Содержание
Техническое перевооружение сельского хозяйства, внедрение высокотехнологичных процессов получения сельхозпродукции, рост обеспеченности сельского населения электробытовыми приборами требуют достаточного количества электрической энергии соответствующего качества.
Одним из показателей качества электроэнергии, регламентируемых документом [1], является отклонение напряжения, которое не должно превышать:
- Для освещения ±2,5%.
- В нормальном режиме ±5%.
- В послеаварийном режиме ±10%.
Определение расчетной модели
При этом следует отметить, что как положительное, так и отрицательное отклонение напряжения сверх допустимого неблагоприятно влияет на электроприемники.
Так, у асинхронных двигателей (АД) при снижении напряжения снижается момент, увеличивается скольжение и снижается частота вращения, возрастает ток, что приводит к дополнительному нагреву.
Срок службы АД при длительной работе при U = 0,9UH сокращается вдвое, согласно рисунку 1:
где
- а — световой поток ЛН.
- б — световая отдача ЛН.
- в — вращающий момент АД.
- г — срок службы АД.
Повышение напряжения приводит к увеличению потребления реактивной мощности (от трех до семи процентов на 1% повышения напряжения) и соответствующим потерям в распределительной сети.
При работе ламп накаливания может возникать следующие зависимости:
- При пониженном напряжении световой поток снижается примерно на 40% при снижении напряжения на 10%.
- При увеличении напряжения на 10% световой поток увеличивается на 40%, однако срок службы лампы снижается в 3-4 раза.
Газоразрядные и люминесцентные, в том числе и КЛЛ (так называемые «энергосберегающие») менее чувствительны к изменению напряжения:
- При снижении U=(0,93..0,95)UH освещенность снижается на 10..15%.
- При снижении напряжения до U= (0,8..085)UH зажигание таких ламп невозможно.
В точках общего присоединения к сетям напряжением 0,4..10 кВ отклонение напряжения рассчитывается с учетом потерь напряжения в элементах сети (линии, трансформаторы и др.) и необходимости обеспечивать допустимое отклонение напряжения на зажимах электроприемников в режимах наибольшей и наименьшей нагрузки.
Согласно работы [2], напряжение на зажимах электроприемника в режиме наибольшей нагрузке не должно быть меньше 0,95UH, а в режиме наименьшей нагрузки превышать UH.
Потери напряжения на любом участке схемы электрической сети определяются по известным формулам, согласно трудам [3].
Формула потери напряжения для линий электропередач:
(1)
Формула потери напряжения для трансформаторов:
(2)
где
- β — коэффициент за грузки трансформатора.
- Ui — номинальное напряжение центра питания.
- Rij, Хij — активное и реактивное сопротивления участка ij.
- Pi, Qi — активная и реактивная мощности в начале участка.
- Ua и Up — активная и реактивная составляющие напряжения КЗ.
Проведение расчетов потерь на основании принятой методики
Проведенный расчет потерь напряжения для восьми трансформаторных подстанций (ТП) мощностью 400..630 кВА поселка Зеленогорский при коэффициенте загрузки трансформаторов 0,35..0,98.
Результаты расчета приведены в таблице 1:
На основании данных были построены графики, рисунок 2:
где
- —— нагрузки в 2009 году.
- — — — — перспективные нагрузки на 2015 году.
Из проведенных расчетов видно, что вышеприведенные требования ПУЭ по уровню напряжения не всегда соблюдаются.
На основании расчетов выявлены следующие закономерности в надежности электросетей:
- Так для ТП1 уровень напряжения ниже допустимого как для максимального режима электропотребления, так и для минимального и аварийного для всех электроприемников.
Для осветительной нагрузки, основной для жилищно-коммунальной сферы, требования ПУЭ не выполняются для ТП1, ТПЗ и ТП5.
- Анализ потерь напряжения в различных элементах распределительной сети (рисунок 2) показывает, что потери в электрических линиях мало изменяются примерно на 10%, при изменении нагрузки от минимальной до максимальной, тогда как в трансформаторах эти потери увеличиваются почти вдвое.
- В соответствии с [4] проектирование вновь сооружаемых электрических сетей должно происходить с учетом увеличения электрических нагрузок на 5% в год.
Исходя из этого, проведен расчет прогнозируемой величины потерь напряжения в тех же электрических сетях на перспективный период до 2015 года (пунктирные линии на рисунок 2).
- Очевидно, что с ростом электрических нагрузок растут отклонения напряжения от номинала, и, если при минимальной нагрузке потери напряжения в настоящее время не превышают допустимых, то к 2015 г. прогнозируемое отклонения напряжения превысит допустимое.
Таким образом, и на данный момент не всегда выполняются требования по обеспечению допустимого отклонению напряжения у наиболее удаленных электроприемников, а с учетом перспективного роста нагрузок ΔU будет увеличиваться, достигая недопустимых значений уже при минимальной нагрузке в сети.
Возможные варианты решения для обеспечения надежности электросетей:
- Для обеспечения требуемого уровня напряжения на зажимах электроприемников необходимо осуществлять технические мероприятия, которые могут заключаться в регулировании напряжения трансформаторных подстанций, компенсации реактивной мощности, изменении параметров линий (в основном, сечения воздушных и кабельных линий).
- Регулирование уровня напряжения в центре питания и у потребителя осуществляется путем изменения коэффициента трансформации с помощью систем переключения витков обмоток трансформатора. Уровень напряжения в центре питания при этом регулируется с учетом обеспечения нормируемого напряжения у приближенных потребителей.
Этот способ не всегда реализуем для длинных сельских электрических сетей со значительными потерями напряжения в самих сетях.
- Снижение потерь напряжения за счет компенсации реактивной мощности трудно реализуемо для распределенных сельских сетей с преобладанием осветительной и нагревательной нагрузки небольшой единичной мощности.
Для осуществления такого способа регулирования напряжения требуется проведение специального техникоэкономического анализа.
Наиболее рациональным способом регулирования напряжения в таких сетях, на наш взгляд, является реконструкция самих сетей, заключающаяся в тщательном расчете:
- Электрических нагрузок.
- Определение сечения и типов проводников.
- Выборе соответствующего уровня питающего напряжения.
- Выборе режима работы элементов электрической сети и других факторов.
Как показал анализ, срок службы большинства сетей составляет 30..50 лет и требуется их реконструкция.
Список литературы
- ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
- Правила устройства электроустановок (ПУЭ) — Санкт-Петербург: Издательство ДЕАН, 2003 год, страница 928.
- Солдаткина Л.А., Электрические сети и системы: Учебное пособие для ВУЗов — Москва: Энергия, 1978 год, страница 216.
- Федеральный закон РФ от 23 ноября 2009 года № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ».
Источник: Анализ потерь напряжения в распределительных электрических сетях / В.М. Ефременко, О.А. Савинкина, Р.Б. Наумкин // Вестник КузГТУ, 2010 год, №3, страницы 69-72.
