Нормальная работа электроприемников обеспечивается при наличии на их зажимах определенного напряжения. Любое отклонение напряжения от этого значения, которое называется номинальным напряжением приемника, сказывается отрицательно на работе приемников и приводит, в конечном счете, к народнохозяйственному ущербу.
Например, при снижении напряжения на 5% от номинального световой поток лампы накаливания уменьшается до 82,5%, а люминесцентные лампы перестают работать устойчиво. При повышении напряжения на 5% срок службы ламп снижается до 350 ч вместо обычных 1000 ч. Снижение напряжения двигателей против номинального приводит к преждевременному износу их изоляции и повреждению двигателей и т. д.
Отличие действительного напряжения на выводах электроприемника от его номинального напряжения — один из основных показателей качества энергии. Систематический контроль за уровнем напряжения и обеспечение этого уровня в допустимых пределах является важнейшей обязанностью персонала.
К сожалению, поддержать напряжение у потребителей неизменным и равным номинальному практически невозможно. Особенно в условиях городских распределительных сетей с большим количеством различных по нагрузке и режиму работы потребителей.
В связи с этим ГОСТ 13109—67 * устанавливает пределы допустимых отклонений напряжения, которые выражаются в процентах номинального напряжения. Отклонение напряжения является положительным, когда напряжение у приемника выше номинального, и отрицательным — в противоположном случае. Стандартное снижение напряжения у наиболее удаленных ламп внутреннего рабочего освещения промышленных предприятий и общественных зданий должно быть не более 2,5% номинального напряжения ламп, а у наиболее удаленных ламп освещения жилых зданий, аварийного освещения и наружного освещения, выполненного светильниками,— не более 5%. Наибольшее напряжение на лампах должно быть не более 105% номинального напряжения ламп. Отклонение напряжения на зажимах электродвигателей от номинального должно быть не более ±5%; допускаются отклонения выше номинального до ± 10%.
Таким образом, для сети напряжением 380 В при допустимых отклонениях ±5% уровень напряжения на зажимах электроприемников может находиться в пределах 361—399 В. Допустимый уровень напряжения обеспечивается рациональным построением сети и выбором ее параметров, а также соответствующим регулированием напряжения на шинах источников питания.
Рассматривая вопросы регулирования, следует различать средства централизованного и местного регулирования. Как правило, наибольшее распространение имеют средства централизованного регулирования, которые предусматриваются на шинах источников питания.
В качестве такого средства в основном используются трансформаторы, снабженные устройством ΡПН (регулирование напряжения под нагрузкой). Регулирование на шинах электростанции осуществляется путем изменения возбуждения генераторов. В ряде случаев применяются специальные автотрансформаторы с регулированием напряжения, линейные регуляторы и т. п.
К местным средствам регулирования, устанавливаемым у отдельных потребителей или в узлах сети, относятся вольтодобавочные трансформаторы, батареи статических конденсаторов и т. д.
Централизованное регулирование обеспечивает требуемые уровни напряжения у основной массы электроприемников сети. Из-за многообразия потребителей и сетевых условий применение централизованных средств не всегда может обеспечить качество напряжения у всех потребителей. Поэтому местные средства регулирования дополняют централизованное регулирование напряжения.
На шинах источников питания осуществляется так называемое встречное регулирование напряжения, под которым понимается такое регулирование, когда на шинах понизительных подстанций в часы максимальной нагрузки напряжение повышается, а в часы минимальной нагрузки, наоборот, снижается. Согласно ПУЭ, встречное регулирование напряжения обеспечивается в пределах от 1,0 до 1,05 номинального напряжения сети. Увеличение напряжения в часы максимальной нагрузки необходимо для компенсации возрастающих в такой период потерь напряжения во всех элементах сети.
Как правило, регулирование напряжения осуществляется по графику напряжения, который составляется по каждому источнику питания сети ежеквартально. При этом предусматривается как суточное регулирование (уровни напряжения в дневное, вечернее и ночное время суток), так и сезонное регулирование напряжения (в зимнее и летнее время года). Графики напряжения уточняются с энергосистемой.
На источниках питания с трансформаторами, оборудованными устройствами А РИТ (автоматическое регулирование напряжения под нагрузкой), осуществляется автоматическое поддержание напряжения в соответствии с заданным законом его регулирования.
