Mjere i tehnička sredstva za poboljšanje kvalitete električne energije

Kako bi se odstupanja i fluktuacije napona zadržale unutar vrijednosti u skladu sa standardima, potrebna je regulacija napona.

Regulacija napona je proces promjene naponskih razina u karakterističnim točkama elektroenergetskog sustava uz pomoć posebnih tehničkih sredstava, koji se odvija automatski prema unaprijed određenom zakonu. Zakon regulacije napona u centrima napajanja (CPU) utvrđuje elektroopskrbna organizacija, vodeći računa o interesima većine korisnika priključenih na taj CPU, ako je moguće.

Kako bi se osigurao potreban režim napona na stezaljkama prijemnika električne energije, koriste se sljedeći načini regulacije napona: u sabirnicama elektrana i trafostanica (CPU), na izlaznim vodovima, zajednički i dodatni.

Pri regulaciji napona na procesorskim sabirnicama osiguravaju takozvanu protustrujnu regulaciju.Regulacija protunapona podrazumijeva povećanje napona na 5 - 8% nominalnog pri najvećem opterećenju i podnapona na nazivni (ili niži) pri najmanjem opterećenju s rampom ovisno o opterećenju.

Regulacija se vrši promjenom omjera transformacije napojnog transformatora… U tu svrhu transformatori su opremljeni sredstvima za regulaciju napona pod opterećenjem (OLTC)… Transformatori sa sklopkama pod opterećenjem omogućuju regulaciju napona u rasponu od ± 10 do ± 16% s rezolucijom 1,25 — 2,5%. Energetski transformatori 6 — 20 / 0,4 kV uređaji za upravljanje sklopkom sklopke isključenog kruga (prekidanje bez pobude) s rasponom od ± 5% i korakom podešavanja od ± 2,5% (tablica 1).

Tablica 1. Dopušteni napon za transformatore 6-20 / 0,4 kV s prekidačem

Pravi izbor čimbenik transformacije transformator s prekidačem (npr. sa sezonskom regulacijom) osigurava najbolji mogući režim napona pri promjeni opterećenja.

Svrhovitost korištenja jedne ili druge metode regulacije napona određena je lokalnim uvjetima, ovisno o duljini mreže i njezinom krugu, rezervi jalove snage itd.

Indikator odstupanja napona ovisi o gubitku napona u mreži, ovisi o otporu mreže i opterećenju.U praksi je promjena otpora mreže povezana s promjenom napona u njoj pri odabiru poprečnih presjeka žica i kabelskih žila, uzimajući u obzir odstupanja u naponu prijemnika električne energije (prema dopušteni gubici napona), kao i pri uporabi serijskog spoja kondenzatora u nadzemnim vodovima (postrojenja uzdužne kompenzacije - UPK).

Kondenzatori spojeni u seriju kompenziraju dio induktivnog otpora voda, čime se smanjuje jalova komponenta u vodu i stvara dodatni napon u mreži, ovisno o opterećenju.

Serijski spoj kondenzatora preporuča se samo za značajnu jalovu snagu opterećenja (tgφ > 0,75-1,0). Ako je faktor jalove snage blizu nule, gubitak linijskog napona uglavnom su određeni djelatnim otporom i djelatnom snagom. U tim je slučajevima kompenzacija induktivnog otpora nepraktična.

Korištenje UPC-a je vrlo učinkovito u slučaju oštrih fluktuacija opterećenja, jer je regulacijski učinak kondenzatora (vrijednost dodanog napona) proporcionalan struji opterećenja i mijenja se automatski praktički bez inercije. Stoga se serijski spoj kondenzatora treba koristiti u nadzemnim vodovima napona 35 kV i niže, opskrbljujući naglo izmjenična opterećenja s relativno niskim faktorom snage. Također se koriste u industrijskim mrežama s oštrim fluktuirajućim opterećenjima.

