Часть седьмая
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ СЕЛЬСКОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ГЛАВА 17
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, ОТПУСКАЕМОЙ СЕЛЬСКИМ ПОТРЕБИТЕЛЯМ
§ 49. Требования сельскохозяйственных потребителей к качеству электроэнергии.
Общие показатели качества электрической энергии.
Электрооборудование и приборы, используемые в сельском хозяйстве, могут работать в нормальных режимах и развивать номинальную мощность лишь при определенных значениях подведенного напряжения, частоты питающего тока и других показателях. Однако при эксплуатации электроприемников подведенное к ним напряжение может изменяться вследствие колебаний нагрузки сети и изменения режима ее работы. Также может изменяться и частота питающего тока при изменениях режима работы генераторов электростанций.
Отличие действительного напряжения, подведенного к зажимам электроприемников от номинального напряжения, является одним из основных показателей качества электроэнергии. В процессе нормальной эксплуатации сельской электрической сети наблюдаются плавные закономерные отклонения напряжения от какого-то среднего уровня или резкие кратковременные колебания напряжения, вызванные внезапным изменением режимов работы самих электроприемников.
Практически невозможно поддерживать напряжение у каждого электроприемника на уровне номинального значения. Поэтому нормами установлены пределы допустимых отклонений напряжения, которые удобно выражать в процентах от номинального напряжения, пользуясь формулой
где U — напряжение, подведенное к приемнику электроэнергии.
Отклонения напряжения могут быть как положительные (когда напряжение у приемника U выше номинального Uном), так и отрицательные (когда U < Uном).
В отличие от плавных изменений напряжения или отклонений резкие кратковременные колебания напряжения определяют как разность- между наибольшим Uмакс и наименьшим Uмин действующими значениями напряжения при скорости изменения последнего не менее 1% в секунду. Колебания напряжения также определяют по формуле
Отклонения частоты питающего тока от номинального значения (50 Гц) также должны быть ограничены. Не должна быть сильно искажена и форма кривой (синусоида) питающего напряжения.
Низкое качество электрической энергии, поставляемой потребителям, резко осложняет их работу и в ряде случаев может привести к значительному народнохозяйственному ущербу.
Большие отклонения напряжения, так же как и колебания напряжения, отрицательно сказываются на работе основных приемников электроэнергии — ламп накаливания и асинхронных электродвигателей. Так, при повышении подведенного к лампам напряжения на 10% срок их службы сокращается на 20—25%, а световой поток увеличивается на 35%. При понижении подведенного напряжения на 2,5% срок службы несколько увеличивается, а световой поток снижается примерно на 10%. Лампы дневного света (люминесцентные) в меньшей степени реагируют на изменения напряжения, однако при снижениях напряжения даже до 7—8% затрудняется зажигание ламп, а при повышении напряжения на такую же величину перегревается пусковая аппаратура ламп (стартеры).
У асинхронных электродвигателей при снижении напряжения на 10% уменьшается вращающий момент, развиваемый электродвигателем, в квадрате, т. е. момент снижается на 19%. Последнее приводит к увеличению скольжения на 27%, снижению скорости электродвигателя и его перегреву вследствие увеличения токов ротора и статора. При работе двигателя с повышенным на 10% напряжением вращающий момент увеличивается примерно на 20%, настолько же уменьшается скольжение, и двигатель может перегреться также за счет увеличения токов ротора и статора, что является ненормальным. Повышение напряжения на 15—20% может привести к пробою изоляции и выходу двигателя из строя.
Поэтому сохранение качества электроэнергии для обеспечения нормальной работы потребителей электроэнергии имеет огромное значение.
Требования потребителей к качеству электрической энергии. На качество электрической энергии разработаны нормы (ГОСТ 13109—67), составленные с учетом требований различных групп потребителей и условиями их электроснабжения.
Для потребителей электроэнергии, присоединенных к электрическим сетям сельскохозяйственных районов и сетям, питающимся от шин тяговых подстанций, расположенных в сельской местности, допускаются следующие отклонения напряжения:
на зажимах электрических двигателей и пусковых аппаратов в пре делах от —7,5 до +10% от поминального,
на зажимах остальных приемников электрической энергии в пределах от —7,5 до +7,5% от поминального значения.
Эти нормы относятся к предельным режимам, поэтому предполагается, что не менее 50 % электрической энергии, передаваемой с шин питающих районных подстанций (напряжением 35—110/6—10 кВ), будет потребляться в течение года с отклонениями напряжения в пределах +5% от номинального.
В послеаварийных режимах, а также при планово-предупредительных ремонтах (при длительности не более одних суток) допускается дополнительное понижение напряжения на 5%.
