Регулиране на напрежението в разпределителни системи

ЕлектроапаратурaСп. Инженеринг ревю - брой 8/2019 • 28.11.2019

Обикновено ефективността на разпределителните системи и качеството на предоставяната услуга по снабдяване се определят спрямо липсата на прекъсвания и поддържането на задоволителни нива на напрежението при клиента, които са в определени граници за съответния тип услуга. От икономически съображения електроразпределителните дружества не могат да осигуряват на всеки клиент напрежение, съответстващо точно на номиналните за оборудването му стойности. Ето защо честа практика сред операторите на разпределителни мрежи е да поддържат такива нива и обхвати на колебание на напрежението, удовлетворяващи функционирането на съоръженията съгласно различните национални стандарти.

Въз основа на опита е установено, че твърде високите нива на напрежението съкращават периода на експлоатация на електрическите лампи, намаляват живота на електронните устройства и предизвикват преждевременни повреди в някои типове уреди. От друга страна, твърде ниските напрежения намаляват нивата на осветеност, забавят загряването на отоплителните уреди, създават трудности при стартирането на двигатели или водят до прегряването и/или трайното им увреждане. Повечето видове оборудване обаче работи задоволително в определен обхват на напрежението, което позволява наличието на отклонения в разумни граници.

 

Управление на напрежението

Поддържането на напрежението в разпределителните вериги в определени допустими граници изисква осигуряване на средства за управление на стойността му, т. е. за увеличаване на мрежовото напрежение, когато то е твърде ниско, и за намаляването му, когато то е прекомерно високо. Има много начини за подобряване на цялостното регулиране на напрежението в разпределителните системи. Сред възможностите са: използване на регулатори за напрежението на генераторите; прилагане на устройства за регулиране на напрежението в разпределителните подстанции; употреба на кондензатори в разпределителните подстанции; балансиране на товарите на първичните захранващи линии; увеличаване на сечението на проводниците на захранващите линии; промяна на участъци от захранващата линия от едно- към многофазни; прехвърляне на товари към нови захранващи линии; инсталиране на нови първични захранващи линии и подстанции; увеличаване на нивото на първичното напрежение; използване на регулатори на напрежението на захранващите линии; използване на шунтови или последователно свързани кондензатори в първичните захранващи линии.

Изборът на един или няколко метода зависи от конкретните изисквания на системата. Въпреки това автоматичната настройка на напрежението винаги се осигурява чрез регулиране на шините в подстанцията, регулиране на отделната захранваща линия в подстанцията и допълнително регулиране по линията с регулатори, монтирани на стълбове. Разпределителните подстанции са оборудвани с трансформатори с устройства за регулиране на напрежението под товар (LTC) или с отделни регулатори на напрежение, които осигуряват регулиране при шините.

Регулаторите на напрежение са предназначени автоматично да поддържат предварително зададено ниво на напрежение, което в противен случай би се променяло с товара. С увеличаване на товара регулаторът повишава напрежението при подстанцията, за да компенсира нарасналия пад на напрежението в разпределителната захранваща линия. В случаи, при които потребителите се намират на големи разстояния от подстанцията или при които падът на напрежение по протежение на първичната верига е прекомерно висок, инсталирането на спомагателни регулатори или кондензатори, разположени в избрани точки от захранващата линия, осигурява допълнително регулиране. Много оператори знаят от опит, че икономически най-ефективният начин за регулиране на напрежението в необходимите граници е да се използват както стъпкови регулатори на напрежение, така и шунтови кондензатори.

Кондензаторите се инсталират на захранващите линии и на шините в подстанциите с такива капацитети, че да се постигне икономически ефективен фактор на мощност. Много от тези инсталации имат сложно управление, проектирано да осъществява автоматично комутиране. Фиксираният кондензатор не е регулатор на напрежение и не може да се сравнява директно с регулаторите, но в някои случаи автоматично комутираните кондензатори могат да заменят конвенционалните регулатори от стъпков тип за контрол на напрежението на разпределителните захранващи линии.

 

Регулатори на напрежение на захранващите линии

Тези устройства се използват широко за регулиране на напрежението на всяка захранваща линия поотделно с цел поддържане на подходящо постоянно напрежение в точката на използване. Те са или индуктивен тип, или стъпкови. Днес обаче съвременните стъпкови регулатори на напрежение практически са заменили регулаторите от индуктивен тип.

Стъпковите регулатори на напрежение могат да бъдат: тип станция, които могат да са едно- или трифазни и които могат да се използват в подстанции за регулиране на напрежението на шините или на отделна захранваща линия; тип разпределителни, които могат да бъдат само еднофазни и се използват монтирани на стълбове на въздушните първични захранващи линии. Еднофазните стъпкови регулатори на напрежение се предлагат с капацитет от 25 до 833 kVA, докато трифазните – с капацитет от 500 до 2000 kVA. За някои устройства стандартният номинален капацитет може да се увеличи с 25-33%.

Стандартните номинални напрежения са от 2400 до 19 920 V, което позволява регулаторите да се използват в разпределителни вериги тип звезда от 2400 до 34 500 V (заземени)/19 920 V (многократно заземена неутрала). Стъпковите регулатори на напрежение за шини могат да се използват до 69 kV.

