Мере и техничка средства за побољшање квалитета електричне енергије

Да би се одступања и флуктуације напона задржале унутар вредности усклађених са стандардима, потребна је регулација напона.

Регулација напона је процес промене нивоа напона на карактеристичним тачкама система за напајање помоћу посебних техничких средстава, који се врши аутоматски по унапред утврђеном закону. Закон о регулацији напона у енергетским центрима (ЦПУ) утврђује електроенергетска организација, узимајући у обзир интересе већине корисника који су прикључени на тај ЦПУ, ако је то могуће.

У циљу обезбеђења потребног напонског режима на стезаљкама пријемника електричне енергије примењују се следећи начини регулације напона: у аутобусима електрана и трафостаница (ЦПУ), на одлазним водовима, заједнички и допунски.

Приликом регулације напона на процесорским магистралама обезбеђују такозвану противструјну регулацију.Под регулацијом противнапона подразумева се повећање напона на 5 - 8% номиналног при највећем оптерећењу и поднапона до номиналног (или нижег) при најмањем оптерећењу са рампом у зависности од оптерећења.

Регулација се врши променом односа трансформације напојног трансформатора... За ову сврху трансформатори су опремљени средствима за регулацију напона под оптерећењем (ОЛТЦ)... Трансформатори са прекидачима под оптерећењем омогућавају регулацију напона у опсегу од ± 10 до ± 16% са резолуцијом 1,25 — 2,5%. Енергетски трансформатори 6 — 20 / 0,4 кВ опрема прекидачи управљачки уређаји искљученог склопа (прекидање без побуде) са опсегом од ± 5% и кораком подешавања од ± 2,5% (табела 1).

Табела 1. Напонски додаци за трансформаторе 6-20 / 0,4 кВ са прекидачем

Прави избор фактор трансформације трансформатор са прекидачем (на пример са сезонском регулацијом) обезбеђује најбољи могући напонски режим при промени оптерећења.

Сврсисходност употребе једног или другог метода регулације напона одређена је локалним условима, у зависности од дужине мреже и њеног кола, резерве реактивне снаге итд.

Индикатор одступања напона зависи од губитка напона у мрежи, зависи од отпора мреже и оптерећења.У пракси је промена отпора мреже повезана са променом напона у њој при избору попречних пресека жица и кабловских жила, узимајући у обзир одступања у напону пријемника електричне енергије (према дозвољене губитке напона), као и при коришћењу серијског повезивања кондензатора у надземним водовима (инсталације уздужне компензације — УПК).

Кондензатори повезани серијски компензују део индуктивног отпора линије, смањујући тако реактивну компоненту у линији и стварајући неки додатни напон у мрежи, у зависности од оптерећења.

Серијско повезивање кондензатора препоручује се само за значајну реактивну снагу оптерећења (тгφ > 0,75-1,0). Ако је фактор реактивне снаге близу нуле, губитак линијског напона углавном се одређују активним отпором и активном снагом. У овим случајевима, индуктивна компензација отпора је непрактична.

Употреба УПЦ-а је веома ефикасна у случају наглих флуктуација оптерећења, јер је регулациони ефекат кондензатора (вредност додатог напона) пропорционалан струји оптерећења и мења се аутоматски, практично без инерције. Због тога серијски спој кондензатора треба користити у надземним водовима напона 35 кВ и ниже, напајајући нагло наизменична оптерећења са релативно малим фактором снаге. Такође се користе у индустријским мрежама са наглим флуктуирајућим оптерећењима.

Поред горе наведених мера за смањење отпора мреже, мере за промену оптерећења мреже, посебно реактивних, доводе до смањења губитака напона, а самим тим и до повећања напона на крају линије. Ово се може урадити применом инсталација за бочну компензацију (повезивање батерија кондензатора паралелно са оптерећењем) и брзих извора реактивне снаге (РПС), развијајући стварни распоред промена реактивне снаге.

У циљу побољшања напонског режима мреже, смањења одступања и флуктуација напона, могуће је користити моћне синхроне моторе са аутоматском контролом побуде.

Да побољшају такве индикатори квалитета електричне енергије препоручује се повезивање електричних пријемника који искривљују ЦЕ на тачкама система са највећим вредностима снаге кратког споја. А коришћење средстава за ограничавање струја кратког споја у мрежама које садрже специфична оптерећења треба да се спроводи само у границама неопходним да би се обезбедио поуздан рад склопних уређаја и електричне опреме.

Главни начини смањења утицаја несинусног напона. Од техничких средстава користе се: филтерски уређаји: укључивање паралелно са оптерећењем ускопојасних резонантних филтера, уређаји за компензацију филтера (ФЦД), уређаји за балансирање филтера (ФСУ), ИРМ који садрже ФЦД, специјална опрема коју карактерише низак ниво генерација виших хармоника, „незасићених“ трансформатора, вишефазних претварача са побољшаним енергетским карактеристикама.

На сл.1, а приказује дијаграм попречног (паралелног) пасивног филтера са вишим хармоницима. Филтерска веза је коло индуктивности и капацитивности повезаних у серију, подешено на фреквенцију одређеног хармоника.

