku, pory dnia, dla różnych prac zmianowych przedsiębiorstw. Aby określić rzeczywistą wartość obciążenia i zwiększyć jego odporność w czasie zwarcia jest prawie niemożliwe.

Konwencjonalnie uważa się, że rezystancja obciążenia jest stała i wartość jest określona przez (1).

W trybie normalnym rezystancja obciążenia jest określona przez stosunek:

, (1)

gdzie U jest napięciem znamionowym równym wtórnemu napięciu transformatora zasilającego;

I n i S n - prąd i moc obciążenia.

Moc jest pobierana w zależności od liczby transformatorów zasilających. W przypadku jednego transformatora przyjmuje się, że moc obciążenia jest równa mocy transformatora. W przypadku dwóch identycznych transformatorów przyjmuje się, że moc obciążenia wynosi 0,65-0,7 mocy jednego transformatora. W przypadku awaryjnego wyłączenia jednego z dwóch transformatorów, transformator pozostający w pracy musi przejąć cały ładunek. Jego obciążenie w tym samym czasie będzie 130-140% mocy znamionowej.

Rysunek 1 - Rozkład prądu w odniesieniu do podłączonego obciążenia

do linii (a) i do opon (b)

Z rysunku 1 widać, że przy usterce zwarciowej, gdy napięcie na oponach nie spada do zera, całkowity prąd przepływający przez transformator składa się z prądu rozgałęziającego się do obciążenia i prądu w miejscu zwarcia. Dla obwodu na rysunku 1 całkowity prąd zwarciowy jest określony przez stosunek:

, (2)

i dla schematu na rysunku 1 b - przez stosunek:

, (3)

W rzeczywistości opory mają różne proporcje x / r, a prądy wykorzystujące formuły (2) i (3) powinny być obliczane w postaci złożonej. Jednak w przypadku większości sieci stosunek obciążeń i linii z i L jest bliski, w porównaniu do uproszczenia obliczeń, równania (2) i (3) są rozwiązywane pełna odporność  z. Założenie to jest tym bardziej uzasadnione, że rzeczywiste obciążenie w chwili usterki nie jest znane.

Pełny prąd  podzielona na dwie części: część prądu przechodzącego do miejsca zwarcia na schemacie na rysunku 1, a, określana jest przez:

, (4)

i dla schematu na rysunku 1, b - według wzoru:

, (5)

Z wyrażenia (5) można zauważyć, że przy z с = 0 prąd do miejsca zwarcia jest, to znaczy, obciążenie nie wpływa na wartość prądu zwarciowego, jeśli jest on podłączony do opon o nieskończonej mocy.

Arytmetyka liczenia elektronicznych sieci powietrznych z drutami różnych materiałów do utraty napięcia. Dopuszczalna utrata napięcia w sieci elektronicznej jest określona przez prawdopodobnie dozwolone odchylenia napięcia potencjalnych użytkowników. Dlatego też duże zainteresowanie wzbudziło rozpatrywanie wniosku o odpowiedź na temat odchyleń napięcia.

Dla każdego odbiorcy moc elektryczna  możliwe konkretne spadki napięcia. Na przykład, niejednoczesne jednostki mocy w standardowych normach dopuszczalnych odchyłek anomalii napięcia wynoszą ± 5%. Oznacza to zatem, że w ciekawym incydencie, jeśli napięcie znamionowe dostarczonego silnika elektrycznego wynosi 380 V, z tego napięcia U "Extra = 1,05 Un = 380 x 1,05 = 399 V i U" Extra = 0,95 Un = 380 x 0,95 = 361 V powinno opierać się na najbardziej prawdopodobnych dopuszczalnych wskaźnikach napięcia. Oczywiście, wszystkie napięcia buforowe zawarte pomiędzy symbolami 361 i 399 V nadal będą zadowolone dla użytkownika kupującego i złożone w pewnym zakresie, jeden lub drugi bez opcji mogą być nazwane zakresem pożądanych napięć.