Колебания напряжения (т. е. быстрые его изменения) на зажимах ламп и радиоприборов допускаются в зависимости от частоты их повторения и определяются по следующей формуле
где п— число колебаний напряжения, в час; Δt— средний за час интервал между последующими колебаниями, мин.
Для остальных приемников электроэнергии, на которые колебания напряжения влияют меньше, они не нормируются.
Несинусоидальность кривой напряжения нормируется в пределах 5% изменения действующего значения напряжения основной частоты. В распределительной электрической сети с преобладающими однофазными осветительными и бытовыми электроприемниками допускается такая несинусоидальность кривой напряжения, при которой отклонения напряжения не превышают допустимых значений.
Отклонения частоты от номинального значения в нормальном режиме работы установки допускаются в пределах 0,1 Гц и временно в пределах 0,2 Гц.
Основными показателями качества электрической энергии, которые могут быть поддержаны в сети при ее сооружении и эксплуатации, являются отклонения напряжения у потребителей. Эти показатели в значительной мере определяются изменением уровней напряжения в сети, питаемой от сельской станции или подстанции, поэтому на этом вопросе следует остановиться более подробно.
Рис. 153. Схема и диаграмма изменения уровней напряжения в распределительной сети:
а — схема, б — диаграмма
Изменение уровней напряжения в электрической сети.
Для уяснения изменения уровней напряжения в сети рассмотрим схему и диаграмму, показанные на рис. 153. Электрическая сеть представлена центром питания (ЦП), линией Л-1 напряжением 10 кВ, трансформатором Т и линией Л-2 напряжением 0,4 кВ с подключенными к ней потребителями электроэнергии. Соответственные участки сети обозначены АБ, БВ и ВГ (рис. 153, а). Предположим, что в центре питания сети (точка Д), независимо от изменения нагрузки, поддерживается напряжение на 5% выше номинального. Посмотрим, какие будут отклонения напряжения у потребителей низковольтной сети, подключенных между точками В и Г при максимальной и минимальной нагрузках. Для определения этих величин надо знать изменение напряжения во всех элементах сети для двух режимов нагрузки (например, 100% и 25%). Изменения напряжения для обоих условий показаны в виде ломаных линий (рис. 153, б). На участке сети АБ потеря напряжения в линии определится как разница значений напряжения в точках А и Б и составит ∆Uаб%. Изменения напряжения в трансформаторе определяются надбавкой трансформатора Ет % (вертикальная линия) и потерей ΔUΤ % (наклонная линия). Тогда отклонения напряжения у ближайшего потребителя (в точке В) будут Кв при максимальной нагрузке и при минимальной нагрузке.
Потеря напряжения в линии низкого напряжения определится как разница между значениями напряжений в точках В и Г (ΔUβ1). При этом в режиме максимальной нагрузки в точке Г будут иметь место отрицательные отклонения напряжения (V'), а при минимальной нагрузке — положительные (V').
Таким образом, для определения отклонения напряжения у любого потребителя, подключенного к точкам В и Г линии Л-2, достаточно учесть все изменения напряжений на предыдущих участках сети. Так, для определения отклонений напряжения в точке Г потребуется суммирование всех надбавок и потерь до этой точки:
Отклонения напряжения в точке В находятся аналогично, но без учета" попер и напряжения в линии Л-2 (ΔUΒГ).
Как видно из диаграммы (рис. 153, б), изменения уровней напряжения в сети и у потребителей определяются потерями напряжения в линии и изменениями напряжения в трансформаторе ΕТ.
Надбавка трансформатора может быть создана выбором коэффициента его трансформации при подключении трансформатора к сети различными ответвлениями его первичной обмотки (их имеется обычно три через 5% витков или пять через 2,5% витков). Выбором ответвления трансформатора осуществляют регулирование напряжения на его вторичной стороне.
Если к любым из ответвлений трансформатора подводить номинальное напряжение линии Uном (равное, например, 35 или 10 кВ), то надбавка на вторичной стороне будет различной. Ниже даны приближенные значения надбавок трансформатора при холостом ходе, полученные в зависимости от выбранного ответвления.
При тех же условиях напряжение на вторичной стороне нагруженного трансформатора будет меньше на величину потери напряжения в нем, которую принимают равной в среднем 5% при номинальной нагрузке трансформатора.
Подбирая соответствующим образом ответвление трансформатора, можно создать благоприятные уровни напряжения в сети и у потребителей, что входит в задачу регулирования напряжения. Однако регулирование напряжения в целях сохранения качества напряжения у потребителей в пределах нормы может быть выполнено не только одними трансформаторами. Для этих целей применяются и другие технические средства, о чем будет рассказано ниже.
