Μέτρα και τεχνικά μέσα για τη βελτίωση της ποιότητας της ηλεκτρικής ενέργειας

Για να διατηρηθούν οι αποκλίσεις και οι διακυμάνσεις της τάσης εντός των τιμών που συμμορφώνονται με τα πρότυπα, απαιτείται ρύθμιση τάσης.

Η ρύθμιση τάσης είναι μια διαδικασία αλλαγής των επιπέδων τάσης σε χαρακτηριστικά σημεία του συστήματος τροφοδοσίας με τη βοήθεια ειδικών τεχνικών μέσων, η οποία πραγματοποιείται αυτόματα σύμφωνα με έναν προκαθορισμένο νόμο. Ο νόμος για τη ρύθμιση της τάσης στα κέντρα ισχύος (CPU) καθορίζεται από τον οργανισμό παροχής ρεύματος, λαμβάνοντας υπόψη τα συμφέροντα της πλειοψηφίας των χρηστών που είναι συνδεδεμένοι στη συγκεκριμένη CPU, εάν είναι δυνατόν.

Για να εξασφαλιστεί το απαραίτητο καθεστώς τάσης στους ακροδέκτες των δεκτών ηλεκτρικής ενέργειας, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες μέθοδοι ρύθμισης τάσης: σε λεωφορεία σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και υποσταθμών (CPU), σε εξερχόμενες γραμμές, κοινές και πρόσθετες.

Κατά τη ρύθμιση της τάσης στους διαύλους του επεξεργαστή, παρέχουν τη λεγόμενη ρύθμιση αντίθετου ρεύματος.Η ρύθμιση μετρητή τάσης νοείται ως αύξηση της τάσης στο 5 - 8% της ονομαστικής στο υψηλότερο φορτίο και υπό τάση σε ονομαστική (ή χαμηλότερη) στο χαμηλότερο φορτίο με ράμπα ανάλογα με το φορτίο.

Η ρύθμιση γίνεται αλλάζοντας τον λόγο μετασχηματισμού του μετασχηματιστή τροφοδοσίας… Για το σκοπό αυτό, οι μετασχηματιστές είναι εξοπλισμένοι με μέσα ρύθμισης τάσης επί φορτίου (OLTC)… Οι μετασχηματιστές με διακόπτες on-load επιτρέπουν ρύθμιση τάσης στην περιοχή από ± 10 έως ± 16% με ανάλυση 1,25 — 2,5%. Μετασχηματιστές ισχύος 6 — Συσκευές ελέγχου διακόπτη εξοπλισμού 20 / 0,4 kV του διακόπτη εκτός κυκλώματος (μεταγωγή χωρίς διέγερση) με εύρος ± 5% και βήμα ρύθμισης ± 2,5% (Πίνακας 1).

Πίνακας 1. Περιθώρια τάσης για μετασχηματιστές 6-20 / 0,4 kV με διακόπτη κυκλώματος

Σωστή επιλογή παράγοντα μετασχηματισμού ένας μετασχηματιστής με διακόπτη κυκλώματος (για παράδειγμα με εποχιακή ρύθμιση) παρέχει το καλύτερο δυνατό καθεστώς τάσης όταν αλλάζει το φορτίο.

Η σκοπιμότητα χρήσης μιας ή άλλης μεθόδου ρύθμισης τάσης καθορίζεται από τις τοπικές συνθήκες, ανάλογα με το μήκος του δικτύου και το κύκλωμά του, το αποθεματικό άεργου ισχύος κ.λπ.

Ο δείκτης απόκλισης τάσης εξαρτάται από την απώλεια τάσης στο δίκτυο, εξαρτάται από την αντίσταση του δικτύου και το φορτίο.Στην πράξη, η αλλαγή στην αντίσταση του δικτύου συνδέεται με μια αλλαγή της τάσης σε αυτό κατά την επιλογή των διατομών των καλωδίων και των πυρήνων καλωδίων, λαμβάνοντας υπόψη τις αποκλίσεις στην τάση των δεκτών ηλεκτρικής ενέργειας (σύμφωνα με τις επιτρεπόμενες απώλειες τάσης), καθώς και κατά τη χρήση σειριακής σύνδεσης πυκνωτών σε εναέριες γραμμές (εγκαταστάσεις διαμήκους αντιστάθμισης — UPK).

Οι πυκνωτές που συνδέονται σε σειρά αντισταθμίζουν μέρος της επαγωγικής αντίστασης της γραμμής, μειώνοντας έτσι το αντιδραστικό στοιχείο στη γραμμή και δημιουργώντας κάποια πρόσθετη τάση στο δίκτυο, ανάλογα με το φορτίο.