Dopuszczalna utrata napięcia linii

Użytkownicy aktywności energii elektrycznej wykonują obciążenie normalnie, gdy napięcie jest przykładane do ich klipów, w oparciu o matematyczne obliczenia wytworzonego urządzenia lub urządzenia elektrycznego. Gdy energia elektryczna jest przesyłana wzdłuż linii, część napięcia znika do opozycji samych linii i w rezultacie na samym końcu paska, tj. Użytkownik kupujący ma spadek napięcia niż na początku linii. Spadek napięcia użytkownika kupującego, w porównaniu ze zwykłym, wpływa na działanie odbiornika prądu, nawet jeśli jest to moc lub lekkie obciążenie.

Z tego powodu, przy obliczaniu każdej linii elektroenergetycznej, różnice w napięciu nie muszą przekraczać z dużym prawdopodobieństwem możliwe szybkości, sieci ogólnie akceptowane przez wybór obciążenia elektrycznego i obliczane do ogrzewania, są głównie mierzone przez straty, spadek napięcia.

Spadek napięcia ΔU odnosi się do różnicy napięcia na początku linii i na jej końcu. ΔU jest zwykle określane w konwencjonalnych porównawczych jednostkach miary - w odniesieniu do wskazanego napięcia.
  Podczas korzystania z przeciwnej regulacji napięć, możliwe jest zwiększenie prawdopodobnej dopuszczalnej utraty napięcia. Niestety obszar jego realizacji ma ograniczenia. Większość użytkowników wsi zasilana jest z szyn zbiorczych stacji elektroenergetycznych na swoim obszarze, przemysłowych lub miejskich instalacje elektryczne. W takim przypadku może występować energia elektryczna z podstacji o napięciu 35/10 lub 110/35 kV.

Strata napięcia na liniach powietrznych jest obliczana metodą największego możliwego obciążenia. Ponieważ spadek napięcia jest w przybliżeniu równy obciążeniu przy najmniejszej możliwej mocy, na liniach wiejskich sieci powietrza ma najwyższą wartość 25%.

Dopuszczalna utrata napięcia

PUE jest głównym dokumentem, który liczy wnioski o różne formy sprzętu elektrycznego. Dokładność realizacji wniosków o PUE gwarantuje dokładność i bezpieczeństwo instalacji elektrycznych.

Wymogi dotyczące OOŚ są niezbędne dla wszystkich instytucji, niezależnie od formalnej formy własności i formy organizacyjnej, a także dla prywatnych przedsiębiorców i osób pracujących jako projektanci, montujący, regulujący i wykorzystujący instalacje elektryczne.

PUE 7 edycja

Poziomy i kontrola napięcia, kompensacja mocy biernej:

• Klauzula 1.2.22. W przypadku sieci elektrycznych konieczne jest określenie procedur inżynieryjnych gwarantujących właściwości energii elektrycznej w związku z wnioskiem GOST 13109
• Punkt 1.2.23. Instalacja regulacji napięcia jest wymagana do stworzenia stabilizacji napięcia na oponach o napięciu 3-20 kV podstacji i elektrowniach, w których podłączona jest elektryczna sieć dystrybucyjna, w zakresie co najmniej 105% wskazanym podczas maksymalnego okresu obciążenia i nie więcej niż 100% wskazanym podczas minimalnego obciążenia tych te same sieci. Niedokładność powyższych poziomów napięcia powinna być uzasadniona.
• Punkt 1.2.24. Alternatywność i usytuowanie aparatury do kompensacji mocy biernej w sieciach energetycznych wynika z beznadziejności zasilania wymaganej przepustowości sieci w trybie normalnym i po procedurach awaryjnych przy zachowaniu wymaganych poziomów napięcia i rezerw wytrzymałości.

W sieciach rozdzielczych o wartości 0,4 kV występuje problem związany ze znacznymi zaburzeniami napięcia w fazach: przy obciążonych fazach napięcie spada do 200 ... 208 V, a w przypadku mniej obciążonych, z powodu przesunięcia punktu zerowego, może wzrosnąć do 240 V i więcej. Zwiększone napięcie może doprowadzić do awarii urządzenia elektryczne  i sprzęt konsumencki. Asymetria napięcia powstaje na skutek różnych spadków napięcia w przewodach, gdy prądy fazowe są przekrzywione, spowodowane nierównomiernym rozkładem obciążeń jednofazowych. W tym przypadku prąd pojawia się w zerowym przewodzie linii czteroprzewodowej, który jest równy sumie geometrycznej prądów fazowych. W niektórych przypadkach (na przykład, gdy jedna lub dwie fazy są odłączone) prąd równy prądowi obciążenia fazy może przepływać przez przewód zerowy. Prowadzi to do dodatkowych strat w liniach elektroenergetycznych (linie energetyczne) o wartości 0,4 kV, transformatorach rozdzielczych 10 / 0,4 kV i odpowiednio w sieciach wysokiego napięcia.