Пиринач. 1. Шематски дијаграми филтера са вишим хармоницима: а — пасивни, б — активни филтер (АФ) као извор напона, ц — АФ као извор струје, ВП — вентилски претварач, Ф5, Ф7 — респективно прикључци филтера на 5 7. и 7. хармоници, тис — линијски напон, тиАФ — АФ напон, тин — напон оптерећења, Азц — струја линије, АзАф — струја коју генерише АФ, Азн — струја оптерећења

Отпорност прикључка филтера на струје вишег хармоника Ксфп = КСЛн-НС° Ц/н, где су КСЛ, Ксц отпори реактора и кондензаторске батерије према струји фреквенције снаге, н — број хармонијске компоненте.

Како фреквенција расте, индуктивност реактора расте пропорционално, а кондензаторска банка опада обрнуто са хармонијским бројем. На фреквенцији једног од хармоника, индуктивни отпор реактора постаје једнак капацитету кондензаторске банке и напонска резонанца... У овом случају, отпор прикључка филтера н струји резонантне фреквенције је нула и она маневрира електричним системом на овој фреквенцији. Хармонични број иар резонантне фреквенције се израчунава по формули

Идеалан филтер у потпуности филтрира хармонијске струје на фреквенције на које су подешене његове везе.У пракси, међутим, присуство активних отпора на реакторима и батеријама кондензатора и непрецизно подешавање спојева филтера доводе до непотпуног филтрирања хармоника.Паралелни филтер је низ секција, од којих је свака подешена да резонује за одређену фреквенцију хармоника.

Број веза у филтеру може бити произвољан. У пракси се обично користе филтери који се састоје од две или четири секције подешене на фреквенције 5., 7., 11., 13., 23. и 25. хармоника. Попречни филтери су повезани и на местима где се појављују виши хармоници и на местима где се појачавају. Укрштени филтер је и извор реактивне снаге и средство за компензацију реактивног оптерећења.

Параметри филтера су изабрани тако да су везе подешене у резонанцији са фреквенцијама филтрираних хармоника, а њихов капацитет омогућава генерисање потребне реактивне снаге на индустријској фреквенцији. У неким случајевима, кондензаторска банка је повезана паралелно са филтером да би се компензовала реактивна снага. Такав уређај се назива компензациони филтер (ПКУ)... Уређаји за компензацију филтера обављају и функцију филтрирања хармоника и функцију компензације реактивне снаге.

Тренутно, поред пасивних ускопојасних филтера, користе и активне филтере (АФ)... Активни филтер је АЦ-ДЦ претварач са капацитивним или индуктивним складиштењем електричне енергије на ДЦ страни, који формира одређену вредност напона или струје. преко пулсне модулације. Укључује интегрисане прекидаче за напајање повезане према стандардним шемама.АФ прикључак на мрежу као извор напона приказан је на сл. 1, б, као извор струје — на сл. 1, ц.

Смањење систематске неравнотеже у нисконапонским мрежама врши се рационалном расподелом једнофазних оптерећења између фаза на начин да су отпори ових оптерећења међусобно приближно једнаки. Ако се неравнотежа напона не може смањити помоћу решења кола, онда се користе посебни уређаји: асиметрично преклапање кондензаторских батерија (слика 2) или кола за балансирање (слика 3) једнофазних оптерећења.

Пиринач. 2. Уређај за балансирање кондензаторске банке

Пиринач. 3. Специјално коло балуна

Ако се асиметрија промени према закону вероватноће, онда се за смањење користе уређаји за аутоматско балансирање, од којих је дијаграм једног приказан на сл. 4. Подесиви симетрични уређаји су скупи и сложени и њихова примена ствара нове проблеме (посебно несинусоидни напон). Дакле, у Русији нема позитивног искуства са употребом балуна.

Пиринач. 4. Типично коло балуна

За заштиту од пренапона, одводнике пренапона... Против краткотрајних падова напона и напона могу се користити динамички компензатори изобличења напона (ДКИН), који решавају многе проблеме квалитета електричне енергије, укључујући падове (укључујући импулсне) и пренапоне напона напајања.

Главне предности ДКИН-а:

• без батерија и свих проблема повезаних са њима,

• време одзива за кратке прекиде напајања 2 мс,

• ефикасност ДКИН уређаја је више од 99% при 50% оптерећења и више од 98,8% при 100% оптерећења,

• ниска потрошња енергије и ниски оперативни трошкови,

• компензација хармонијских компоненти, подрхтавања,

• синусоидални излазни напон,

• заштита од свих врста кратких спојева,

• висока поузданост.

Смањење нивоа негативног утицаја на мрежу енергетских пријемника специфичних оптерећења (ударних, са нелинеарним волт-амперским карактеристикама, асиметричним) постиже се њиховом нормализацијом и поделом напајања на специфична и „тиха“ оптерећења.

Поред издвајања посебног улаза за специфична оптерећења, могућа су и друга решења за рационалну изградњу шема напајања:

• четвороделна шема главне силазне трафостанице на напону од 6-10 кВ са трансформаторима са подељеним секундарним намотајима и са дуплим реакторима за одвојено напајање «тихим» и специфичним оптерећењем,

• превођење трансформатора главне опадајуће трафостанице (ГПП) у паралелни рад укључивањем секцијске склопке 6-10 кВ када су дозвољене струје кратког споја. Ова мера се такође може применити привремено, на пример током периода покретања великих мотора,

• спровођење светлосног оптерећења у електроенергетским мрежама продавнице одвојено од наглог наизменичног напајања (на пример, од уређаја за заваривање).