Для разработки графика или закона регулирования напряжения в процессе эксплуатации сети должен производиться систематический контроль напряжения в сети. Такой контроль заключается в периодическом измерении напряжения на сборных шинах 0,38 кВ ТП, на вводах в жилые дома и к потребителям; измерении напряжения в контрольных точках сети; ведении карт напряжения и проверке выполнения заданного графика напряжения на шинах источников питания.
Измерения напряжения на шинах ТП и вводных устройствах, как отмечалось, производятся одновременно с измерениями нагрузки в период максимальных и минимальных нагрузок сети. Выявленные в результате измерений участки сети с напряжением, превышающим допустимые отклонения, должны быть отмечены в журнале нарушения нормального режима сети и приняты соответствующие меры по улучшению качества напряжения.
Измерения напряжения в контрольных точках сети производятся для выявления состояния напряжения в наиболее характерных точках сетн. По каждому источнику питания устанавливаются две контрольные точки. Одна из них —в наиболее близкой от источника ТП, с наименьшей нагрузкой питающей линии 6—10 кВ, другая —в удаленной ТП, с наиболее протяженными и загруженными питающими и распределительными линиями. Наиболее целесообразно производить измерение один раз в квартал, так как при этом отражаются сезонные колебания напряжения в сети.
Измерения в контрольных точках производятся регистрирующими вольтметрами. В последнее время используются статистические приборы типа САКН-1. Измерение напряжения в обеих контрольных точках сети источника питания должно производиться одновременно. Вместе с измерением напряжения следует производить измерение нагрузки трансформаторов.
Для получения достоверных данных установку приборов следует производить на двое-трое суток. Снятая с прибора лента или результаты измерений должны быть обработаны, иметь отметку даты и времени включения и отключения прибора, места его установки, параметров трансформатора, его нагрузки, наименование питающих и распределительных линий и т. д.
Конкретное значение напряжения, как и нагрузки, является величиной случайной, поэтому в настоящее время при обработке результатов измерений применяют статистические методы, независимо от того, какой тип регистрирующего прибора используется при измерении напряжения.
Для примера рассмотрим особенности прибора САКН-1 и порядок обработки данных, измеряемых прибором. Указанный прибор, называемый статистическим анализатором качества напряжения, фиксирует число отклонений напряжения от номинального значения, в заданных интервалах, через равные промежутки времени, за весь период измерений. Диапазон измеряемых отклонений напряжения разбит на восемь интервалов, ступенями через 2,5%. Регулировка времени — в пределах от 10 до 150 с.
Показания прибора САКН-1
Таблица 6-5
В табл. 6-5 дан пример записи показаний САКН-1, при уставке прибора по времени 30 с. Во второй и третьей строках табл. 6-5 отмечены показания разрядных счетчиков прибора до и после его установки. Из сравнения этих показаний определяется число срабатываний прибора на каждом диапазоне отклонений напряжения. Как следует из табл. 6-5, в интервалах от 0,0 до —7,5 и от +10,0 до +12,5% прибор не работал и, следовательно, отклонений напряжения в этих диапазонах не было, В то же время было зафиксировано 425 срабатываний в интервале от 0,0 до +2,5% и т. д. Общее время установки прибора составило 47 ч 45 мин, число срабатываний — 5708.
Вероятность каждого измеренного значения отклонения напряжения определяется как отношение числа срабатываний в пределах каждого интервала к общему числу срабатываний прибора. Последнее отмечено в табл. 6-5.
При статистической обработке производится определение среднего значения отклонения напряжения (математическое ожидание) в процентах, а также дисперсии или стандарта, характеризующих разброс отклонений напряжения около среднего значения. Для прибора САКН-1 среднее значение определяется по формуле
где Vo — значение отклонения напряжения для середины нулевого интервала, %; ΔΚ — ширина интервала, %; А— промежуточный коэффициент. Значение последнего определяется как
где pi и wi — соответственно вероятность и условный номер интервала.
За нулевой интервал принимается наиболее близкий к середине гистограммы. Этому интервалу присваивается номер 0. Остальные интервалы получают условные номера — слева отрицательные, справа положительные, возрастающие на единицу. Последнее указано в табл. 6-5, принимая за нулевой интервал значение от +2,5 до +5,0%.
Приведенные формулы и данные табл. 6-5 позволяют оценить качество напряжения в рассматриваемом случае. Значение промежуточного коэффициента равно
А = — 1 · 0,074 + 1 · 0,56 Н- 2 · 0,188 =· 0,862.