Podobna sytuacja jest typowa dla wielu obszarów wiejskich i może występować w budynkach mieszkalnych, gdzie praktycznie niemożliwe jest równomierne rozłożenie obciążenia między etapami dostaw, co powoduje, że dość wysokie prądy, co prowadzi do dodatkowych strat w przewodach grupowych i przewodach doprowadzających i wymaga zwiększenia przekroju neutralnego drutu roboczego do poziomu fazy.

Odkształcenia napięcia silnie wpływają na działanie urządzenia [L.1]. Tak więc niewielka asymetria napięcia (na przykład do 2%) na zaciskach silnik indukcyjny prowadzi do znacznego wzrostu strat mocy (do 33% w stojanie i 12% w wirniku), co z kolei powoduje dodatkowe nagrzewanie się uzwojeń i skraca żywotność ich izolacji (o 10,8%), a przy 5% zniekształceniu, całkowite straty 1,5 raza i odpowiednio wzrośnie zużycie prądu. Co więcej, dodatkowe straty wynikające z niewyważenia napięcia nie zależą od obciążenia silnika.

Wraz ze wzrostem napięcia na lampach żarowych do 5%, strumień świetlny zwiększa się o 20%, a żywotność jest o połowę mniejsza.

W podstacjach transformatorowych 10 / 0,4 kV z reguły instalowane są transformatory ze schematem U / U. Zmniejszyć straty i wyrównać napięcie w liniach przesyłowych 10 kV możliwie przy użyciu Y / Zjj lub A / Zjj, lub (wyprodukowane przez UE METZ nazwane po VI Kozlov), ale to zastąpienie wiąże się z dużymi kosztami finansowymi i nie rekompensuje dodatkowych strat w liniach energetycznych 0,4 kV.

Aby skompensować brak równowagi napięciowej, zaleca się redystrybucję prądów obciążenia w fazach, wyrównanie ich wartości.

Konieczność ograniczenia prądu przewodu neutralnego wynika również z faktu, że w sieciach rozdzielczych o wartości 0,4 kV, wykonanych za pomocą kabla, przekrój poprzeczny przewodu neutralnego jest zwykle uważany za krok o jeden mniejszy niż przekrój przewodu fazowego.

W celu zmniejszenia strat energii elektrycznej w sieciach 0,4 kV z powodu redystrybucji prądów w fazach, ograniczenia prądu w przewodzie neutralnym i zmniejszenia odkształceń napięcia zaproponowano zastosowanie trójfazowego autotransformatora równoważącego, instalującego go na końcu linii transmisyjnej, w węzłach obciążenia. W tym przypadku, jeśli na linii 0,4 kV do węzła obciążenia, zwarcie  jedna z faz na przewodzie neutralnym (co niestety nie zdarza się rzadko) linie przesyłowe powietrza  na obszarach wiejskich) odbiorcy za zainstalowanym autotransformatorem będą chronieni przed wysokimi przepięciami.

Trójfazowy, suchy, wyważający autotransformator (dla krótkiego, ATC-C) zawiera rdzeń magnetyczny trójrdzeniowy, uzwojenia pierwotne W 1 są umieszczone na wszystkich trzech prętach, połączonych w gwiazdę z neutralnym i połączonym z napięciem sieciowym, uzwojenie kompensacyjne WK jest otwartym trójkątem (niektórzy autorzy nazywają otwarty [L.3]) i połączony szeregowo z obciążeniem.

Podstawowe obwody elektryczne autotransformatora pokazano na rysunku 1 ... 4.

Rysunek 1 przedstawia obwód elektryczny  autotransformator z uzwojeniem kompensacyjnym, gdy sekcje tego uzwojenia, wykonane na każdej fazie, są połączone z klasycznym otwartym trójkątem i podłączone do przewodu neutralnego oraz do obciążenia.

