По образному выражению проф. В. А. Веникова электричество является для современного человека таким же элементом окружающей среды, как атмосфера, или мировой океан. Будучи тесно связанным с этой своеобразной средой, человек предъявляет к ней определенные требования и, в то же время своей деятельностью влияет на ее качественные показатели.
Основными показателями качества электроэнергии при питании от электрических сетей трехфазного тока является отклонения и колебания частоты, степень несинусоидальности формы кривой напряжения, несимметрия напряжений и смещение нейтрали, отклонения и колебания напряжения.
Нормы на эти показатели качества электроэнергии в точках сетей, к которым непосредственно присоединяются энергоприемники, определяются ГОСТ 13109—87.
Отклонения показателей качества электроэнергии, в том числе уровня напряжения, от номинальных значений подразделяются на нормально допустимые, которые должны соблюдаться в течение 95 % времени суток и максимально допустимые, которые не должны быть превышены в течение всего времени, включая послеаварийные режимы.
Требования к точности поддержания напряжения различны для различных видов нагрузки . Весьма чувствительны к отклонениям напряжения осветительные установки. Показатель степени зависимостей светового потока и срока службы ламп накаливания составляет соответственно 3,61 и — 13,57, поэтому при снижении напряжения на 10% световой поток уменьшается на 32%, а при увеличении напряжения на 10% срок службы снижается в 4 раза. Люминесцентные лампы менее чувствительны к отклонениям напряжения, однако, при больших снижениях напряжения лампы или не загораются или мигают, что резко снижает срок их службы.
Весьма значительный ущерб от отклонений напряжения имеет место в промышленных электротермических и электролизных установках. Снижение напряжения питания дуговых электропечей всего на 6 % приводит к столь резкому снижению температуры, что плавка вообще не может быть доведена до конца. Отклонения, а тем более быстрые колебания напряжения в пределах ±5 % полностью нарушают нормальную работу установок электролиза для производства хлора и каустической соды.
Отклонение напряжения влияет и на работу асинхронных двигателей. Правда, влияние отклонений напряжения на их скорость, а, следовательно, и на производительность механизмов не столь велико, если эти отклонения не носят аварийного характера, однако такие отклонения вызывают увеличение потребляемого тока и реактивной мощности, что приводит к дополнительному ущербу для других потребителей.
Современные электросети являются сложными системами, к тому же они подвержены постоянным изменениям, поэтому совершенно невозможно заранее обеспечить оптимальные условия работы для каждого потребителя, и оперативное регулирование напряжения является необходимым.
Простейший вид регулирования — это стабилизация напряжения непосредственно у потребителя на практически неизменном уровне при помощи регулирующего устройства малой мощности. Нетрудно, однако, показать, что, удовлетворяя потребности данного конкретного потребителя, такой способ регулирования всегда вреден для других потребителей.
В самом деле, предположим, что напряжение в точке подключения энергоприемника снизилось до недопустимых пределов. Включив местное регулировочное устройство, например, автотрансформатор или стабилизатор напряжения, нетрудно ввести уровень напряжения в требуемые пределы. Однако при этом неизбежно возрастет потребляемый ток и реактивная мощность, что приведет к дальнейшему снижению напряжения на входе регулятора, а значит и к дополнительному ущербу для всей системы в целом.
Гораздо выгоднее поддерживать напряжение на надлежащем уровне в тех точках энергетической системы, к которым подсоединены распределительные сети, т. е. в центрах питания.
При этом в период наибольших нагрузок напряжение устанавливается выше номинального напряжения сети с целью компенсации потери напряжения в сетях и поддержания напряжения у достаточно удаленного потребителя близким к номинальному. В период наименьших нагрузок напряжение понижают.
Такое регулирование называют встречным.
Ясно, что полностью избежать необходимости регулирования напряжения непосредственно у потребителя невозможно, хотя бы потому, что невозможно согласование графики нагрузки и периоды включенною и отключенного состояния всех потребителей, питаемых отданного узла энергосистемы.
Тем более необходимо местное регулирование, если требуется не просто поддерживав напряжение на неизменном уровне, а регулировать его по определенному закону в соответствии с требованиями технологического процесса. Например, в металлургических электропечных установках требуется большая мощность в период расплава шихты и меньшая — в более спокойном режиме «доводки» продукции до требуемого состояния.
В общем случае только сочетание местного и «узлового» регулирования напряжения может обеспечить режим, достаточно близкий к оптимальному.
Существуют различные способы регулирования напряжения в энергосистемах.
В настоящее время большинство силовых трансформаторов выполняются с регулированием напряжения, которое может осуществляться либо без возбуждения, т. е. при отключенном трансформаторе, либо под нагрузкой (без перерыва электроснабжения потребителя).