Качество электроэнергии

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Содержание


Необходимый уровень напряжения на входных клеммах питания потребителя важен для успешной работы оборудования и бытовых приборов. Фактические значения тока и соответствующие потери напряжения в типовой низковольтной сети показывают важность поддержания высокого коэффициента мощности как способа снижения потерь напряжения.


В самом широком смысле качество электроэнергии в низковольтной распределительной сети означает:

  • соответствие нормативным требованиям в отношении величины напряжения и частоты;
  • отсутствие недопустимых колебаний и отклонений напряжения;
  • бесперебойное снабжение электроэнергией, за исключением отключений на плановое техническое обслуживание или отключений, вызванных системными неисправностями или другими чрезвычайными ситуациями;
  • сохранение формы кривой напряжения, близкой к синусоидальной.

В данном подразделе будет рассмотрено только поддержание величины напряжения, остальные вопросы обсуждаются в подразделе Характеристики систем TT, TN и IT.

В большинстве стран органы, отвечающие за электроснабжение, обязаны поддерживать уровень напряжения на входных клеммах потребителей в пределах ± 5% (или в некоторых случаях ± 6% и больше – см. рис. С1) от заявленного номинального значения.

И вновь МЭК и большинство национальных стандартов рекомендуют, чтобы низковольтные приборы проектировались и испытывались на функционирование при изменениях напряжения в пределах ± 10% от номинального значения. Это оставляет запас в 5% на самые худшие условия допустимой потери напряжения в сети электроустановки (например, − 5% на входных клеммах).

Отклонения напряжения в типовой системе распределения электроэнергии происходят следующим образом: напряжение на высоковольтных клеммах понижающего трансформатора обычно поддерживается в пределах диапазона ± 2% с помощью автоматических переключателей (под нагрузкой) отпаек трансформаторов на подстанциях, питающих эту высоковольтную сеть от распределительной сети более высокого напряжения.

Если рассматриваемый понижающий трансформатор расположен вблизи подстанции, эти 2% диапазона отклонений напряжения могут приходиться на уровень, превышающий номинальную величину высокого напряжения. Например, в системе 20 кВ напряжение может составлять 20,5 кВ ± 2%. В этом случае в распределительном понижающем трансформаторе переключатель отпаек должен быть установлен в положение + 2,5%.

И наоборот, в местах, удаленных от подстанций, возможна величина напряжения 19,5 кВ ± 2%, и в этом случае переключатель отпаек должен быть установлен в положение − 5%.

Разные уровни напряжения в системе допустимы и зависят от схемы перетоков мощности. Кроме того, эти различия являются причиной использования термина «номинальное» применительно к напряжению в системе.


Практическое применение

Если на понижающем трансформаторе правильно установлен переключатель отпаек, напряжение на выходе ненагруженного трансформатора будет поддерживаться в пределах ± 2% от его выходного напряжения холостого хода.

Для того чтобы нагруженный трансформатор мог поддерживать необходимый уровень напряжения, выходное напряжение холостого хода должно быть максимально возможным, но не превышать верхний предел + 5% (эта величина взята для примера). В современной практике соотношение обмоток трансформатора обычно дает выходное напряжение холостого хода около 104% от номинального значения [1], если к высоковольтной обмотке прикладывается номинальное напряжение, или оно корректируется регулятором коэффициента трансформации в соответствии с описанным выше способом. В рассматриваемом случае это приведет к диапазону изменения напряжений от 102 до 106%.

Типовой трансформатор низковольтной распределительной сети имеет напряжение короткого замыкания - Uk% = 5%. Если предположить, что его активная составляющая напряжения имеет 0,1 от этой величины, то потеря напряжения в таком трансформаторе при полной нагрузке и коэффициенте мощности 0,8 составит:

Потеря напряжения (%) = R% cos φ + X% sin φ = 0,5 × 0,8 + 5 × 0,6 = 0,4 + 3 = 3,4%.

При этом диапазон напряжений на выходных клеммах полностью нагруженного трансформатора составит от (102 − 3,4) = 98,6% до (106 − 3,4) = 102,6%.

Тогда максимально допустимая потеря напряжения на распределительном кабеле составит: 98,6 − 95 = 3,6%.

В практическом смысле это означает, что в трехфазной четырехпроводной распределительной сети напряжением 230/400 В кабель средних размеров с медными жилами сечением 240 мм2 сможет обеспечить питание суммарной электрической нагрузки 292 кВА (при коэффициенте мощности 0,8), распределенной равномерно по длине кабеля на 306 м. Или же может быть обеспечено питание такой же нагрузки, расположенной на территории одного потребителя на расстоянии 153 м от трансформатора при такой же потере напряжения и т.д.

Интересно, что согласно расчетам, приведенным в стандарте МЭК 60287 (1982 г.), максимальная мощность, передаваемая таким кабелем, составляет 290 кВА, и поэтому диапазон допустимых напряжений в 3,6% не является чрезмерно ограничительным, т.е. такой кабель может полностью нагружаться для передачи мощности на расстояния, обычно требуемые в низковольтных распределительных системах.

Кроме того, коэффициент мощности 0,8 соответствует промышленным нагрузкам. В смешанных полупромышленных районах типовым является значение этого коэффициента 0,85, а для расчетов применительно к жилым районам обычно используется значение 0,9. Поэтому приведенная выше потеря напряжения может рассматриваться как худший случай.


Примечания

[1] Трансформаторы, спроектированные в соответствии со стандартом МЭК на напряжение 230/400 В будут иметь выходное напряжение холостого хода 420 В, т.е. 105% от номинального напряжения.