Для нулевого интервала (от +2,5 до +5,0) середина V0= +3,75%. Тогда среднее отклонение напряжения в данном случае равно 
. Отсюда получаем
среднее напряжение: 380 + 0,059х380 = 402,4 В.
Согласно ГОСТ 13109—67*, суммарная вероятность нахождения отклонений напряжения в допустимых пределах должна составлять не менее 0,95. Данные табл. 6-5 позволяют в рассматриваемом случае оценить качество энергии и по этому, так называемому интегральному, показателю.
Предположим, что допустимый диапазон отклонений напряжения должен составлять от 0,0 до +10,0%. Тогда суммарная вероятность нахождения значения напряжения в указанном диапазоне, согласно данным табл. 6-5, составит 0,074 + 0,173+ + 0,56 + 0,188≈1, т. с. качество энергии в этом случае соответствует ГОСТ 13109—67.
Если допустимое отклонение напряжения должно составлять от +2,5 до + 10,0%, то по табл. 6-5 суммарная вероятность отклонений в указанном диапазоне в данном случае равна 0,173 + 0,56 + 0,188 = 0,921. Качество энергии не удовлетворяет требованиям ГОСТ и необходимо принимать меры по улучшению режима напряжения.
Рассмотренные измерения производятся, как правило, на шинах 0,38 кВ ТП, которые приняты в качестве контрольных точек. Допустимый диапазон отклонений напряжения в контрольной точке должен определяться в зависимости от допустимого отклонения напряжения на зажимах электроприемника, с учетом потерь напряжения в питающих линиях 0,38 кВ. В результате допустимый диапазон отклонений (в процентах) в контрольной точке будет равен:
верхний предел
нижний предел
где V+ и V- — допустимые отклонения напряжения на зажимах электроприемника, %; ΔUб и ΔUу — потеря напряжения в сети 0,38 кВ от контрольной точки соответственно до ближайшего и наиболее удаленного электроприем ника, %. Указанные пределы могут определяться для режима максимальной и минимальной нагрузки.
Потеря напряжения ΔU (в процентах) на линии равна 
Отличие от прибора САКН-1, показывает точный отрезок времени, в течение которого наблюдается некачественное напряжение. Последнее позволяет более правильно определить необходимые мероприятия по улучшению напряжения.
Результаты измерении напряжения в контрольных точках заносятся в карты напряжения, которые служат для
где I — нагрузка, А; r0 и x0 — соответственно активное и реактивное удельные сопротивления линии, Ом/км; I — длина линии, км; U — напряжение сети, кВ; cosφ — коэффициент мощности потребителя (сети).
Потеря напряжения (в процентах) может быть определена с использованием значений удельных потерь. В таком случае
где ΔU— удельные потери напряжения участка.
Если напряжение выходит за допустимые пределы, то следует еще раз проверить состояние напряжения в рассматриваемой, контрольной точке и принять меры по устранению ненормальности, после чего произвести повторное измерение.
Таблица 6-6
Потеря напряжения в кабельной линии 0,38 кВ с алюминиевыми жилами, %/(Α·км)
Таблица 6-7
Потери напряжения в кабельной линии с алюминиевыми жилами, %/(кА-км)
При разработке мероприятий рекомендуется установка регистрирующего вольтметра, который, в от оперативного учета напряжения в различных точках сети. На карте отмечаются результаты всех текущих измерений напряжения, которые используются для разработки графика напряжения или закона его автоматического регулирования на шинах 6—10 кВ источников питания.
Контроль за качеством напряжения предусматривает также разовые измерения, которые производятся после плановых изменений в сети, ее реконструкции, изменении схемы, параметров и т. п. Разовые измерения производятся при наличии жалоб потребителей на некачественное напряжение, в связи с чем устанавливается соответствующая система приема от потребителей таких сообщений и порядок устранения причин, вызвавших недопустимые отклонения. Каждое заявление должно быть занесено в журнал нарушений нормального режима и проверено путем установки в соответствующем узле сети регистрирующего прибора. При необходимости должны быть приняты меры по улучшению качества напряжения. После выполнения этих мер производится повторное измерение напряжения.
При разработке мероприятий по поддержанию напряжения в требуемых пределах следует принимать во внимание характер нарушения стабильности напряжения. В случае выявления ненормального напряжения у большого числа потребителей, следует рассматривать вопросы изменения заданного графика напряжения на шинах 6—10 кВ источника питания.