Стъпковите регулатори на напрежение всъщност представляват автотрансформатори с множество изводи (или стъпки) в последователно свързаната намотка. Повечето регулатори са проектирани да коригират напрежението на линията от 10% повишаване до 10% понижаване в рамките на 32 стъпки, с 5/8% промяна на напрежението на всяка стъпка. Ако две вътрешни намотки на регулатора са свързани последователно, устройството може да се използва за ±10% регулиране; когато те са свързани успоредно, номиналният ток на регулатора ще се увеличи до 160%, но обхватът на регулиране ще се намали до ±5%.

Освен автотрансформаторния компонент стъпковият тип регулатор има още два основни елемента, а именно превключвател на коефициента на трансформация и контролен механизъм. Всеки регулатор на напрежение обикновено е снабден с необходимите контролни системи и аксесоари, така че коефициентът на трансформация да може да се сменя автоматично под товар от устройството, реагиращо на чувствително на напрежение управление, което позволява поддържането на предварително зададена изходна стойност. Получавайки входен сигнал от напреженов и токов трансформатор, контролният механизъм предоставя управление на нивото на напрежение и обхвата. Един такъв контролен механизъм е релето за регулиране на напрежението, което управлява смяната на коефициента на трансформация. Това реле има следните три основни настройки:

Зададено напрежение: Това е желаната стойност на изхода на регулатора. Това също е и така наречената начална точка или център на обхвата.

Обхват: Регулаторът на напрежение следи каква е разликата между измереното и зададеното напрежение. Само когато разликата надвиши половината от обхвата, започва промяна на коефициента на трансформация.

Времезакъснение: Това е периодът на изчакване между момента, в който напрежението излезе извън обхвата, и момента, в който контролерът инициира промяна на коефициента на трансформация. По-дългите времезакъснения намаляват броя на промените на коефициента на трансформация. Обикновено времезакъснението е от порядъка на 10-120 секунди.

В допълнение, контролният механизъм осигурява също и възможност за настройка на компенсирането на линейния пад чрез избиране на настройките за съпротивление и реактивно съпротивление.

Така наречените автобустъри по същество са еднофазни регулиращи автотрансформатори, които осигуряват четиристъпково регулиране на напрежението на захранващата линия без високата степен на сложност на 32-стъпковите регулатори. Те могат да се използват при вериги с номинални напрежения от 2,4 до 12 kV при свързване в триъгълник и от 2,4/4,16 до 19,92/34,5 kV при свързване в звезда с многократно заземена неутрала. Автобустърът може да има постоянен номинален ток от 50 или 100 A. Всяка стъпка представлява или 1,5%, или 2,5% промяна на напрежението в зависимост от това дали устройството е с 6% или 10% обхват на регулиране съответно. Цената им е много по-ниска от тази на стандартните регулатори на напрежение.

 

Компенсиране на пада

Регулаторите на напрежение, разположени в подстанцията или свързани към захранващата линия, се използват с цел да поддържат напрежението постоянно спрямо определена точка, без да се взема предвид големината или факторът на мощност на товара. Точката на регулиране обикновено се избира да бъде някъде между регулатора и края на захранващата линия. Това автоматично поддържане на напрежението се постига чрез задаване на настройки за регулируеми съпротивление и реактанс на устройство, наречено компенсатор на пада, разположено на таблото за управление на регулатора на напрежение. Определянето на съответните зададени настройки зависи от това дали има или няма товар по захранващата линия между регулатора и точката на регулиране.

 

Колебания на напрежението

От гледна точка на качеството на предоставяната услуга операторите на електроразпределителни мрежи се опитват да не застрашават останалите потребители в процеса на обслужване на тези, които биха могли да генерират свръх количество пикове според стандартите на компанията. Поради това разпределителните вериги се проверяват, за да се определи дали пиковете, създадени от нов товар на потребител в допълнение към съществуващите товари, генериращи колебания, ще съответства на стандартите на дружеството. Решението дали да се обслужва такъв потребител се основава на местоположението на товара, типа му, работното напрежение и др.
Моментните или импулсни товари се разглеждат както от гледна точка на пускови изисквания, така и по отношение на промяната в мощността за единица време. Често по-сериозните колебания в напрежението се дължат по-скоро на работата на импулсни натоварвания, отколкото на пускови товари. Обикновено импулсните товари като шлифовъчни машини, чукови мелници, трошачки, бутални помпи и апарати за електродъгово заваряване изискват допълнително проучване.

Инженерите, обслужващи разпределителните системи, се стремят да поддържат колебанията в напрежението в задоволителни граници чрез осигуряване на спазване на стандартите и изискванията на компанията в това отношение и чрез проектиране на нови разширения и обновяване на съществуващите, които да осигурят необходимото качество на услугата. Колебанията в напрежението, които се дължат на пускане на двигатели, могат да бъдат намалени с прилагане на следните мерки: използване на двигател, който изисква по-малко киловолтампери при пускане; избор на двигател с нисък пусков въртящ момент, ако двигателят се пуска под малък товар; смяна на големите двигатели с един или няколко по-малки; използване на софтстартери за намаляване на пусковия ток; използване на шунтови или последователно свързани кондензатори за корекция на фактора на мощност.

 

Top