Rozpatrzenie dopuszczalnych spadków napięcia w sieć elektryczna.

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. W przypadku pojedynczych części okablowania elektrycznego zalecane 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 w granicach + 6% i 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 pewien odstęp czasu większy niż wskazano powyżej, jeżeli następujące spadki nie są 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 przedstawione 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 dla 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  a w instalacji elektrycznej) możemy osiągnąć granicę wydajności 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%), podanej w IEC 60 634-5-52.

Zwracamy uwagę, że wymagania norm krajowych nie mają zastosowania do spadków napięcia w niektórych częściach okablowania, ale wymagań co do tego, ile napięcia może spaść 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 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 składnik urojony (oporność indukcyjna) X, wówczas te złożone wartości są wzajemnie pomnożone. Wynik tego produktu jest znowu 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 napięć często nie są dokładną sumą ich wartości bezwzględnych na oddzielnych, związanych ze sobą przewodami.

Obliczanie obciążenia poszczególnych oddziałów sieci

Bieżące obciążenia  nie da się zsumować poszczególnych gałęzi po prostu jako sumy arytmetycznej wartości bezwzględnych prądów i konieczne jest oddzielne oddzielenie składników rzeczywistych i urojonych. Jeśli postępujesz zgodnie z tymi regułami, 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 postaci złożonej.

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, pozostały w eksploatacji transformator 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 zwarciu, gdy napięcie magistrali 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) należy obliczyć w postaci złożonej. Jednak w przypadku większości sieci stosunek ładunków 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  podzielony 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  możliwy specyficzny spadek napięcia. Na przykład, niejednoczesne jednostki mocy w standardowych normach dopuszczalnych odchyleń anomalii napięcia ± 5%. Oznacza to więc, że w ciekawym incydencie, jeśli napięcie znamionowe dostarczonego silnika elektrycznego wynosi 380 V, z tego napięcia U "Ekstra = 1,05 Un = 380 x 1,05 = 399 V i U" Ekstra = 0,95 Un = 380 x 0,95 = 361 V musi być oparte na najbardziej prawdopodobnych dopuszczalnych wskaźnikach napięcia. Oczywiście, że wszystkie napięcia buforowe zawarte pomiędzy symbolami 361 i 399 V nadal będą zadowolone dla użytkownika dokonującego zakupów i złożą razem pewien zakres, jeden lub drugi bez opcji może być nazwany pożądanym zakresem napięcia.

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, a w rezultacie na samym końcu pasma, tj. Użytkownik kupujący ma spadek napięcia niż na początku linii. Spadek napięcia użytkownika kupującego, w porównaniu ze zwykłym, wpływa na działanie bieżącego odbiornika, nawet jeśli jest to obciążenie mocy lub światła.

Z tego powodu, przy obliczaniu każdej linii elektroenergetycznej, różnice w napięciu nie muszą przekraczać z dużym prawdopodobieństwem możliwych norm, 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 straty napięcia. Niestety obszar jego realizacji ma ograniczenia. Większość użytkowników wiejskich zasilana jest z szyn zbiorczych stacji elektroenergetycznych na swoim obszarze, przemysłowych lub miejskich instalacje elektryczne. W tym 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, ma najwyższą wartość 25% na liniach wiejskiej sieci lotniczej.

Dopuszczalna utrata napięcia

EMP jest głównym dokumentem obliczającym zapotrzebowanie na 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 fizycznych pracujących jako projektanci, montujący, zakładający i użytkujący instalacje elektryczne.

PUE 7 edycja

Poziomy i kontrola napięcia, kompensacja mocy biernej:

• Punkt 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 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. Niedokładności wynikające z powyższych poziomów napięcia powinny być uzasadnione.
• Klauzula 1.2.24. Alternatywność i pozycjonowanie aparatu do kompensacji mocy biernej w sieciach energetycznych wynika z beznadziejności zasilania wymaganej przepustowości sieci w normalnych i po awaryjnych procedurach, przy zachowaniu wymaganych poziomów napięcia i rezerw wytrzymałościowych.

