Регулирование напряжения в сельских электрических сетях: Предмет и цели изучения модуля № 3, страница 2

Рис. 3.1. Схема замещения (а) и векторная диаграмма напряжений (б) сети без компенсации потерь напряжения

Рис. 3.2. Схема замещения (а) и векторная диаграмма напряжений (б) сети с продольной компенсацией потерь напряжения

Регулирование напряжения таким способом имеет ряд преимуществ перед другими способами:

- продольная емкостная компенсация имеет сравнительно простую конструкцию;

- компенсирующий эффект установки зависит от тока нагрузки (размер компенсации потери напряжения с ростом нагрузки возрастает и, наоборот, снижается при ее уменьшении).

Продольная и поперечная составляющие падения напряжения без компенсации мощности соответственно равны:

(3.1)

где I – полный ток нагрузки, А;

R_л, Х_л – соответственно активное и индуктивное сопротивление линии, Ом.

(3.2)

где Х_с – емкостное сопротивление конденсаторов, включенных последовательно в линию.

В практических расчетах обычно поперечной составляющей падения напряжения из-за ее незначительности пренебрегают. Поэтому из приведенных формул имеем, что при продольной компенсации

,

(3.3)

где I – ток нагрузки; Х_с – сопротивление конденсатора.

Мощность конденсаторов определяется по формуле:

,

(3.4)

где I – наибольший ток линии.

В практических расчетах мощность конденсаторов определяют исходя из желаемого уровня напряжения в сети при известном сечении провода по следующей формуле:

,

(3.5)

где P – активная мощность, проходящая через конденсатор, Вт;

U₂ – напряжение на входных (со стороны питания) зажимах конденсатора, В;

U¢₂ – напряжение на выходных (со стороны потребителя) зажимах конденсатора, В;

,

где DV_нб – желаемая надбавка напряжения, достигаемая включением конденсаторов.

При выборе установок для продольной компенсации следует помнить, что нежелательно параллельно включать конденсаторы в одну фазу, так как при этом уменьшается их общая емкость и при несовпадении характеристик конденсаторов распределение тока между ветвями будет неравномерным. В нормальном режиме работы сети напряжение на зажимах конденсаторов пропорционально протекающему по ним току и составляет 5 - 10% номинального напряжения сети. Это дает возможность устанавливать конденсаторы с номинальным напряжением, много меньшим номинального напряжения сети (см. пример 3.1). Однако при коротком замыкании за конденсатором напряжение на их зажимах может достигнуть такого значения, при котором конденсаторы, если не принять специальных мер защиты, будут пробиты. Конденсаторы обладают большой перегрузочной способностью по напряжению, значение которой зависит от продолжительности протекания тока короткого замыкания. Значение допустимой кратковременной перегрузки по напряжению в расчетах принимают равным 3,5. Проверка устройств продольной компенсации на перегрузочную способность заключается в определении тока короткого замыкания и расчетной кратности перенапряжения, которую сравнивают с допустимой. Наиболее приемлемыми средствами защиты от перенапряжений являются разрядники с вращающейся дугой и нелинейные ограничители перенапряжений (см. раздел 5).

На рис. 3.3 приведена схема установки продольной компенсации с комплектами разрядных сопротивлений R1 и R2. На комплект R1 конденсаторы разряжаются при срабатывании разрядников, а на комплект R2 – при шунтировании УПК разъединителем.

Рис. 3.3. Схема установки устройства продольной компенсации

4. Изменением величины реактивной мощности, протекающей в сети.

Основными потребителями реактивной мощности в сельскохозяйственном производстве являются асинхронные двигатели. Часть реактивной мощности теряется в обмотках трансформаторов и в проводах линии электропередачи. Передача реактивной мощности по сети для этих потребителей вызывает дополнительные потери напряжения и электроэнергии.

Рис. 3.4. Схема замещения (а) и векторная диаграмма напряжений (б) сети с поперечной компенсацией потерь напряжения

Для разгрузки сети от реактивной мощности целесообразно эту мощность или ее часть генерировать на месте потребления. Источниками реактивной мощности являются синхронные компенсаторы, статические конденсаторы, устанавливаемые на месте потребления и подключаемые параллельно нагрузке (поперечная компенсация). Векторная диаграмма напряжений с учетом поперечной компенсации приведена на рис. 3.4.

В сельских сетях наиболее широко используются статические конденсаторы на напряжении до 1000 В и 10 кВ. Конденсаторы в этом случае являются потребителями опережающей (емкостной) мощности, или, что, то же самое, источниками реактивной мощности.

Потеря напряжения при поперечной компенсации определяется:

(3.6)

Значит при параллельном включении конденсаторов

,

(3.7)

где I_c – емкостной ток линии;

Х_л – индуктивное сопротивление линии.

Мощность конденсаторов для компенсации при параллельном включении определяется

,

(3.8)

где P – активная мощность потребителей, кВт;

P·tgφ – реактивная мощность потребителей без компенсации;

P·tgφ¢  – реактивная мощность, передаваемая по линии при наличии компенсации.

Емкость конденсаторов равна

,

(3.9)

где f – частота тока.

Пример 3.1

Выбрать продольную компенсацию для сети напряжением 10 кВ с нагрузками в кВт и квар и длинами в км, указанными на рисунке 3.5. Напряжение на шинах питающей подстанции составляет 10350 В. Допустимая потеря напряжения в сети составляет 6,5%. Параметры участков сети приведены в таблице 3.1.

Рис. 3.5. Схема сети к заданию 3.1

Таблица 3.1

№ участка	Марка провода	r0, Ом/км	х0, Ом/км	L,км
0-1	АС-70	0,42	0,392	8
1-2	АС-70	0,42	0,392	6
2-3	АС-25	1,146	0,415	15
2-4	АС-35	0,773	0,403	8

Решение: Определим допустимую потерю напряжения в сети по условию задачи

.

Фактические потери напряжения по участкам сети при заданных параметрах и при заданных нагрузках

Полная потеря напряжения до потребителей:

ΔU_0-1=594;

ΔU_0-2=594+ 239,9=833,9 В;