Uz gore razmotrene mjere za smanjenje otpora mreže, mjere za promjenu mrežnih opterećenja, posebno reaktivnih, dovode do smanjenja gubitaka napona, a time i povećanja krajnjeg napona. To se može učiniti primjenom bočnih kompenzacijskih instalacija (spajanje kondenzatorskih baterija paralelno s opterećenjem) i izvora jalove snage velike brzine (RPS), razvijajući stvarni raspored promjena jalove snage.

U cilju poboljšanja naponskog režima mreže, smanjenja odstupanja i kolebanja napona, moguće je koristiti snažne sinkrone motore s automatskom regulacijom uzbude.

Za poboljšanje takvog pokazatelji kvalitete električne energije preporuča se spojiti električne prijemnike koji izobličuju CE na točke sustava s najvećim vrijednostima snage kratkog spoja. A korištenje sredstava za ograničavanje struja kratkog spoja u mrežama koje sadrže specifična opterećenja treba se provoditi samo unutar granica potrebnih za osiguranje pouzdanog rada rasklopnih uređaja i električne opreme.

Glavni načini smanjenja utjecaja nesinusoidnog napona. Od tehničkih sredstava koriste se: uređaji za filtriranje: uključivanje paralelno s opterećenjem uskopojasnih rezonantnih filtera, uređaji za kompenzaciju filtera (FCD), uređaji za balansiranje filtera (FSU), IRM koji sadrži FCD, posebna oprema koju karakterizira niska razina generacija viših harmonika, "nezasićeni" transformatori, višefazni pretvarači s poboljšanim energetskim karakteristikama.

Na sl.1, a prikazuje dijagram poprečnog (paralelnog) pasivnog filtra s višim harmonicima. Filtarski spoj je krug induktiviteta i kapacitivnosti spojen u seriju, podešen na frekvenciju određenog harmonika.

Riža. 1. Shematski dijagrami filtara s višim harmonicima: a — pasivni, b — aktivni filtar (AF) kao izvor napona, c — AF kao izvor struje, VP — pretvarač ventila, F5, F7 — priključci filtera na 5 7. i 7. harmonici, tis — linijski napon, tiAF — AF napon, tin — napon opterećenja, Azc — linijska struja, AzAf — struja koju stvara AF, Azn — struja opterećenja

Otpor priključka filtra prema strujama viših harmonika Xfp = XLn-NS° C/n, gdje su XL, Xc otpori reaktora odnosno kondenzatorske baterije prema struji energetske frekvencije, n — broj harmoničke komponente.

Kako se frekvencija povećava, induktivitet reaktora raste proporcionalno, a baterija kondenzatora opada obrnuto s harmoničkim brojem. Na frekvenciji jednog od harmonika, induktivni otpor reaktora postaje jednak kapacitetu kondenzatorske baterije i naponska rezonancija... U ovom slučaju, otpor spoja filtera n struji rezonantne frekvencije je nula i on upravlja električnim sustavom na toj frekvenciji. Harmonijski broj yar rezonantne frekvencije izračunava se formulom

Idealan filtar potpuno filtrira harmonijske struje na frekvencije na koje su njegovi spojevi podešeni.U praksi, međutim, prisutnost aktivnih otpora na reaktorima i kondenzatorskim baterijama te netočno ugađanje spojeva filtara dovode do nepotpunog filtriranja harmonika. Paralelni filtar je niz sekcija, od kojih je svaka podešena da rezonira za određenu frekvenciju harmonika.

Broj poveznica u filtru može biti proizvoljan. U praksi se obično koriste filtri koji se sastoje od dvije ili četiri sekcije ugođene na frekvencije 5., 7., 11., 13., 23. i 25. harmonika. Transverzalni filteri se spajaju i na mjestima gdje se pojavljuju viši harmonici i na mjestima gdje se oni pojačavaju. Skretni filtar je i izvor jalove snage i sredstvo za kompenzaciju reaktivnih opterećenja.