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 na 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 w wyniku różnych spadków napięcia w przewodach, gdy prądy fazowe są przekrzywione z powodu nierównomiernego rozkładu 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 neutralny może przepływać przez prąd równy prądowi fazy. Prowadzi to do dodatkowych strat w liniach elektroenergetycznych (linie energetyczne) o wartości 0,4 kV, transformatorach dystrybucyjnych 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 grupie przewodów i linii zasilających 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% zniekształceń, całkowite straty wzrost o 1,5 raza, a zatem zwiększa się zużycie prądu. Ponadto 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 obwodu 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 Linie energetyczne o napięciu 0,4 kV.

Aby zrekompensować skos napięcia, zaleca się redystrybucję prądów obciążenia w poszczególnych fazach, wyrównując ich wartości.

Konieczność ograniczenia prądu przewodu zerowego wynika również z faktu, że w sieciach rozdzielczych o wartości 0,4 kV, wykonanych za pomocą kabla, przekrój poprzeczny przewodu neutralnego przyjmuje się zwykle o jeden stopień 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 zniekształceń napięcia zaproponowano zastosowanie trójfazowego autotransformatora równoważącego, instalującego go na końcu linii transmisyjnej, w węzłach obciążenia. Co więcej, jeśli na linii 0,4 kV do węzła obciążenia zwarcie  jedna z faz na przewodzie neutralnym (co niestety nie jest tak rzadko) linie przesyłowe powietrza  na obszarach wiejskich) odbiorcy za zainstalowanym autotransformatorem będą chronieni przed wysokimi przepięciami.

Autotransformator trójfazowy, suchy, równoważący (w skrócie ATC-C) zawiera rdzeń magnetyczny trzyrdzeniowy, uzwojenia pierwotne W 1 umieszczone na wszystkich trzech prętach, połączone w gwiazdę z przewodem zerowym i podłączone do napięcia sieciowego, 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 i do obciążenia.

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

Schematy te mają zastosowanie w przypadkach, w których przewód zerowy 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 także 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 uzwojenia w obwodzie magnetycznym autotransformatora będą geometrycznie dodawane. 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 wybrane tak, że prądy fazowe autotransformatora są odejmowane w sposób wektorowy od prądu fazowego linii najbardziej obciążonej fazy i dodawane do prądów mniej obciążonych faz. Ta redystrybucja prowadzi do bardziej symetrycznego rozkładu prądów w fazach linii elektroenergetycznych, wyrównania spadków napięcia w przewodach linii, aw konsekwencji do zrównoważenia napięcia przy obciążeniu, a także do zmniejszenia prądu przewodu zerowego 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 uzwojeń kompensacyjnych 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 neutralnego do 1/3 fazy, 2/3 jego wartości powinno zostać skompensowane, a zatem WK = W 1 / 4.5. Jednocześnie całkowita moc autotransformatora może być 4,5 razy mniejsza niż pobór mocy.

Zniekształcenia prądów fazowych prowadzą do dodatkowych strat w liniach zasilających o napięciu 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 wektora 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, całkowite straty w linii - 1263 W.

Zastosowanie ATS-C pozwoli na redystrybucję prądów w linii. Przy stosunku transformacji 1/3, jedna trzecia prądu przewodu neutralnego jest odejmowana od prądów naładowanych faz i dodawana do prądu fazy mniej obciążonej. Prądy będą odpowiednio

Równe 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 zerowego, a także wymaga dużych nakładów na materiały.

Względna wartość mocy autotransformatora ATS-S będzie wynosić - S * at = k · Sn, gdzie: Sn - 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 przy = 1 02 - i l / l / 3, i zgodnie ze schematem z rys. 2 - B at = 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 odbiorcy, w punkcie rozgałęzienia linii trójfazowej w jednofazowy, na przykład na wejściu spółdzielni dachowej, gdzie prawie niemożliwe jest wyrównanie obciążenia w fazach. W budynkach mieszkalnych instalacja ATS-C na oddziałach dla każdego pionu, który zasila apartamenty budynków mieszkalnych, umożliwia zbilansowanie 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, przetworniki 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 znajduje odzwierciedlenie na rys. 6 [Л.2].