В тех случаях, когда неудовлетворительное напряжение выявляется у отдельных потребителей, необходимо проведение мероприятий внутри городской сети. Эти мероприятия связаны с изменением схемы включения линий и трансформаторов сети или переключением регулировочных ответвлений на трансформаторах ТП. В первом случае, при изменении схемы сети воздействуют на потери напряжения на рассматриваемом участке сети. В зависимости от необходимости увеличить или уменьшить напряжение, производится включение в параллельную работу или вывод из параллельной работы линий и трансформаторов; переход на дву- или одностороннее питание потребителей; переключение питания на другие ТП; выравнивание нагрузки по фазам и т. п.
Наиболее эффективное воздействие на напряжение достигается за счет изменения коэффициента трансформации трансформатора путем использования его регулировочных ответвлений, которые предусматриваются на стороне обмотки ВН трансформатора. Они выводятся на переключатель ПБВ (переключатель без возбуждения), позволяющий изменением положения его рукоятки установить три или пять (в последних выпусках трансформаторов) различных коэффициентов трансформации.
трансформаторы выпускаются с четырьмя дополнительными ответвлениями ±2x2,5%.
Значения напряжений, подводимых к обмотке ВН трансформатора, в зависимости от ответвления обмотки, указаны в табл. 6-8. Напомним, что при подводе к ответвлению обмотки соответствующего напряжения (например, 10 кВ — к основному ответвлению, 10,5 кВ — к ответвлению +5% и т. д.) вторичное напряжение незагруженного трансформатора будет равно номинальному напряжению х. х. трансформатора (400 В).
Таблица 6-8
Напряжения ответвлений обмоток ВН трансформаторов распределительных сетей
Таблица 6-9. Значения надбавок напряжения для трансформаторов
Трансформаторы старого типа кроме номинального, имели еще два дополнительных ответвления, позволяющих изменить напряжение ступенями в пределах ±5%. Современные
Напряжение на зажимах вторичной обмотки определяется соотношением числа витков первичной и вторичной обмоток или коэффициентом трансформации трансформатора. Из данных табл. 6-8 можно определить, что коэффициент трансформации для транстрансформатора с номинальными напряжениями 10 кВ и 400 В изменяется в пределах от 10500:400=26,25 до 9500:400 = 23,75.
Нетрудно установить, что (при постоянном напряжении со стороны первичной обмотки трансформатора) чем больше коэффициент трансформации, тем меньше значение напряжения на зажимах его вторичной обмотки. Предположим, что напряжение, подводимое к первичной обмотке, составляет 10000 В. Тогда при установленном ответвлении 4-5, с учетом отмеченного коэффициента трансформации, равного 26,25, напряжение на зажимах вторичной обмотки составит 10 000:26,25 = 380 В. При ответвлении — 5, с учетом коэффициента трансформации 23,75, то же напряжение будет равно 10000:23,75 = 420 В.
Использование ответвлений позволяет регулировать вторичное напряжение трансформаторов за счет надбавок напряжения, значения которых, в зависимости от используемого ответвления, указаны в табл. 6-9.
При нагрузке трансформатора потери напряжения в его обмотках уменьшают вторичное напряжение против напряжения трансформатора. Это обстоятельство необходимо учитывать при определении напряжения на шинах ТП.
Потери напряжения в трансформаторе
определяются нагрузкой и коэффициентом мощности его нагрузки. Соответствующие значения приведены в табл. 6-10 при нагрузке трансформаторов, равной их номинальной мощности. Фактическая потеря напряжения изменяется пропорционально нагрузке трансформаторов.
Необходимое ответвление принимают по табл. 6-9 для ближайшего меньшего значения надбавки по сравнению с меньшей из вычисленных по приведенным уравнениям.
Выбранное таким образом ответвление обеспечивает выполнение требований ПУЭ о максимально допустимом положительном отклонении напряжения на зажимах ближайшего к источнику питания электроприемника, т. е. отклонение напряжения в пределах +5%.
С использованием аналогичных уравнений производится проверка отклонения напряжения в рассматриваемых режимах для наиболее удаленных электроприемников, с учетом максимально допустимого отрицательного отклонения напряжения.
Отметим, что переключение ответвлений должно производиться с полным отключением трансформатора и выполнением соответствующих мер безопасности. Поэтому переключение следует производить либо при существенном изменении параметров сети, либо один-два раза в год, перед летним и зимним сезонами.