Η σύνδεση σε σειρά πυκνωτών συνιστάται μόνο για άεργο ισχύ σημαντικού φορτίου (tgφ > 0,75-1,0). Εάν ο συντελεστής άεργου ισχύος είναι κοντά στο μηδέν, απώλεια τάσης γραμμής καθορίζονται κυρίως από την ενεργό αντίσταση και την ενεργό ισχύ. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η επαγωγική αντιστάθμιση αντίστασης δεν είναι πρακτική.

Η χρήση του UPC είναι πολύ αποτελεσματική στην περίπτωση απότομων διακυμάνσεων στο φορτίο, επειδή η ρυθμιστική επίδραση των πυκνωτών (η τιμή της προστιθέμενης τάσης) είναι ανάλογη με το ρεύμα φορτίου και αλλάζει αυτόματα χωρίς πρακτικά καμία αδράνεια. Επομένως, η σειριακή σύνδεση πυκνωτών θα πρέπει να χρησιμοποιείται σε εναέριες γραμμές τάσης 35 kV και κάτω, τροφοδοτώντας ξαφνικά εναλλασσόμενα φορτία με σχετικά χαμηλό συντελεστή ισχύος. Χρησιμοποιούνται επίσης σε βιομηχανικά δίκτυα με απότομα κυμαινόμενα φορτία.

Εκτός από τα μέτρα που συζητήθηκαν παραπάνω για τη μείωση της αντίστασης του δικτύου, μέτρα για την αλλαγή των φορτίων του δικτύου, ειδικά των αντιδραστικών, οδηγούν σε μείωση των απωλειών τάσης και συνεπώς σε αύξηση της τάσης στο τέλος της γραμμής. Αυτό μπορεί να γίνει με την εφαρμογή εγκαταστάσεων πλευρικής αντιστάθμισης (σύνδεση συστοιχιών πυκνωτών παράλληλα με το φορτίο) και πηγών άεργου ισχύος υψηλής ταχύτητας (RPS), αναπτύσσοντας το πραγματικό χρονοδιάγραμμα των αλλαγών άεργου ισχύος.

Προκειμένου να βελτιωθεί το καθεστώς τάσης δικτύου, να μειωθούν οι αποκλίσεις και οι διακυμάνσεις της τάσης, είναι δυνατή η χρήση ισχυρών σύγχρονων κινητήρων με αυτόματο έλεγχο διέγερσης.

Για να βελτιώσουμε τέτοια δείκτες ποιότητας ισχύος Συνιστάται η σύνδεση ηλεκτρικών δεκτών που παραμορφώνουν το CE στα σημεία του συστήματος με τις υψηλότερες τιμές ισχύος βραχυκυκλώματος. Και η χρήση μέσων για τον περιορισμό των ρευμάτων βραχυκυκλώματος σε δίκτυα που περιέχουν συγκεκριμένα φορτία θα πρέπει να πραγματοποιείται μόνο εντός των ορίων που είναι απαραίτητα για την εξασφάλιση αξιόπιστης λειτουργίας των συσκευών μεταγωγής και του ηλεκτρικού εξοπλισμού.

Οι κύριοι τρόποι μείωσης της επίδρασης της μη ημιτονοειδής τάσης. Μεταξύ των τεχνικών μέσων χρησιμοποιούνται: συσκευές φίλτρων: μεταγωγή παράλληλα με το φορτίο φίλτρων συντονισμού στενής ζώνης, συσκευές αντιστάθμισης φίλτρων (FCD), συσκευές εξισορρόπησης φίλτρων (FSU), IRM που περιέχουν FCD, ειδικός εξοπλισμός που χαρακτηρίζεται από χαμηλό επίπεδο παραγωγή υψηλότερων αρμονικών, «ακόρεστων» μετασχηματιστών, πολυφασικών μετατροπέων με βελτιωμένα ενεργειακά χαρακτηριστικά.

Στο σχ.1, το a δείχνει ένα διάγραμμα ενός εγκάρσιου (παράλληλου) παθητικού φίλτρου με υψηλότερες αρμονικές. Μια σύνδεση φίλτρου είναι ένα κύκλωμα επαγωγής και χωρητικότητας συνδεδεμένα σε σειρά, συντονισμένα στη συχνότητα μιας συγκεκριμένης αρμονικής.