Harmoniczne prądu wytwarzane przez obciążenia nieliniowe mogą stwarzać poważne problemy dla systemów elektroenergetycznych. Komponenty harmoniczne to prądy o częstotliwościach będących wielokrotnością głównej częstotliwości zasilania. 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 zainstalowanej mocy. Z reguły, aby ograniczyć harmoniczne w tych przypadkach, instaluje się filtry o wysokiej częstotliwości, składające się z reaktorów liniowych i kondensatorów.

Zalety ATS-C, jest fakt, że są one zdolne do filtrowania wyższych prądów harmonicznych, które są wielokrotnością trzech (to znaczy, 3, 9, 15 itd.), Ograniczając je do przepływu zarówno z sieci, obciążenia, i vice versa. Zwiększa to jakość sieci i zmniejsza wahania napięcia.

Jak wspomniano powyżej, wyładowcze stateczniki elektromagnetyczne (PRA) generują wyższe harmoniczne. Zatem w prądach sodowych lamp DNaT, szeroko stosowanych w oświetleniu ulicznym, trzecia harmoniczna jest rozpowszechniona i, w zależności od mocy lampy i typu 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 roboczych przewodów zasilania trójfazowego i linii grupowych, równych fazie.

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

W razie potrzeby skompensować 5, 7 lub 11 może wykorzystywać schematy harmonicznych Fig.3 lub 4. W tym przypadku koszt reaktorów sieciowych może być zmniejszona, ponieważ Uzwojenie kompensacyjne mające większą impedancję indukcyjną dla wyższych harmonicznych częstotliwości, które mogą działać jako reaktor w sieci, a w połączeniu z Kondensatory tworzą filtr wyższych harmonicznych. Kondensatory są połączone między punktami połączenia na otwartych kształtowników trójkąty cewek kompensujących i przewodem neutralnym i może tworzyć on (patrz fig. 7), z których dwa lub trzy stadium filtrów dla różnych częstotliwości. Wartość indukcyjności
   Sekcje uzwojeń kompensacyjnych 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
   u będzie s = Uf Tp = 220/3 = 73 B, impedancja zs = Úsek / IR = 73/25 = 2,9Om (pomijając niewielką odporność czynną uzwojenie indukcyjne) rozpatruje, a następnie sekcja indukcyjność

Lsec = Zsek./w = 2,9 / 314-10 = 9,2 mH. W tym przypadku należy uwzględnić 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). Dla większej symetrii prądów w fazach, współczynnik przekształcenia może być większy niż 1/3, przy pewnym wzroście prądu przewodu neutralnego.

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 sieciowe 220 V, prąd spawania 160 A, napięcie jałowe 60 V, PV 60%). Zgrzewania przekładnik wielkość zużycia 10-1000 / 220 = 45,5 A, i z prądem MF jest równoważna 45,5 - 35,2 // 0,6 = A, który wynosi 1,4 krotność dopuszczalne. Oczywiście można użyć standardowego autotransformatora 380/220 V, wykonanego w oparciu o transformator OSMR-6.3 (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, który przekształca obciążenie jednofazowe w trójfazowe i wyrównać obciążenie we wszystkich fazach, redukując prąd w sieci do 17,6 A, podczas gdy prąd w przewodzie neutralnym jest przy braku innych obciążeń będzie to również 17,6 A.

W tym 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 w pozostałych dwóch fazach natężenie prądu 11,8A będzie płynąć przy braku prądu w przewodzie neutralnym.

Autotransformator może być wykonany na podstawie transformatora TSR-2.5.

Obniżenie strat w sieci w porównaniu z bezpośrednim włączeniem pokazano w tabeli 2.

