Контроль за режимом напряжений и условиями работы сети

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ЗАДАЧА КОНТРОЛЯ
2 КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
3 РЕГУЛИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО НАПРЯЖЕНИЮ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Развитие производства основывается на современных технологиях, широко использующих электрическую энергию. В связи с этим возросли требования к надёжности электроснабжения сельскохозяйственных объектов, к качеству электрической энергии, к её экономному использованию и рациональному расходованию материальных и трудовых ресурсов при проектировании систем электроснабжения.
Электроснабжение, то есть производство, распределение и применение электроэнергии во всех отраслях народного хозяйства и быта населения – один из важных факторов технического прогресса.
На базе электрификации развивается промышленность, сельское хозяйство и транспорт. Главная особенность электроснабжения производства – необходимость подводить энергию к небольшому числу крупногабаритных объектов, сосредоточенных на территории. От проблемы рационального электроснабжения производства в значительной степени зависит экономическая эффективность применения электроэнергии. Для решения этих задач применяются решения технической политики: замена проводов на СИПы, установка трансформаторов, работающих без замены 40 лет, применение сухих выключателей.

1 ЗАДАЧА КОНТРОЛЯ
С течением времени в условиях эксплуатации электрических сетей изменяются их параметры и нагрузки. В связи с этим требуется систематическая· проверка соответствия всех условий работы сети предъявляемым требованиям. В частности, должен осуществляться систематический контроль за одним из основных показателей качества электроэнергии – за качеством напряжения. Под контролем за качеством напряжения обычно понимается контроль за отклонениями напряжения в нормальных, установившихся длительных эксплуатационных режимах. Эпизодические, кратковременные, даже сравнительно большие значения отклонений напряжения (но без нарушения работы ЭП) представляют значительно, меньший интерес, так как обычно они не имеют практического значения. В то же время мероприятия по устранению кратковременных отклонений напряжения могут быть весьма дорогими и не оправдываться с экономической точки зрения.
В современных электрических системах обеспечение требуемого качества напряжения в электрических сетях и у потребителей практически не может быть осуществлено без применения устройств для регулирования напряжения. В то же время задача регулирования напряжения в распределительных сетях может быть выполнена достаточно успешно только тогда, когда все параметры, от которых зависит режим напряжений, находятся в определенных пределах. Так, технически допустимый режим напряжений может быть только тогда, когда рационально спроектирована электрическая сеть, правильно размещены компенсирующие и регулирующие устройства и правильно выбраны уставки их автоматических регуляторов, если верно установлены регулировочные ответвления у трансформаторов с ПБВ, а потери напряжения в распределительных сетях находятся в допустимых пределах и т. д. Вопросы организации контроля за всеми этими показателями еще недостаточно разработаны, что в известной мере объясняется сложностью их реализации.
Распределительные сети являются весьма разветвленными. К ним присоединяется значительное количество ЭП, от сетей 6-20 кВ питаются многочисленные РТ. Поэтому исследование качества напряжения на зажимах всех ЭП или даже всех РТ практически невыполнимо. В связи с этим контроль за качеством напряжения должен проводиться в ряде характерных контрольных точек сети. Число их должно быть достаточным для оценки качества напряжения в распределительной сети в целом. В качестве таких контрольных точек должны выбираться пункты сети, являющиеся достаточно показательными и до которых просто могут быть определены потери напряжения. Например, при известных нагрузках и параметрах сети легко могут быть подсчитаны потери напряжения в пределах той или иной сети, в ряде случаев может быть заведомо известным, что потери в рассматриваемой сети или на ее участке весьма малы и т. п.
Контроль за режимом напряжений должен производиться для характеристики длительных нормальных эксплуатационных режимов. Этот контроль должен быть систематическим, длительным, с фиксацией существующего положения и желательно со статистической обработкой результатов. Таким образом, контроль за режимом напряжений должен производиться обобщенно за определенный промежуток времени и для определенной части сети. При анализе результатов контроля надо знать, например, за счет чего получилось значительное отклонение полученного обобщенного показателя от желаемого:
а) за счет большого отклонения напряжения, но очень кратковременного, или за счет большой длительности действия сравнительно небольшого отклонения напряжения;
б) имелись ли отклонения напряжения, выходящие за технически допустимые пределы;
в) в течение каких периодов времени имели место те или иные большие отклонения напряжения – в период большой нагрузки, когда это могло причинить неприятности или экономический ущерб потребителям, или в период малой нагрузки, когда это могло остаться почти незамеченным.
В распределительных сетях процесс изменения параметров рабочего режима является, как правило, случайным. Это связано прежде всего со случайным характером изменения нагрузок. В питающих сетях случайный характер изменения в большей степени справедлив лишь для отдельных типов нагрузок (тяговых, некоторых промышленных). Случайный характер изменения нагрузок приводит к случайному характеру изменения показателей качества напряжения. В этих условиях весьма эффективным является применение вероятностно-статистических (сокращенно вероятностных) методов контроля за качеством напряжения.