Figura 2 pokazuje obwód elektryczny autotransformatora z uzwojeniem kompensacyjnym wykonanym w postaci zwojów materiału przewodzącego, leżących na wierzchołkach wszystkich trzech faz autotransformatora, tworząc otwarty trójkąt. Zastosowanie tego schematu, w porównaniu z poprzednim, pozwala nie tylko zmniejszyć zużycie uzwojenia dodatkowego uzwojenia, ale także ogólną moc autotransformatora, uwalniając okno rdzenia magnetycznego i zmniejszając odległość środkową między uzwojeniami pierwotnymi.

Schematy te mają zastosowanie w przypadkach, gdy zerowe obciążenie drutu nie ma sztywnego połączenia z uziemieniem, a we wszystkich przypadkach w systemie pięcioprzewodowym z przewodami PE i N.

Figura 3 pokazuje obwód elektryczny autotransformatora z uzwojeniami kompensacyjnymi, wykonanymi w postaci uzwojeń fazowych połączonych w otwarte trójkąty, połączonych zgodnie z uzwojeniami fazowymi autotransformatora.

Strukturalnie schemat przedstawiony na fig. 4 może być wykonany podobnie do schematu na fig. 2, tj. Uzwojenia kompensacji fazowej są nawijane na uzwojenia wszystkich trzech faz autotransformatora i znajdują się w szczelinie przewodów fazowych sieci od strony obciążenia.

Schematy te mogą być stosowane, w tym również wtedy, gdy punkt neutralny obciążenia jest głucho uziemiony, to znaczy, gdy nie jest możliwe połączenie uzwojenia kompensacyjnego autotransformatora z przerwą przewodu neutralnego między obciążeniem a siecią, lub gdy neutralny przewód bezpieczeństwa musi być "sztywno" uziemiony.

Przy asymetrii prądów obciążenia i odpowiednio prądów w uzwojeniach kompensacyjnych, strumienie magnetyczne generowane przez te zwoje w obwodzie magnetycznym autotransformatora będą się fałdować geometrycznie. Przepływy o zerowej sekwencji skierowane na jedną stronę we wszystkich fazach autotransformatora wystąpią w prętach obwodu magnetycznego. Te strumienie magnetyczne wytwarzają emf. sekwencja zerowa i odpowiednio prądy I 01 w uzwojeniu pierwotnym są proporcjonalne do stosunku transformacji do tr (odwrotnie proporcjonalne do stosunku liczby zwojów W1 / Wk).

Połączenie uzwojenia WK jest dobrane tak, że prądy fazowe autotransformatora są odejmowane w sposób wektorowy od prądu fazowego linii najbardziej obciążonej fazy i dodawane do prądów mniej obciążonych faz. Taka redystrybucja prowadzi do bardziej symetrycznego rozkładu prądów w fazach w liniach energetycznych, wyrównania spadków napięcia w przewodach sieciowych, a co za tym idzie do równoważenia napięcia przy obciążeniu, a także do zmniejszenia prądu przewodu neutralnego i strat w liniach energetycznych oraz transformatorów rozdzielczych mocy, zapewniając oszczędności elektryczność.

Maksymalna kompensacja prądu w przewodzie neutralnym jest wykonywana z równymi natężeniami (siłą magnetomotoryczną) pracy I 01-W 1 i uzwojeniami kompensacyjnymi I 02-W K, tj. przy I 01 -W 1 = 3I 02 -W K lub W K = W 1/3. W tym przypadku całkowita moc autotransformatora P, w zależności od schematu elektrycznego uzwojeń kompensacyjnych, może być 3 razy mniejsza niż pobór mocy obciążenia P n.

Aby ograniczyć prąd przewodu neutralnego do poziomu dopuszczalnego dla linii energetycznych, można odpowiednio zmniejszyć liczbę zwojów uzwojenia kompensacyjnego: na przykład, aby ograniczyć prąd przewodu zerowego do 1/3 fazy, 2/3 jego wartości musi zostać skompensowane, a zatem WK = W 1 / 4.5. W tym przypadku całkowita moc autotransformatora może być 4,5 razy mniejsza niż pobór mocy.