Tabela 2

Biorąc pod uwagę, że transformator spawalniczy generuje harmoniczne o wysokiej częstotliwości, w tym wielokrotności trzech, preferowany powinien być autotransformator bilansujący.

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

Planowane jest opracowanie serii autotransformatorów o mocy od 25 do 100 kVA, zarówno w wersji otwartej IP00, jak i w obudowach ochronnych w wersjach IP21 do montażu pod daszkiem i IP54 do montażu na wolnym powietrzu, w tym bezpośrednio na słupach linii przesyłowej 0,4 kV. W autotransformatorach, jeśli jest 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-0,4 kV

Wykład numer 10

Obliczanie sieci lokalnych (sieci napięciowe) na straty

podkreśla

Dopuszczalna utrata napięcia w lokalnych liniach sieciowych.

Założenia stanowiące podstawę obliczeń sieci lokalnych.

Określenie największej utraty napięcia.

Szczególne przypadki obliczania sieci lokalnych.

Straty napięcia w liniach energetycznych o równomiernie rozłożonym obciążeniu.

Dopuszczalne straty napięcia w lokalnych liniach sieciowych

Sieci lokalne obejmują sieci o napięciu znamionowym 6 - 35 kV. Sieci lokalne są znacznie dłuższe niż sieci regionalne według długości. Zużycie materiału przewodnika i materiałów izolacyjnych znacznie przekracza zapotrzebowanie na sieci o znaczeniu regionalnym. Ta okoliczność wymaga odpowiedzialnego podejścia do projektowania sieci lokalnych.

Przesyłowi energii elektrycznej ze źródeł energii do odbiorników elektrycznych towarzyszy utrata napięcia w liniach i transformatorach. Dlatego napięcie na odbiornikach nie utrzymuje stałej wartości.

Są odchylenia  i wahania  napięcie.

Odchylenianapięcia spowodowane są powolnymi procesami zmiany obciążenia w poszczególnych elementach sieci, zmieniając tryby napięcia na źródłach zasilania. W wyniku takich zmian napięcia w poszczególnych punktach sieci zmienia się wielkość, odbiegając od wartości nominalnej.

Wahanianapięcia są szybko płynące (z prędkością co najmniej 1% na minutę) krótkotrwałe zmiany napięcia. Występują z nagłym naruszeniem normalnego trybu działania z nagłym włączeniem lub wyłączeniem potężnych odbiorników, zwarć.

Odchylenia napięcia wyrażane są w procentach w stosunku do napięcia znamionowego sieci

Wahania napięcia są obliczane w następujący sposób:

gdzie

największe i najmniejsze wartości napięcia w tym samym punkcie sieci.

Aby zapewnić normalną pracę odbiorników energii, konieczne jest utrzymanie napięcia zbliżonego do nominalnego na oponach.

GOST ustala następujące tolerancje podczas normalnej pracy:

W trybach po awaryjnych dopuszczalny jest dodatkowy spadek napięcia o 5% w stosunku do podanych wartości.

Aby zapewnić właściwy poziom napięcia na oponach odbiorników energii, stosuje się następujące środki:

Ze współczynnikiem transformacji

rzeczywiste napięcie na oponach niskiego napięcia będzie bliższe wartości nominalnej:

Uzwojenia transformatorów są dostarczane z odgałęzieniami, które umożliwiają zmianę stosunku transformacji w pewnych granicach. Napięcie w węzłach obwodu znajdującego się bliżej źródła zasilania jest zwykle wyższe niż nominalne, aw zdalnym - poniżej nominalnego. Aby uzyskać napięcie o wymaganym poziomie po stronie wtórnej transformatorów wchodzących w skład tych węzłów, konieczne jest wybranie odgałęzień w uzwojeniach transformatora. W węzłach o wyższym poziomie napięcia, współczynniki przekształcenia są ustawione powyżej nominalnego, aw węzłach o niskim poziomie napięcia, przekładniki transformatorów są ustawione poniżej nominalnych.