2 КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Нормы качества электроэнергии, поставляемой потребителям, устанавливаются в так называемой точке общего присоединения, т. е. в точке электрической сети общего назначения, электрически ближайшей к сетям рассматриваемого потребителя, к которой присоединены или могут быть присоединены электрические сети других потребителей.
Следовательно, качество электроэнергии в точке общего присоединения зависит от качества поставляемой электроэнергии и характера потребления питаемых электроприемников. Качество электроэнергии у потребителей, присоединенных к системам электроснабжения общего назначения, регламентируется государственным стандартом ГОСТ 13109. Нормы, установленные этим стандартом, являются теми уровнями, при которых обеспечивается электромагнитная совместимость электрических систем общего назначения и электрических сетей потребителей электроэнергии. Эти нормы являются обязательными во всех режимах работы системы электроснабжения, кроме режимов, вызванных стихийными бедствиями и непредвиденными ситуациями со стороны, не являющейся энергоснабжающей организацией и потребителем.
Стандартом устанавливаются показатели качества электроэнергии, нормы, которым должны соответствовать эти показатели, и методы оценки соответствия показателей указанным нормам. В приложении к стандарту указываются наиболее вероятные виновники ухудшения показателей качества электроэнергии. Например, энергоснабжающая организация может отрицательно влиять на отклонения напряжения, так как основными причинами, вызывающими недопустимые отклонения и колебания напряжения, являются низкий уровень эксплуатации электрических сетей и электроустановок, перегрузка сетей низкого напряжения, а также отсутствие местного регулирования. Энергоснабжающая организация также влияет на отклонения частоты, длительность провалов и импульсные напряжения.
Потребители электроэнергии заметным образом могут оказывать негативное влияние на несимметрию напряжения, искажение формы кривой напряжения и размах напряжения. Несимметричным режимом работы системы электроснабжения называется такой режим, при котором условия работы одной или всех фаз сети оказывается неодинаковым. Различают кратковременные и длительные несимметричные режимы. Кратковременная несимметрия обычно связана с аварийными процессами, такими как короткие замыкания, обрывы проводов линий электропередач с замыканием на землю и другие аналогичные процессы, которые, как правило, устраняются в результате срабатывания соответствующих устройств защиты. Длительная несимметрия возникает при подключении к системе электроснабжения несимметричных приемников, например осветительных приборов, различных однофазных установок, в том числе электровозов переменного тока. Несимметрия междуфазных напряжений (токов), определяется только наличием напряжения обратной последовательности, несимметрия фазных напряжений – напряжениями (токами) нулевой и обратной последовательностей. Следует отметить, что токи нулевой последовательности существуют, как правило, в сетях с напряжением выше 1000 В, работающих с глухозаземленной нейтралью, и распределительных сетях напряжением до 1000 В. В трехфазных сетях без нулевого провода эти токи отсутствуют.
Искажения формы кривой напряжения в основном определяются наличием в нагрузке таких устройств, как вентильные преобразователи, дуговые электропечи и сварочные агрегаты и другие подобные устройства. В сетях появляются токи высших гармоник, которые приводят к потерям в обмотках трансформаторов и двигателей, распределительных сетях, искажают работу измерительных приборов и средств телекоммуникаций, Большую опасность представляют токи, протекающие в нулевом проводе трехфазной сети.
В качестве примера рассмотрим процессы в трехфазной сети, если в ней протекают несинусоидальные токи, обусловленные нелинейными нагрузками. В этом случае величина тока в нулевом проводе достигает величин, которые превышают токи в фазах, причем превалируют токи третьей гармоники. В отечественных силовых трехфазных кабелях нейтральный провод имеет меньшее сечение, чем фазные. Например, если фазные провода имеют сечение 25 или 35 мм2, то нулевой – 16 мм2. Таким образом возникает опасность перегрева нейтрального провода, что опасно.
Показатель качества «отклонение напряжения» характеризуется значениями отклонения напряжения относительно номинального в точках присоединения потребителей электрической энергии к электрическим сетям с номинальным напряжением 380 В и выше. Величины отклонения устанавливаются в договорах на пользование электроэнергией между снабжающей организацией и потребителем с учетом необходимости выполнения норм стандарта ГОСТ 13109. В соответствии с этим стандартом нормальные и предельно допустимые значения отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии составляют ±5 и ±10% соответственно.
Несинусоидальность напряжения характеризуется коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициентом n-й гармонической составляющей напряжения. Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения определяется непосредственными измерениями и нормируется в зависимости от величины номинального напряжения в электрических сетях. Например, нормально допустимое значение этого коэффициента при номинальном напряжении сети 380 В – не более 8%, а предельно допустимое – не более 12%. При номинальном напряжении 35 кВ – 4 и 6% соответственно. Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения определяется также непосредственными измерениями гармонических составляющих линейных или фазных напряжений и подсчитывается по формуле:
KUn=1Ni=1N(KUni)2,где КU(n)i=U(n)i/U(1)i; U(n)i – действующее значение n-й гармоники при i-м испытании (измерении); N – число испытаний (не менее 9).
Несимметрия напряжений характеризуется коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности К2U и коэффициентом несимметрии по нулевой последовательности К0U Эти коэффициенты вычисляются по формулам:
K2U=0,62U1-U2U3∙100, K0U=0,62U4-U5U6∙100 где:
U1 – наибольшее действующее значение междуфазного напряжения;
U2 – наименьшее действующее значение междуфазного напряжения;
U3 – номинальное действующее значение междуфазного напряжения;
U4 – наибольшее действующее значение фазного напряжения;
U5 – наименьшее действующее значение фазного напряжения;
U6 – номинальное действующее значение фазного напряжения.
Нормально и предельно допустимые значения коэффициентов несимметрии напряжения по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны 2 и 4% соответственно. Для коэффициентов несимметрии по нулевой последовательности величины составляют также 2 и 4% соответственно.
Провал напряжения характеризуется показателем длительности провала. Предельно допустимое значение длительности провала в электрических сетях с напряжением до 20 кВ включительно равно 30 с. Длительность автоматически устраняемого провала напряжения в любой точке присоединения определяется выдержками времени релейной защиты и автоматики.
Импульс напряжения характеризуется показателями импульсного напряжения, значения которых зависят от типов ЛЭП, точек подключения и номинального значения напряжения сети.