Ρύζι. 1. Σχηματικά διαγράμματα φίλτρων με υψηλότερες αρμονικές: α — παθητικό, β — ενεργό φίλτρο (AF) ως πηγή τάσης, c — AF ως πηγή ρεύματος, VP — μετατροπέας βαλβίδας, F5, F7 — αντίστοιχα συνδέσεις φίλτρου στο 5 7ο και 7η αρμονικές, tis — τάση γραμμής, tiAF — τάση AF, κασσίτερος — τάση φορτίου, Azc — ρεύμα γραμμής, AzAf — ρεύμα που παράγεται από AF, Azn — ρεύμα φορτίου

Αντίσταση της σύνδεσης του φίλτρου σε υψηλότερα αρμονικά ρεύματα Xfp = XLn-NS° C/n, όπου XL, Xc είναι οι αντιστάσεις του αντιδραστήρα και της συστοιχίας πυκνωτών αντίστοιχα στο ρεύμα συχνότητας ισχύος, n — ο αριθμός της αρμονικής συνιστώσας.

Καθώς αυξάνεται η συχνότητα, η επαγωγή του αντιδραστήρα αυξάνεται αναλογικά και η συστοιχία πυκνωτή μειώνεται αντίστροφα με τον αρμονικό αριθμό. Στη συχνότητα μιας από τις αρμονικές, η επαγωγική αντίσταση του αντιδραστήρα γίνεται ίση με την χωρητικότητα της συστοιχίας πυκνωτών και συντονισμός τάσης... Σε αυτή την περίπτωση, η αντίσταση της σύνδεσης του φίλτρου n του ρεύματος συχνότητας συντονισμού είναι μηδέν και ελίσσει το ηλεκτρικό σύστημα σε αυτή τη συχνότητα. Ο αρμονικός αριθμός yar της συχνότητας συντονισμού υπολογίζεται από τον τύπο

Ένα ιδανικό φίλτρο φιλτράρει πλήρως τα αρμονικά ρεύματα στις συχνότητες στις οποίες συντονίζονται οι συνδέσεις του.Στην πράξη, ωστόσο, η παρουσία ενεργών αντιστάσεων στους αντιδραστήρες και οι συστοιχίες πυκνωτών και ο ανακριβής συντονισμός των συνδέσεων του φίλτρου οδηγεί σε ατελές φιλτράρισμα των αρμονικών.Ένα παράλληλο φίλτρο είναι μια σειρά τμημάτων, το καθένα συντονισμένο ώστε να αντηχεί για μια συγκεκριμένη αρμονική συχνότητα.

Ο αριθμός των συνδέσμων στο φίλτρο μπορεί να είναι αυθαίρετος. Στην πράξη, συνήθως χρησιμοποιούνται φίλτρα που αποτελούνται από δύο ή τέσσερα τμήματα συντονισμένα στις συχνότητες της 5ης, 7ης, 11ης, 13ης, 23ης και 25ης αρμονικής. Τα εγκάρσια φίλτρα συνδέονται τόσο στα σημεία όπου εμφανίζονται οι υψηλότερες αρμονικές όσο και στα σημεία που ενισχύονται. Το φίλτρο διασταύρωσης είναι ταυτόχρονα πηγή άεργου ισχύος και μέσο αντιστάθμισης άεργων φορτίων.

Οι παράμετροι του φίλτρου επιλέγονται με τέτοιο τρόπο ώστε οι συνδέσεις να συντονίζονται σε συντονισμό με τις συχνότητες των φιλτραρισμένων αρμονικών και η χωρητικότητά τους καθιστά δυνατή τη δημιουργία της απαραίτητης άεργου ισχύος στη βιομηχανική συχνότητα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, μια συστοιχία πυκνωτών συνδέεται παράλληλα με το φίλτρο για να αντισταθμίσει την άεργο ισχύ. Μια τέτοια συσκευή ονομάζεται φίλτρο αντιστάθμισης (PKU)... Οι συσκευές αντιστάθμισης φίλτρων εκτελούν τόσο τη λειτουργία του φιλτραρίσματος των αρμονικών όσο και τη λειτουργία της αντιστάθμισης άεργου ισχύος.

Επί του παρόντος, εκτός από παθητικά φίλτρα στενής ζώνης, χρησιμοποιούν και ενεργά φίλτρα (AF)... Ένα ενεργό φίλτρο είναι ένας μετατροπέας AC-DC με χωρητική ή επαγωγική αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας στην πλευρά DC, η οποία σχηματίζει μια συγκεκριμένη τιμή τάσης ή ρεύματος μέσω διαμόρφωσης παλμού. Περιλαμβάνει ενσωματωμένους διακόπτες ισχύος συνδεδεμένους σύμφωνα με τυπικά σχήματα.Η σύνδεση AF στο δίκτυο ως πηγή τάσης φαίνεται στην εικ. 1, b, ως πηγή ρεύματος — στην εικ. 1, γ.

