Качество электроэнергии на промышленных предприятиях - Ограничение несимметрии напряжения

Несимметрию напряжения, обусловленную электроприемниками, можно ограничить в пределах нормы ГОСТ 13109—67 как посредством схемных решений, так и путем применения специальных симметрирующих устройств .
Как известно, при SK. з ≥ 505ОДН (50ДН — мощность эквивалентной однофазной нагрузки) коэффициент несимметрии напряжения не превышает нормируемой ГОСТ 13109—67 величины 2%. Поэтому целесообразно присоединять электроприемники, вызывающие несимметрию, в точке, где 5К.3 удовлетворяет приведенному выше соотношению.
Мощные однофазные электроприемники можно подключать через отдельные трансформаторы к шинам высокого напряжения 110—220 кВ, где уровень 5К.3 достаточно велик. Например, мощной несимметричной (однофазной) нагрузкой являются печи графитации на переменном токе, используемые на электродных заводах. Расчеты и проведенные обследования на одном из электродных заводов Украины показали, что несимметрия напряжения составляет для указанных потребителей на шинах 10 кВ — 6,5%, а на стороне 154 кВ трансформатора мощностью 63 MB * А, питающего эти шины — 0,8%. Так как в нормальном режиме от шин 10 кВ другие потребители не питаются, то специальные симметрирующие устройства не предусматривались. Уровень несимметрии в сетях 110—220 кВ, вызываемый электроприемниками того или иного промышленного предприятия, должен согласовываться с питающей энергосистемой в целях недопущения его чрезмерной величины.
При невозможности обеспечить требуемый уровень несимметрии напряжения схемными решениями применяют специальные симметрирующие устройства (СУ), которые имеют электрические или электромагнитные связи между элементами. В СУ с электрическими связями используются емкости и индуктивности, с электромагнитными — специальные трансформаторы и автотрансформаторы [34]. Преимущественное применение имеют СУ с электрическими связями, где используют батареи конденсаторов. Схема симметрирования однофазных установок электрошлакового переплава (ЭШП) на машиностроительном предприятии, разработанная совместно ИЭД АН УССР и Киевским отделением УГПИ Тяжпромэлектропроект, показана на рис. 54. Исходя из технологического режима ЭШП, мощность однофазной нагрузки изменяется от 675 кВ - А до 5000 кВ * А, а коэффициент несимметрии — от 0,58 до 4,28%.

Рис. 54. Принципиальная схема СУ с емкостными элементами

Изменяющаяся в течение технологического цикла пульсирующая мощность, обусловленная однофазной нагрузкой, компенсируется подключением к шинам 6 кВ соответствующей мощности конденсаторов СУ. Управление СУ осуществляется бесконтактным автоматическим регулятором в функции от тока нагрузки, уровня напряжения на шинах 6 кВ и величины реактивной мощности на входе питающей подстанции. Как видно из табл. 26, при мощности однофазной нагрузки 675-1350 кВ * А и включенных выключателях Bl, В4 или В1, В2, В4, В7, СУ обеспечивает симметрирование, используется как источник реактивной мощности, генерирующий 2700 кВАр. При мощности СУ 2025 кВ * А и выше СУ выполняет функции только симметрирования.
Схема СУ, выполненная на базе конденсаторов и серийно выпускаемых реакторов, реализованная на одном из машиностроительных заводов Украины для ЭШП, показана на рис. 55. Для получения необходимой индуктивности были использованы сдвоенные реакторы. Комбинированный способ исполнения СУ позволяет регулировать напряжение, помимо выполнения функций симметрирования. Емкостные и индуктивные элементы СУ включаются выключателями В1, В2, ВЗ в зависимости от нагрузки печей, изменяющейся в процессе плавки. При пониженном напряжении включаются конденсаторы, при повышенном — реакторы и только при значительной величине однофазной нагрузки включаются все симметрирующие элементы независимо от уровня напряжения. Симметрирующий и регулирующий эффекты СУ приведены в табл. 27.

Рис. 55. Принципиальная схема СУ с емкостными и индуктивными элементами

Таблица 27

Экономический эффект от внедрения двух симметрирующих устройств для ЭШП двухколонной (мощностью  500 кВ * А) и трехколонной (7500 кВ * А) на указанном предприятии машиностроения составил 426 тыс.руб./год.
В низковольтных сетях с нулевым проводом симметрирование фазных напряжений осуществляется или устройствами, обладающими минимальным сопротивлением нулевой последовательности, или с помощью компенсационных симметрирующих устройств (КСУ), осуществляющих компенсацию тока как нулевой, так и обратной, либо обеих последовательностей вместе. Указанные устройства разработаны в ИЭД АН УССР [50] и показаны на рис. 56. В схемах СУ электромагнитного типа используется принцип уравновешивания магнитнодвижущих сил обмоток на каждом сердечнике, а в схемах с электрическими связями — принципы резонанса напряжений для тока нулевой последовательности.
СУ устанавливаются на вторичной стороне трансформаторов мощностью до 350 кВАр со схемой соединения обмоток звезда — звезда с нулем, при большей мощности трансформаторов—на вводах распределительных щитов 0,4 кВ, питающих однофазную нагрузку.

Рис. 56. Структурная схема двухсекционного ИРМ:
СУ — система управления; ФСУ — фазосдвнгающее устройство
Для промышленных предприятий с электрифицированным внутризаводским транспортом может быть предложено фильтросимметрирующее устройство (ФСУ) на напряжение 27,5 кВ, показанное на рис. 57. Это устройство разработано Омским институтом инженеров железнодорожного транспорта и Южно-Уральской железной дорогой, где оно и внедрено. ФСУ является двухфазным устройством, каждая фаза которого состоит из резонансных контуров, настроенных на частоты 5-й и 7-й гармоник. Благодаря ФСУ показатели качества электроэнергии улучшились: ен на стороне 27,5 кВ снизился с 3(85 до 1,48%; Кно по фазам снизился в 3—4 раза; tg ф уменьшился с 0,88 до 0,15. Параметры ФСУ приведены в табл. 28.
Таблица 28

Рис. 57. Принципиальная схема ФСУ 2 7,5 кВ
Силовое оборудование ФСУ можно установить на открытой части подстанции. Опыт эксплуатации показал, что интенсивность отказа конденсаторов ФСУ не превышает 0,071/год.