3 РЕГУЛИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО НАПРЯЖЕНИЮ
Напряжение в электрической системе постоянно меняется. Причинами изменения могут быть изменения активной и реактивной нагрузки потребителей, изменения напряжения и реактивной мощности на станциях, изменения в схеме электрической сети и др. Поэтому постоянно возникает задача поддержания качества напряжения в системе. Если частота является общесистемным параметром и регулируется единым образом в системе, то напряжение регулируется по определенным зонам или в определенных точках электрической системы. Вопросы регулирования напряжения относятся к специальной области управления электрическими режимами и подробно рассматриваются в специальной литературе. Здесь будут приведены краткие сведения для понимания роли и места этой задачи в управлении режимами системы.
Средства регулирования напряжения. Регулирование напряжения осуществляется либо за счет работы источников реактивной мощности, либо за счет регулирования коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов.
Основными источниками реактивной мощности являются: генераторы станций Г, синхронные компенсаторы СК и батареи статических конденсаторов БСК.
Генераторы станций могут потреблять и генерировать реактивную мощность и плавно ее регулировать. Их возможности по реактивной мощности зависят от активной мощности. Так как суммарная мощность не должна превышать допустимую, то при большой загрузке по активной мощности возможности генерирования реактивной снижаются и наоборот. Схематично эта взаимосвязь показана на рис. 1.
Если напряжение необходимо повысить, то Г генерируют реактивную мощность, если понизить, то потребляют, Г может переводиться в режим СК и наоборот. Обычно регулирование реактивной мощности производится по заданным на шинах станции напряжениям.