Η μείωση της συστηματικής ανισορροπίας στα δίκτυα χαμηλής τάσης πραγματοποιείται με ορθολογική κατανομή μονοφασικών φορτίων μεταξύ των φάσεων με τέτοιο τρόπο ώστε οι αντιστάσεις αυτών των φορτίων να είναι περίπου ίσες μεταξύ τους. Εάν η ανισορροπία τάσης δεν μπορεί να μειωθεί χρησιμοποιώντας λύσεις κυκλώματος, τότε χρησιμοποιούνται ειδικές συσκευές: ασύμμετρη μεταγωγή συστοιχιών πυκνωτών (Εικ. 2) ή κυκλώματα εξισορρόπησης (Εικ. 3) μονοφασικών φορτίων.

Ρύζι. 2. Συσκευή εξισορρόπησης τράπεζας πυκνωτών

Ρύζι. 3. Ειδικό κύκλωμα balun

Εάν η ασυμμετρία αλλάξει σύμφωνα με τον νόμο πιθανοτήτων, τότε χρησιμοποιούνται συσκευές αυτόματης εξισορρόπησης για τη μείωση, το διάγραμμα μιας από τις οποίες φαίνεται στο σχ. 4. Οι ρυθμιζόμενες συμμετρικές συσκευές είναι ακριβές και πολύπλοκες και η εφαρμογή τους δημιουργεί νέα προβλήματα (ιδίως μη ημιτονοειδής τάση). Ως εκ τούτου, δεν υπάρχει θετική εμπειρία με τη χρήση balun στη Ρωσία.

Ρύζι. 4. Τυπικό κύκλωμα balun

Για προστασία από υπερτάσεις, απαγωγείς υπερτάσεων... Ενάντια σε βραχυπρόθεσμες πτώσεις τάσης και πτώσεις τάσης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν αντισταθμιστές δυναμικής παραμόρφωσης τάσης (DKIN), οι οποίοι λύνουν πολλά προβλήματα ποιότητας ισχύος, συμπεριλαμβανομένων των βυθίσεων (συμπεριλαμβανομένων των παλμών) και των υπερτάσεων στην τάση τροφοδοσίας.

Τα κύρια πλεονεκτήματα του DKIN:

• χωρίς μπαταρίες και όλα τα προβλήματα που σχετίζονται με αυτές,

• χρόνος απόκρισης για σύντομες διακοπές ρεύματος 2 ms,

• η απόδοση της συσκευής DKIN είναι μεγαλύτερη από 99% σε φορτίο 50% και πάνω από 98,8% σε φορτίο 100%,

• χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και χαμηλό λειτουργικό κόστος,

• αντιστάθμιση αρμονικών στοιχείων, jitter,

• ημιτονοειδής τάση εξόδου,

• προστασία έναντι όλων των τύπων βραχυκυκλωμάτων,

• υψηλή αξιοπιστία.

Η μείωση του επιπέδου αρνητικών επιπτώσεων στο δίκτυο των δεκτών ισχύος συγκεκριμένων φορτίων (σόκ, με μη γραμμικά χαρακτηριστικά βολτοαμπέρ, ασύμμετρα) επιτυγχάνεται με την κανονικοποίησή τους και τη διαίρεση της τροφοδοσίας σε συγκεκριμένα και «αθόρυβα» φορτία.

Εκτός από την κατανομή μιας ξεχωριστής εισόδου για συγκεκριμένα φορτία, είναι δυνατές και άλλες λύσεις για την ορθολογική κατασκευή σχημάτων τροφοδοσίας:

• σχέδιο τεσσάρων τμημάτων του κύριου υποσταθμού υποβάθμισης σε τάση 6-10 kV με μετασχηματιστές με διαχωρισμένες δευτερεύουσες περιελίξεις και με διπλούς αντιδραστήρες για χωριστή τροφοδοσία «αθόρυβου» και ειδικού φορτίου,

• μεταφορά των μετασχηματιστών του κύριου υποσταθμού υποβάθμισης (GPP) σε παράλληλη λειτουργία με ενεργοποίηση ενός διακόπτη τομής 6-10 kV όταν επιτρέπονται ρεύματα βραχυκυκλώματος. Αυτό το μέτρο μπορεί επίσης να εφαρμοστεί προσωρινά, για παράδειγμα κατά τις περιόδους εκκίνησης μεγάλων κινητήρων,

• εφαρμόζοντας ένα φορτίο φωτισμού στα δίκτυα ηλεκτρικού ρεύματος του καταστήματος ξεχωριστά από την απότομη εναλλασσόμενη τροφοδοσία (για παράδειγμα, από συσκευές συγκόλλησης).