Zniekształcenia prądów fazowych prowadzą do dodatkowych strat w liniach zasilających 0,4 kV i dalej wzdłuż całego łańcucha przenoszenia mocy. Rozważ to na przykładzie konwencjonalnej linii energetycznej o długości 300 metrów kabel aluminiowy  przekrój (3x25 + 1x16) mm (rezystancja przewodów fazowych 0,34 oma, drut neutralny 0,54 Ω) z aktywnym obciążeniem w fazach 40, 30 i 10A. Prąd w przewodzie neutralnym, równy sumie wektorów prądów fazowych, będzie (patrz wykres wektorowy na rys. 5) 26,5 A. Straty w linii, jak w każdym przewodniku, zależą od rezystancji linii i kwadratu prądu płynącego przez tę linię (I 2 -Z ^). Straty w przewodach fazowych wynoszą odpowiednio -40 2 -0,34 = 544 W, 30 2 -0,34 = 3 06 W, 10 2 -0,34 = 34 W, w przewodzie neutralnym -26,5 -0, 54 = 379 W, łączne straty na linii - 1263 W.

Zastosowanie ATS-C pozwoli na redystrybucję prądów w linii. Przy współczynniku transformacji 1/3, jedna trzecia prądu przewodu neutralnego to wektor odjęty od prądów naładowanych faz i dodany do prądu fazy mniej obciążonej. Prądy będą odpowiednio

Równy 33,8, 29,6 i 18,6 A, podczas gdy prąd przewodu neutralnego (biorąc pod uwagę pewną asymetrię układu magnetycznego autotransformatora) może wynosić do 10% średniego prądu fazowego, tj. 2.7 A.

Przy tej redystrybucji prądów całkowite straty w linii będą (33,82 + 29,62 + 18,62) ​​· 0,34 + 2,72 · 0,54 = 805W.

Tym samym instalacja autotransformatora ATS-S pozwala zredukować straty w LEP 0.4 kV o 36%.

Oczywiście, zmniejszenie spadku napięcia w przewodach linii jest proporcjonalne do zmiany prądu w fazach, zasadniczo wyrównuje napięcie w węźle obciążenia, głównie z powodu przesunięcia "zero".

Wzrost stosunku transformacji powyżej 1/3 dla obciążeń trójfazowych nie jest wskazany i, pomimo bardziej jednolitej redystrybucji prądów w fazach, prowadzi do wzrostu strat w liniach elektroenergetycznych ze względu na bardziej znaczący wzrost prądu przewodu neutralnego, a także wymaga dużych nakładów na materiały.

Względna wartość mocy autotransformatora ATS-S będzie wynosić - S * at = k · Sn, gdzie: Sn oznacza moc obciążenia; k - współczynnik zależny od schematu autotransformatora i współczynnika transformacji (ktr), przedstawiony w tabeli 1.

Tabela 1 wartości współczynnikówdo

Jeśli maksymalny prąd płynący w zerowym obciążeniu drutu jest zagwarantowany, to ogólna moc autotransformatora zgodnie ze schematem na rys. 1 może być obliczona na podstawie tego prądu - B am = 1 02 - i l / l / 3, i zgodnie ze schematem na rys. 2 - B przy = 1 02 - i l / 3, a dla powyższego przykładu niezrównoważonego obciążenia trójfazowego będzie wynosić odpowiednio 8,3 i 4,8 kV-A.

Najskuteczniejsze jest zainstalowanie autotransformatora bezpośrednio u konsumenta, w punkcie rozgałęzienia linii trójfazowej na jednofazowe, na przykład na wejściu spółdzielni dachowej, gdzie prawie niemożliwe jest wyrównanie obciążenia w fazach. W budynkach mieszkalnych instalacja ATS-C na oddziałach każdej wieży, zasilająca mieszkania w budynkach mieszkalnych, umożliwia zrównoważenie napięcia i zmniejszenie strat w sieci trójfazowej i linii zasilających sieci dystrybucyjnej. W małych zakładach przemysłowych może być stosowany do zasilania jednofazowych obciążeń dużej mocy: transformatory spawalnicze, prostowniki, podgrzewacze wody itp.