Рисунок 1 – Вид диаграммы режимов генератора
Важным источником реактивной мощности являются синхронные компенсаторы (СК). Они устанавливаются на подстанциях с напряжением 220 кВ и больше и могут генерировать и потреблять реактивную мощность и осуществляют плавное ее изменение. Регулирование реактивной мощности производится по заданным напряжениям.
На подстанциях напряжением U < 110 кВ могут устанавливаться батареи статических конденсаторов. БСК регулируют напряжение ступенями за счет включения или отключения секций.
Главным средством регулирования напряжения у потребителей являются трансформаторы Т и автотрансформаторы АТ с регулированием. Коэффициент трансформации
kT=UвнUНН=ωВНωННт. е. отношению напряжений высокой и низкой стороны трансформатора или отношению витков обмоток. У трансформаторов с регулированием число витков и соответственно напряжение могут изменяться ступенчато или плавно.
Следовательно, поддержание качества по напряжению производится с использованием специальных технических средств. Это одна из составляющих затрат на качество по напряжению.
Существуют две специальные задачи по поддержанию нормируемого напряжения. Первая – регулирование напряжения в системе. Цель этой задачи
Две задачи регулирования напряжения состоит в том, чтобы обеспечить уровень напряжения на системных ПС, достаточный для уровней напряжений районных подстанций РПС (рис. 2). Станции и их генераторы поддерживают напряжение по заданному графику нагрузки или, по команде диспетчера. Передавать реактивную мощность на большие расстояния невыгодно, так как это вызывает потери активной мощности
∆P=P2+Q2U2rгде:
Р, Q – передаваемые активная и реактивная мощности;
U – напряжение; 
r – активное сопротивление.

Рис. 2. Схема связи системной ПС и районной РПС подстанции
На ПС имеются СК, которые также обеспечивают поддержание графика напряжения за счет регулирования реактивной мощности. При этом необходимо иметь определенное напряжение f/pne
Вторая задача – регулирование напряжения на РПС или подстанциях отдельных потребителей. Рассмотрим одну из возможностей – встречное регулирование (рис. 3). Уровень напряжения в системе меняется в течение суток. В часы максимальной нагрузки напряжение меньше, чем при минимальной нагрузке. При передаче активной и реактивной мощности от системной подстанции ПС имеются потери напряжения
∆U=Pr+QxUПри этом может оказаться, что напряжение выйдет за допустимые пределы. Если на РПС известно время таких режимов, то можно заранее изменить коэффициент трансформации трансформаторов. В то время, когда напряжение может быть больше допустимого, коэффициент трансформации надо увеличить. Там, где меньше допустимого, – уменьшить. Для регулирования напряжения используются также БСК.

Рис. 3. Встречное регулирование напряжения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Развитие сетей и внедрение новых электрических устройств только повышают актуальность проблем качества электроэнергии. Возрастающее количество нелинейной нагрузки с одной стороны ухудшает ПКЭ в сети, а применение чувствительных электронных устройств, с другой стороны, требует, чтобы эти показатели находились в жёстко заданных пределах. Очевидно, что с развитием электроэнергетики актуальность нормирования и контроля параметров качества электроэнергии будет возрастать. Ключевыми моментами в вопросах КЭ являются законодательная база (построение отношений между энергоснабжающей организацией и потребителем) и наличие инженерных возможностей для выявления и устранения недопустимых отклонений ПКЭ. Если некоторые законодательные основы созданы Правилами электроснабжения, то инженерную (техническую) базу необходимо развивать. Существующая на сегодня простая констатация фактов несоответствия показателей качества электроэнергии требованиям ТНПА не позволяет решать ряд важных принципиальных вопросов. Развитие технического потенциала до требуемого уровня возможно только при условии того, что сам потребитель будет осознавать наличие проблемы, понимать её причину, искать пути и требовать её решения.
В случае существенных отклонений параметров качества электроэнергии следует прежде всего обратиться в обслуживающую организацию, к поставщику электрической энергии. Если административные действия по улучшению качества электроэнергии не дадут результатов, тогда необходимо использовать специальные средства защиты. Для улучшения параметров качества электроэнергии можно использовать: средства защиты от скачков напряжения, стабилизаторы напряжения, источники бесперебойного питания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Васюра, Ю.Ф., Черепанова, Г.А., Палашева, С.Е. // Электротехника и энергетика: Сб. науч. тр. ВятГТУ (№ 2) / ВятГТУ. – Киров, 1997. – С.141-144.
2. Правила устройства электроустановок / Минэнерго СССР.- 6-е изд., перераб. и доп.-М.:Энергоатомиздат,1987;
3. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1989;
4. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учебн. пособ. для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1989;
5. Поспелов Г.Е., Федин В.Т. Электрические системы и сети. Проектирование: Учеб. пособие для втузов Мн.: Выш. шк.,1988.
6. Суднов В.В. Качество электроэнергии. Москва 2000г.