Parametri filtra su odabrani na način da su spojevi podešeni u rezonanciji s frekvencijama filtriranih harmonika, a njihov kapacitet omogućuje generiranje potrebne jalove snage na industrijskoj frekvenciji. U nekim slučajevima kondenzatorska baterija je spojena paralelno s filtrom za kompenzaciju reaktivne snage. Takav uređaj se naziva kompenzacijski filtar (PKU)... Filterski kompenzacijski uređaji obavljaju i funkciju filtriranja harmonika i funkciju kompenzacije jalove snage.

Trenutno osim pasivnih uskopojasnih filtara koriste i aktivne filtre (AF)... Aktivni filtar je izmjenično-istosmjerni pretvarač s kapacitivnim ili induktivnim pohranjivanjem električne energije na istosmjernoj strani, koja formira određenu vrijednost napona ili struje putem pulsne modulacije. Uključuje integrirane sklopke za napajanje povezane prema standardnim shemama.Priključak AF na mrežu kao izvor napona prikazan je na sl. 1, b, kao izvor struje - na sl. 1, c.

Smanjenje sustavne neravnoteže u niskonaponskim mrežama provodi se racionalnom raspodjelom jednofaznih opterećenja između faza na način da su otpori tih opterećenja međusobno približno jednaki. Ako se neravnoteža napona ne može smanjiti korištenjem sklopnih rješenja, tada se koriste posebni uređaji: asimetrično prebacivanje kondenzatorskih baterija (slika 2) ili krugovi za uravnoteženje (slika 3) jednofaznih opterećenja.

Riža. 2. Uređaj za balansiranje baterije kondenzatora

Riža. 3. Specijalni balunski krug

Ako se asimetrija mijenja prema zakonu vjerojatnosti, tada se za smanjenje koriste uređaji za automatsko balansiranje, od kojih je dijagram jednog prikazan na sl. 4. Podesivi simetrični uređaji su skupi i složeni i njihova primjena otvara nove probleme (osobito nesinusoidni napon). Stoga nema pozitivnih iskustava s korištenjem baluna u Rusiji.

Riža. 4. Tipični sklop baluna

Za zaštitu od prenapona, odvodnici prenapona... Protiv kratkotrajnih padova napona i padova napona mogu se koristiti kompenzatori dinamičkog izobličenja napona (DKIN), koji rješavaju mnoge probleme s kvalitetom električne energije, uključujući padove (uključujući i impulsne) i udare opskrbnog napona.

Glavne prednosti DKIN-a:

• bez baterija i svih problema vezanih uz njih,

• vrijeme odziva za kratke prekide napajanja 2 ms,

• učinkovitost DKIN uređaja je više od 99% pri 50% opterećenja i više od 98,8% pri 100% opterećenja,

• niska potrošnja energije i niski operativni troškovi,

• kompenzacija harmonijskih komponenti, podrhtavanje,

• sinusoidalni izlazni napon,

• zaštita od svih vrsta kratkih spojeva,

• visoka pouzdanost.

Smanjenje razine negativnog utjecaja na mrežu prijamnika električne energije specifičnih opterećenja (udarni, s nelinearnim volt-amperskim karakteristikama, asimetrični) postiže se njihovom normalizacijom i podjelom napajanja na specifična i "tiha" opterećenja.

Osim dodjele zasebnog ulaza za određena opterećenja, moguća su i druga rješenja za racionalnu konstrukciju shema napajanja:

• četverodijelna shema glavne snižene trafostanice na naponu 6-10 kV s transformatorima s razdvojenim sekundarnim namotima i s dvostrukim reaktorima za odvojeno napajanje "tihe" i specifične snage,

• prijenos transformatora glavne padajuće trafostanice (GPP) u paralelni rad uključivanjem sekcijske sklopke 6-10 kV kada su dopuštene struje kratkog spoja. Ova se mjera također može primijeniti privremeno, na primjer tijekom razdoblja pokretanja velikih motora,

• implementacija rasvjetnog opterećenja u energetskim mrežama trgovine odvojeno od naglog izmjeničnog napajanja (na primjer, od uređaja za zavarivanje).