Obecnie konwertery statyczne (prostowniki, sterowniki tyrystorowe, konwertery wysokiej częstotliwości), urządzenia do wyładowania gazowego z elektromagnetycznymi i stateczniki elektronicznesilniki elektryczne prąd przemienny regulowana prędkość itp. Urządzenia te, a także transformatory spawalnicze, specjalne urządzenia medyczne i inne mogą generować wyższe harmoniczne prądu w systemie zasilania. Na przykład jednofazowe prostowniki mogą generować wszystkie nieparzyste harmoniczne i trzyfazowe wszystkie, a nie wielokrotności trzech, co jest odzwierciedlone na rys. 6 [Л.2].

Obecne harmoniczne tworzone przez obciążenia nieliniowe mogą stanowić poważne problemy dla systemów elektroenergetycznych. Komponenty harmoniczne to prądy o częstotliwościach będących wielokrotnością głównej częstotliwości zasilacza. Wyższe harmoniczne prądu, nałożone na główną harmoniczną, prowadzą do zniekształcenia obecnego kształtu. Z kolei obecne zniekształcenia wpływają na kształt napięcia w systemie zasilania, powodując niedopuszczalne skutki dla obciążeń systemu. Zwiększenie całkowitej wartości prądu efektywnego w obecności wyższych składowych harmonicznych w systemie może doprowadzić do przegrzania całego sprzętu w sieci rozproszonej. W przypadku prądów niesinusoidalnych straty w transformatorach zwiększają się, głównie z powodu strat prądu wirowego, co wymaga zwiększenia ich zdolności instalacyjnej. Z reguły, aby ograniczyć harmoniczne w tych przypadkach, instalowane są filtry o wysokiej częstotliwości, składające się z reaktorów liniowych i kondensatorów.

Zalety ATS-C obejmują fakt, że mają one zdolność filtrowania prądów wyższych harmonicznych, które są wielokrotnościami trzech (tj. 3, 9, 15 itd.), Ograniczając ich przepływ z sieci do obciążenia i na odwrót. Zwiększa to jakość sieci i zmniejsza wahania napięcia.

Jak wspomniano powyżej, wyładowcze stateczniki elektromagnetyczne (PRA) generują wyższe harmoniczne. Tak więc, w prądach sodowych lamp DNaT, szeroko stosowanych w oświetleniu ulicznym, trzecia harmoniczna jest powszechna i, w zależności od mocy lampy i rodzaju urządzenia sterującego, wynosi do 5% lub więcej (zgodnie z [Л.4] trzecia harmoniczna jest dozwolona do 17,5 %). Prądy trzeciej harmonicznej pokrywają się w fazie i są arytmetycznie dodawane do przewodu neutralnego. sieć trójfazowa, tworząc namacalne dodatkowe straty, które wymuszają wykonanie przekroju zerowych przewodów roboczych trójfazowego zasilania i linii grupowych, równych fazie.

W tej sytuacji użycie ATS-C pozwala co najmniej dwukrotnie zmniejszyć przekrój przewodów neutralnych i rozwiązać trzy problemy: zrekompensować straty z trzeciej harmonicznej, aby zapewnić, że system oświetlenia przełączy się na "tryb nocny" (jedna lub dwie fazy sieci dystrybucyjnej są wyłączone w nocy ), redystrybucji obciążenia na trzy fazy; i wejdź do trybu oszczędzania energii, wykonując zaczepy na autotransformatorze, aby zmniejszyć napięcie. Aby rozwiązać tylko pierwszy problem, można zastosować automatyczny transformator o minimalnej mocy, obliczony dla prądu przewodu zerowego (całkowity prąd trzeciej harmonicznej).

Jeśli konieczne jest skompensowanie 5, 7 lub 11 harmonicznych, można użyć schematów z rys. 3 lub 4. W tym przypadku koszty reaktorów sieciowych można zmniejszyć, ponieważ uzwojenie kompensacyjne, o wysokiej oporności indukcyjnej dla harmonicznych o wysokiej częstotliwości, może działać jako reaktor sieciowy i w połączeniu z kondensatorami tworzy filtr wyższych harmonicznych. Kondensatory są połączone między punktami połączenia w otwartych trójkątach sekcji uzwojenia kompensacyjnego i drutem neutralnym, i mogę utworzyć jeden (patrz rysunek 7), dwu lub trójfazowy filtr dla różnych częstotliwości. Wartość indukcyjności
   Sekcje uzwojenia kompensacyjnego można wiarygodnie określić na podstawie parametrów nominalnych - prądu znamionowego i współczynnika transformacji. Na przykład, kiedy prąd znamionowy  I n = 25A i współczynnik transformacji ktr = 1/3 napięcia przekroju
   będzie wynosić Usek = Uf do tr = 220/3 = 73V, rezystancja Zseksu = Usec / In = 73/25 = 2,9 Ohm (zaniedbując mały aktywny opór uzwojenia) jest uważany za indukcyjny, a następnie indukcyjność przekroju

Lsec = Zseks / w = 2,9 / 314-10 = 9,2 mH. W tym przypadku należy wziąć pod uwagę nieliniowy charakter rezystancji: przy malejącym obciążeniu wzrasta opór.

