Регулирование напряжения в сетях
Задачей регулирования напряжения в электрических сетях является обеспечение нормальных технических условий и экономичности совместной работы электрических сетей, электроприемников и связанных с ними производственных механизмов.
Вопросы баланса и распределения реактивной мощности, выбора и размещения ее источников, повышения коэффициента мощности и экономичности работы электрических сетей должны рассматриваться совместно с вопросами регулирования напряжения.
Основным способом регулирования напряжения в распределительных сетях 6-20 кв является регулирование в центрах питания (ЦП). Под ЦП подразумеваются шины 6-20 кв распределительных устройств понизительных подстанций или электрических станций.
В нормальных условиях в ЦП следует осуществлять встречное регулирование, при котором обеспечивается компенсация потери напряжения в сети.
Для распределительных электрических сетей с электроприемниками, которые характеризуются практически однотипными графиками изменений нагрузок во времени, можно ограничиться регулированием напряжения в ЦП. Если такое регулирование не обеспечивает необходимого качества напряжения для отдельных групп потребителей, следует применять средства местного регулирования напряжения.
Для осуществления местного регулирования напряжения могут применяться:
1)автоматически управляемые конденсаторные батареи;
2)линейные регулировочные автотрансформаторы;
3)индивидуальные регулирующие устройства у трансформаторов технологических агрегатов (электрические печи, выпрямительные устройства и т. п.).
Регулирование напряжения в ЦП
На шинах ЦП должно осуществляться встречное регулирование напряжения, при котором напряжение поддерживается тем выше, чем больше нагрузка трансформатора.
На рис. 11-1 указан диапазон изменений напряжения на шинах ЦП при изменениях нагрузки трансформатора от максимальной до минимальной.
Рис. 11-1.
Диаграмма напряжений на шинах ЦП при встречном регулировании
Здесь:
— отклонение напряжения на шинах ЦП при наибольшей нагрузке трансформатора (верхняя граница зоны нечувствительности), %;
— отклонение напряжения на шинах ЦП при наименьшей нагрузке трансформатора (нижняя граница зоны нечувствительности), %;
— отклонение напряжения, соответствующее средней величине напряжения при наибольшей нагрузке трансформатора, %;
— то же при наименьшей нагрузке трансформатора, %;
— зона нечувствительности регулирующего устройства, % (величины, относящиеся к режиму максимальных нагрузок, отмечаются двумя штрихами, к режиму минимальных нагрузок — одним штрихом).
Зоной нечувствительности называется диапазон изменений напряжения, при котором не происходит срабатывания аппаратуры регулирования.
Величина зоны нечувствительности принимается на 0,5-0,7% больше ступени регулирования.
На рис. 11-2 представлена схема ЦП и линии распределительной сети 6-20 кв, к которой присоединены трансформаторы с коэффициентом трансформации 6-20/0,23-0,69 кв. Предполагается, что электроприемники присоединяются только к сетям напряжением до 1000в.
Параметры сети и диапазон регулирования на шинах ЦП должны быть выбраны таким образом, чтобы для всех электроприемников обеспечивалось выполнение условия
где 
— отклонение напряжения на зажимах электроприемника, %;
— наибольшие соотвественно положительное и отрицательное отклонения напряжения на зажимах электроприемников, %.
В наиболее тяжелых условиях могут оказаться в зависимости от режима работы сети или ближайшие к трансформатору электроприемники А1, А2,… или наиболее удаленные В1, В2,… .
Если условие (11-1) будет удовлетворено для этих приемников для всех режимов работы сети, то оно также будет удовлетворяться для остальных присоединенных к сети приемников.
Рис. 11-2.
Диаграмма отклонений напряжения на зажимах ближайших и наиболее удаленных электроприемников при встречном регулировании на шинах ЦП
На рис. 11-2 представлены диаграммы отклонений напряжения на зажимах ближайших и наиболее удаленных приемников для режимов максимальных и минимальных нагрузок. Эти диаграммы построены в предположении, что присоединенная к сети нагрузка однородна и графики изменений активных и реактивных нагрузок во времени одинаковы для всех групп электроприемников. При этом условии отношение потерь напряжения при режимах минимальных и максимальных нагрузок будет во всех элементах сети одинаковым и равным отношению минимального I‘ и максимального I» токов трансформатора в ЦП:
Распределительные трансформаторы имеют пять ответвлений: основное и четыре дополнительных ±2×2,5%, переключение которых возможно только при отключенном от сети трансформаторе («переключение без возбуждения» — ПБВ). Каждому ответвлению соответствует определенная величина добавки напряжения трансформатора, которая определяется по формуле
где 
— относительная величина номинального напряжения вторичной обмотки трансформатора;
— относительная величина номинального напряжения первичной обмотки с учетом использованного ответвления.
Величины добавок напряжения для распределительных трансформаторов приведены в табл. 11-2.
| Таблица 11-2 Величины добавок напряжения трансформаторов | ||||
|---|---|---|---|---|
| Ответвление первичной обмотки трансформатора, % | Величина добавки напряжения трансформатора, % | |||
| Номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора, в | Округленное значение добавки, % | |||
| 230 | 400 | 630 | ||
| +5 +2,5 0 -2,5 -5 | -0,43 2,0 4,55 7,23 10,05 | 0,25 2,70 5,26 7,96 10,80 | - 0,43 2,00 4,55 7,23 10,05 | 0 2,5 5 7,5 10 |
Линия распределительной сети 6-20 кв может быть разбита по длине на зоны, каждая из которых соответствует определенному ответвлению обмотки трансформатора. Ближайшая к ЦП зона соответствует ответвлению +5%, для которого добавка напряжения наименьшая; за нею располагаются зоны следующих ответвлений. Изменения напряжения в сетях до 1000 в на границе двух соседних зон (отрезки А2, А3, A4 и т. д. на диаграммах напряжений на рис. 11-2) равны разности добавок напряжений ответвлений этих зон.