Schemat sieci, napięcie znamionowe, przekrój poprzeczny przewodu dobiera się tak, aby spadek napięcia nie przekraczał dopuszczalnej wartości.

Dopuszczalną utratę napięcia ustala się z pewnym stopniem dokładności, w oparciu o znormalizowane wartości odchyleń napięcia na oponach odbiorników elektrycznych:

dla sieci o napięciu 220-380 V, od 5-6,5% od źródła zasilania do ostatniego odbiornika elektrycznego;

dla napięcia sieciowego 6 - 35 kV - od 6 do 8% w trybie normalnym; od 10 do 12% w trybie powypadkowym;

dla sieci wiejskich o napięciu 6-35 kV - do 10% w trybie normalnym.

Wartości dopuszczalnej utraty napięcia dobierane są w taki sposób, aby przy odpowiedniej regulacji napięcia w sieci spełnione były wymagania TSP dotyczące odchyleń napięcia na oponach odbiorników elektrycznych.

Założenia stanowiące podstawę obliczeń sieci lokalnych

Przy obliczaniu sieci o napięciu do 35 kV, uwzględnia się następujące założenia:

moc ładowania linii energetycznych nie jest brana pod uwagę;

nie uwzględnia rezystancji indukcyjnej linii kablowych kabli;

straty mocy w stali transformatorowej nie są brane pod uwagę. Straty mocy w stali transformatorowej są brane pod uwagę tylko przy obliczaniu utraty mocy czynnej i energii elektrycznej w całej sieci;

przy obliczaniu przepływów mocy nie uwzględnia się strat mocy, tj. moc na początku odcinka jest równa mocy na końcu odcinka;

nie uwzględnia składowej poprzecznej spadku napięcia. Oznacza to, że przesunięcie fazowe pomiędzy węzłami obwodu nie jest brane pod uwagę;

strata napięcia jest obliczana przez napięcie znamionowe, a nie przez faktyczne napięcie w węzłach sieci.

Określenie największej utraty napięcia

Biorąc pod uwagę założenia przyjęte przy obliczaniu sieci lokalnych, należy podać napięcie w dowolnej im węzeł jest obliczany przy użyciu uproszczonej formuły:

gdzie

odpowiednio moc czynną i bierną przepływającą przez teren j;

odpowiednio aktywna i indukcyjna odporność działki j.

Zaniedbanie strat mocy w sieciach lokalnych pozwala obliczyć straty napięcia zarówno na podstawie mocy działek, jak i mocy obciążeń.

Jeżeli obliczenia wykonywane są na pojemnościach działek, bierze się pod uwagę rezystancję czynną i bierną tych sekcji. Jeżeli obliczenia przeprowadza się przy sile obciążeń, wówczas należy wziąć pod uwagę całkowitą rezystancję czynną i bierną z PI do węzła przyłączeniowego obciążenia. W odniesieniu do rys. 10.2 mamy:

według pojemności działek

na ładowności

.

W nierozgałęzionej sieci największą stratą napięcia jest utrata napięcia ze źródła energii do punktu końcowego sieci.

W rozległej sieci największą stratę napięcia określa się w następujący sposób:

rejestrowana jest strata napięcia z PI do każdego punktu końcowego;

wśród tych strat jest wybrany największy. Jego wartość nie powinna przekraczać dopuszczalnej utraty napięcia dla tej sieci.

Szczególne przypadki obliczania sieci lokalnych

W praktyce istnieją następujące szczególne przypadki obliczania sieci lokalnych (podano formuły obliczania mocy miejsc):

Linie elektroenergetyczne wzdłuż całej długości są wykonane z drutów tej samej sekcji w równych odstępach.

Linie elektroenergetyczne wzdłuż całej długości są wykonane z drutów o tym samym przekroju poprzecznym, równomiernie rozmieszczonych. Obciążenia mają to samo cosφ

Linie przesyłowe zasilające wyłącznie ładunki czynne ( Q = 0, cosφ   = 1), lub linie kablowe o napięciu do 10 kV ( X =0)