Zamawiając autotransformator, należy podać możliwość podłączenia kondensatorów w aplikacji do produkcji.

Szczególnym przypadkiem jest autotransformator równoważący, specjalnie zaprojektowany do zasilania obciążenia jednofazowego (patrz rys. 8 i 9). Aby uzyskać większą symetrię prądów w fazach, stosunek transformacji może być większy niż 1/3, przy pewnym wzroście prądu przewodu zerowego.

Rozważ to na przykładzie. Na wejściu trójfazowego, zainstalowanego w sieci wyłącznika, zaprojektowanego na długi czas dopuszczalny prąd 25 A. Wymagane jest podłączenie transformatora spawalniczego 10 kVA (napięcie sieci 220 V, prąd spawania 160 A, napięcie jałowe 60 V, PV 60%). Prąd pobierany przez transformator spawalniczy będzie wynosił 10-1000 / 220 = 45,5 A, a przy PV, prąd równoważny będzie 45,5 - // 0,6 = 35,2 A, który jest 1,4 razy wyższy niż dopuszczalny. Oczywiście można użyć standardowego autotransformatora 380/220 V, wykonanego na bazie transformatora OSMR-6.3 (moc 6,3 kVA), w tym przypadku obciążenie zostanie redystrybuowane tylko do dwóch faz (prąd liniowy - 20,3 A), ale można zastosować autotransformator bilansujący (patrz schemat na rys. 9) ze współczynnikiem transformacji 1/2 przekształcającym obciążenie jednofazowe w trójfazowe i wyrównywać obciążenie we wszystkich fazach, zmniejszając prąd w sieci do 17,6 A, podczas gdy prąd w przewodzie neutralnym jest pod nieobecność innych obciążeń będzie to również 17,6 A.

W takim przypadku autotransformator może być wykonany na podstawie transformatora TSR-6,3. Możliwe jest również zastosowanie autotransformatora bilansującego o stosunku transformacji 1/3, ograniczającym prąd w fazie pracy do długookresowej dopuszczalnej dla wyłączników - prąd 23,4A, podczas gdy pozostałe dwie fazy będą przepływać 11,8A przy braku prądu w przewodzie neutralnym.

Autotransformator może być wykonany na podstawie transformatora TSR-2.5.

Obniżenie strat w sieci w porównaniu z połączeniem bezpośrednim przedstawiono w tabeli 2.

Tabela 2

Biorąc pod uwagę, że transformator spawalniczy generuje harmoniczne o wysokiej częstotliwości, w tym wielokrotności trzech, pierwszeństwo należy przyznać autotransformatorowi równoważącemu.

Testy autotransformatorów ATS-S w laboratorium UE METZ im. V.I. Kozlov wykazał pozytywne wyniki iw pełni potwierdził ich skuteczność (patrz dodatek 1 "Wyniki testu autotransformatora ATS-C-25").

Planowane jest opracowanie serii autotransformatorów o mocy od 25 do 100 kVA, zarówno w wersji otwartej IP00, jak i w pokrywach ochronnych w wersjach IP21 do montażu pod maską i IP54 do montażu na wolnym powietrzu, w tym bezpośrednio na liniach energetycznych o napięciu 0,4 kV. W autotransformatorach, jeśli to konieczne, w celu zwiększenia lub zmniejszenia napięcia, może być możliwe przełączanie kurków regulacyjnych podczas jego instalacji.

Obecnie zakład przyjmuje indywidualne zamówienia na autotransformatory ATC-S o mocy do 100 kVA.

Dodatek 1

Wyniki testu autotransformatora ATS-S-25

Na przykładzie czteroprzewodowego LEP-0.4kV