Для однородных нагрузок могут быть определены диапазон встречного регулирования напряжения на шинах ЦП от 
до 
, допустимые потери напряжения в сетях до 1000 в 
и в сети 6-20 кв 
, а также число используемых ответвлений распределительных трансформаторов.
При выводе последующих формул принимается, что потери напряжения во всех распределительных трансформаторах и от каждого трансформатора до ближайшего электроприемника равны.
На рис. 11-3 указаны выражения, определяющие потери напряжения в элементах сети от шин ЦП до зажимов электроприемников, находящихся в наиболее неблагоприятных условиях работы. Величины потерь напряжения в трансформаторах уменьшены на величины добавок напряжения, соответствующих принятым ответвлениям обмоток. В числителях дробей указаны выражения, относящиеся к режиму максимальных нагрузок, в знаменателе — к режиму минимальных нагрузок.
Рис. 11-3.
Потери напряжения в сети в режимах максимальных и минимальных нагрузок
1. Наибольшее отклонение напряжения на шинах ЦП при режиме максимальных нагрузок ограничивается условием, что отклонение напряжения на зажимах ближайшего к ЦП электроприемника не превосходит допустимого 
(рис. 11-3):
где 
— потеря напряжения в сети 6-20 кв от ЦП до ближайшей ТП, %;
— потеря напряжения в трансформаторе, %;
— потеря напряжения от вторичной стороны распределительного трансформатора до ближайшего электроприемника, %;
-добавка напряжения для ответвления +5%.
2.Из диаграммы напряжений на рис. 11-2 видно, что наиболее низкое напряжение в режиме максимальных нагрузок будет на зажимах приемника В2, получающего питание от трансформатора 2, присоединенного к сети 6-20 кв в конце зоны ответвления +5%. Напряжение на этом приемнике будет оставаться в пределах допустимого при выполнении условия (см. рис. 11-1 и 11-3)
где 
— добавка напряжения при ответвлении обмотки трансформатора +2,5, %.
Отсюда определяется величина допустимой потери напряжения в сети до 1000 в:
3.Наименьшее отклонение напряжения на шинах ЦП в режиме минимальных нагрузок ограничивается условием, что отклонение напряжения на зажимах электроприемника В2 не выходит из допустимых пределов (см. рис. 11-2 и 11-3):
В последней формуле в скобках указана суммарная потеря напряжения от ЦП до электроприемника В2 при режиме максимальных нагрузок, а коэффициент К, определяемый по формуле (11-2), учитывает уменьшение указанной потери напряжения при режиме минимальных нагрузок.
4.Номер ответвления х последней зоны определяется из условия, что отклонение напряжения на зажимах электроприемника Ах
в режиме минимальных нагрузок не превышает допустимого 
(рис. 11-2 и 11-3):
где 
— добавка напряжения для ответвления х обмотки трансформатора, %.
Отсюда
По табл. 11-2 подбирается номер ответвления, для которого добавка не превышает величины, полученной по формуле (11-8).
Подставив уточненное значение добавки 
в формулу (11-7), получим верхний предел допустимых отклонений напряжения на шинах ЦП в режиме минимальных нагрузок 
. Нижний предел этого отклонения 
был определен выше по формуле (11 -6).
Таким образом, в режиме минимальных нагрузок отклонения напряжения на шинах ЦП должны удовлетворять условию
5.Величина допустимой потери напряжения в сети 6-20 кв определяется концом зоны ответвления х обмотки трансформатора
(рис. 11-3):
6.Средние величины напряжений в режимах максимальных и минимальных нагрузок могут быть определены соответственно по формулам (см. рис. 11-1):
Пример 11-1.
Определить диапазон регулирования напряжения в ЦП и величины допустимых потерь напряжения в городских распределительных сетях 380/220 в и 6-20 кв при следующих условиях:
1.Нагрузка сети однородна и графики ее изменений во времени для всех присоединенных к сети 6-20 кв трансформаторов практически одинаковы.
2.Отношение минимального суммарного тока трансформатора в ЦП к максимальному К=0,2.
3.Зона нечувствительности устройства РПН(регулирование напряжения под нагрузкой) в ЦП 
4.Допустимые отклонения на зажимах приемников
5.Потери напряжения в трансформаторе для режима максимальных нагрузок 
6.Потеря напряжения от шин ЦП до ближайшей ТП 
7.Потеря напряжения от шин распределительного щита в ТП до ближайшего электроприемника 
Решение.
Последовательно определяются по формулам (11-4), (11-5), (11-6) и (11-8):
По табл. 11-2 выбираем ответвление обмотки трансформатора -2,5%, для которого добавка напряжения удовлетворяет условию
7,96<8,05%.
Верхний предел допустимых отклонений напряжения на шинах ЦП определяем по формуле (11-7):
Принимаем в соответствие с формулой (11-9) 
По формулам (11-10), (11-11) и (11-12) определяем
Пример 11-2.
Найти решение для данных примера 11-1, но при условии, что распределительная сеть города получает питание через шины РП и ближайшая к ЦП трансформаторная подстанция присоединена в точке сети, потеря напряжения до которой от шин ЦП составляет:
Решение: