г) Определение выдержек времени
Выбор выдержек времени производится в зависимости от характера нагрузки и целей регулирования напряжения. При этом руководствуются общим положением, согласно которому регулятор должен компенсировать длительные, а не кратковременные изменения напряжения.
Величина выдержек времени оказывает существенное влияние на работу устройств автоматического регулирования напряжения любого типа. С увеличением выдержки времени резко сокращается количество переключений, общая зона нечувствительности заметно возрастает, а точность регулирования падает. Уменьшение выдержки времени повышает точность регулирования, однако частота переключений может возрасти, что вызовет преждевременный износ переключающего механизма. Наилучшей будет такая величина выдержки времени, которая обеспечит достаточно высокое качество регулирования напряжения при минимальном числе операций переключения.
Зависимость точности регулирования и числа переключений от выдержки времени показана на рис. 44, где приведен схематический график изменения напряжения на выходе регулируемого трансформатора при различных выдержках времени и зоне нечувствительности.
При нулевой выдержке времени (случай I) число переключений для данной зоны нечувствительности будет наибольшим, что соответствует наивысшему качеству напряжения. С увеличением выдержки частота переключений уменьшается (случаи II и III). Если же, увеличив вполовину зону нечувствительности, оставить прежней величину выдержки времени, то, несмотря на то же число переключений, качество напряжения ухудшается (случай IV). Таким образом, число переключений в значительной степени определяет качество регулирования напряжения.
На практике для подстанционных регуляторов принимают выдержки времени в пределах 40—60 сек, причем последнее значение рекомендуется заводами-изготовителями. Однако это крайнее значение не всегда удовлетворяет потребителей электроэнергии, так как вызывает некоторое снижение качества регулирования напряжения. На рис. 45 представлены зависимости среднесуточного числа переключений от величины принятой выдержки времени, полученные при эксплуатации регулируемых трансформаторов средних мощностей типа ТМН. Более высокое качество регулирования соответствует меньшей нечувствительности и обеспечивается увеличением частоты срабатывания или за счет уменьшения выдержек времени. Для трансформаторов этого типа можно рекомендовать значения выдержек времени 40—45 сек, что при достаточном качестве регулирования напряжения обеспечит длительную работу переключающего устройства.
Рис. 44. Схематическое изменение напряжения на входе и выходе регулятора ступенчатого типа и частота срабатывания при различных выдержках времени.
n — число переключений; ∆t — выдержки времени.
Рис. 45. Изменение числа срабатываний переключающего устройства в зависимости от величины выдержки времени регулируемых трансформаторов (nср — среднее число переключений за сутки).
1 — для устройства с зоной нечувствительности 3,75%; 2, 3 — то же с зоной 4,75%.
При выборе выдержек времени следует также учитывать характер изменения регулируемого напряжения. Так, при значительных скоростях изменения напряжения во времени (т. е. при больших углах наклона графика напряжения) отклонения напряжения в течение той же выдержки времени достигнут больших значений, чем при медленном изменении напряжения. Учитывая, что скорости нарастания и спада напряжения в сети могут быть различными (наибольшие скорости изменения наблюдаются в период дневных максимумов нагрузки), более удобной была бы система, в которой время выдержки обратно пропорционально отклонению. Это позволило бы сохранить точность регулирования напряжения стабильной независимо от скорости изменения регулируемого напряжения. Отечественные реле времени, применяемые для регулирующих устройств, не реагируют на характер изменения напряжения и не учитывают величину отклонения или разность между существующим и заданным значением напряжения. Для повышения точности регулирования потребуется реле с зависимой выдержкой времени, у которого с увеличением отклонения выдержка времени уменьшается. Целесообразным является также сокращение времени или даже отказ от последующих выдержек, если требуется осуществить переключение больше чем на одну ступень. Во всяком случае тип реле времени должен выбираться в зависимости от места установки регулятора, его назначения и характера изменения напряжения.
Примером неправильного выполнения устройства выдержки времени является система, принятая для небольших одноступенчатых регуляторов напряжения (типа ТСМН). Выдержка времени у таких регуляторов создается при движении сердечника электромагнита переключателя, вытесняющего масло через калиброванное отверстие переменного сечения. При такой конструкции невозможно осуществить постоянную выдержку времени, так как изменение вязкости масла (при колебаниях нагрузки, нагрева трансформатора и температуры окружающего воздуха) в значительной степени влияет на ее величину, а также нельзя получить выдержки времени больше чем 30—40 сек. Попытки установить большие выдержки времени требуют значительного уменьшения сечения отверстия, что приводит к его закупориванию, неравномерному движению электромагнита и нечеткой работе переключателя. Между тем у таких распределительных трансформаторов необходимо иметь возможность увеличивать в 2—3 раза выдержку времени по сравнению с подстанционными регуляторами. Это даст возможность отстроиться от снижений напряжения, вызванных пусковыми токами электродвигателей. При включении достаточно мощных электродвигателей устройство с выдержками времени порядка 10—15 сек будет реагировать на пусковые токи и переключать ответвления трансформатора, а после завершения пуска двигателей, когда напряжение восстанавливается, — вновь переключать в обратную сторону. Естественно, что в данном случае возникающие качания регулятора не оправданы требованиями улучшения напряжения в сети. На рис. 46 показаны графики изменения напряжения на входе и выходе одноступенчатого регулируемого трансформатора, а также изменения его нагрузки. Графики сняты для характерных часов суток с изменяющейся электродвигательной нагрузкой. Как видно из рисунка, срабатывания регулирующего устройства в точках 1—3 не оправданы требованиями напряжения и вызваны пусковыми токами электродвигателей.
Рис. 46. Регистрограммы изменения напряжений на первичной и вторичной сторонах одноступенчатого регулируемого трансформатора типа ТСМН и его нагрузки за несколько часов суток.
1,2, 3 — точки графика вторичного напряжения, характеризующие неоправданные срабатывания регулятора.
В отдельные часы суток с резко переменной нагрузкой число таких ложных переключений может быть достаточно велико, что приведет к быстрому износу переключающего устройства за сравнительно короткий срок его эксплуатации. Исходя из этого, для таких регуляторов потребуется, очевидно, выдержка времени порядка 1,5—2 мин.
При наличии в сети нескольких регуляторов напряжения значения выдержек времени рекомендуется выбирать с учетом всех этих регуляторов, осуществляя некоторую избирательность переключений. Выдержки времени у регуляторов потребителей или сетевых рекомендуется принимать несколько большими по величине, чем для регулятора, установленного на подстанции, в начале этой линии. Например, если подстанционный регулятор работает с выдержкой времени 45 сек, то сетевые регуляторы должны настраиваться на выдержку времени не менее 50—60 сек. Это требование объясняется стремлением избежать частых переключений сетевых регуляторов до того, как сработает общий подстанционный регулятор, улучшающий уровни напряжения одновременно во всех отходящих линиях.
