Lezione n. 10

Calcolo delle reti locali (reti in tensione) per perdita

voltaggio

Perdite di tensione ammesse nelle linee delle reti locali.

Ipotesi alla base del calcolo delle reti locali.

Determinazione della maggiore perdita di tensione.

Casi particolari di calcolo delle reti locali.

Perdita di tensione in linee elettriche con carico uniformemente distribuito.

Perdite di tensione ammesse nelle linee delle reti locali

Le reti locali includono reti con una tensione nominale di 6 - 35 kV. La lunghezza delle reti locali supera significativamente la lunghezza delle reti regionali. Il consumo di materiale conduttivo e materiali isolanti supera significativamente il loro fabbisogno di reti di importanza regionale. Questa circostanza richiede un approccio responsabile alla progettazione delle reti locali.

La trasmissione di elettricità dalle fonti di alimentazione ai ricevitori di potenza è accompagnata da una perdita di tensione nelle linee e nei trasformatori. Pertanto, la tensione ai consumatori non rimane costante.

Distinguere deviazioni e fluttuazioni voltaggio.

Deviazioni le tensioni sono dovute a lenti processi di modifica dei carichi nei singoli elementi della rete, modifica delle modalità di tensione sugli alimentatori. Come risultato di tali modifiche, la tensione nei singoli punti della rete cambia di intensità, deviando dal valore nominale.

fluttuazioni le tensioni sono rapide (a una velocità di almeno l'1% al minuto) variazioni di tensione a breve termine. Si verificano in caso di forti violazioni della normale modalità di funzionamento con accensioni o spegnimenti improvvisi di potenti consumatori, cortocircuiti.

Gli scostamenti di tensione sono espressi in percentuale rispetto alla tensione nominale della rete

Le fluttuazioni di tensione sono calcolate come segue:

dove

i valori di tensione più grandi e più piccoli nello stesso punto della rete.

Per garantire il normale funzionamento dei ricevitori di potenza, è necessario mantenere una tensione vicina alla tensione nominale sui loro pneumatici.

GOST stabilisce le seguenti deviazioni consentite durante il normale funzionamento:

Nelle modalità di post-emergenza è consentita un'ulteriore caduta di tensione del 5% rispetto ai valori specificati.

Per garantire il corretto livello di tensione sulle sbarre dei ricevitori di potenza, si adottano le seguenti misure:

Con un rapporto di trasformazione

la tensione effettiva sulle sbarre di bassa tensione sarà più vicina a quella nominale:

Gli avvolgimenti dei trasformatori sono dotati di prese che consentono di modificare il rapporto di trasformazione entro determinati limiti. La tensione nei nodi del circuito situati più vicini alla fonte di alimentazione è solitamente superiore alla tensione nominale e in quelli remoti è inferiore alla tensione nominale. Per ottenere la tensione del livello richiesto sul lato secondario dei trasformatori inclusi in questi nodi, è necessario selezionare delle prese negli avvolgimenti del trasformatore. Nei nodi con un livello di tensione maggiore, i rapporti di trasformazione sono impostati su un valore superiore a quello nominale e nei nodi con un livello di tensione basso, i rapporti di trasformazione dei trasformatori sono impostati al di sotto di quelli nominali.

Lo schema di rete, la tensione nominale, le sezioni dei fili sono scelti in modo tale che la perdita di tensione non superi il valore consentito.

La perdita di tensione ammissibile è impostata con un certo grado di precisione, in base ai valori normalizzati delle deviazioni di tensione sui bus dei ricevitori di potenza:

per reti con una tensione di 220 - 380 V per l'intera lunghezza dalla fonte di alimentazione all'ultimo ricevitore elettrico dal 5 al 6,5%;

per la rete di alimentazione con una tensione di 6 - 35 kV - dal 6 all'8% in modalità normale; dal 10 al 12% in modalità post-incidente;

per reti rurali con una tensione di 6 - 35 kV - fino al 10% in modalità normale.

Questi valori di perdita di tensione ammissibile sono selezionati in modo tale che, con una corretta regolazione della tensione nella rete, siano soddisfatti i requisiti del Codice di installazione elettrica per le deviazioni di tensione sui bus dei ricevitori di potenza.

Ipotesi alla base del calcolo delle reti locali

Quando si calcolano reti con tensione fino a 35 kV inclusi, vengono fatte le seguenti ipotesi:

non si tiene conto della potenza di ricarica delle linee elettriche;

non preso in considerazione reattanza induttiva linee elettriche via cavo;

le perdite di potenza nell'acciaio dei trasformatori non vengono prese in considerazione. Le perdite di potenza nell'acciaio dei trasformatori vengono prese in considerazione solo nel calcolo delle perdite di potenza attiva ed elettricità nell'intera rete;

nel calcolo dei flussi di potenza, le perdite di potenza non vengono prese in considerazione, ad es. la potenza all'inizio della sezione è uguale alla potenza alla fine della sezione;

la componente trasversale della caduta di tensione non viene presa in considerazione. Ciò significa che non si tiene conto dello sfasamento di tensione tra i nodi del circuito;

il calcolo delle perdite di tensione viene effettuato in base alla tensione nominale e non in base alla tensione reale nei nodi della rete.

Determinazione della maggiore perdita di tensione

Tenendo conto delle ipotesi fatte nel calcolo delle reti locali, la tensione in c'è ne io-esimo nodo di rete è calcolato utilizzando una formula semplificata:

dove

rispettivamente potenza attiva e reattiva che attraversa la sezione j;

rispettivamente resistenza attiva e induttiva della sezione j.

La mancata considerazione delle perdite di potenza nelle reti locali consente di calcolare le perdite di tensione in base alla potenza delle sezioni o alla potenza dei carichi.

Se il calcolo viene eseguito in base alle capacità delle sezioni, vengono prese in considerazione le resistenze attive e reattive delle stesse sezioni. Se il calcolo si basa sulla potenza dei carichi, è necessario tenere conto delle resistenze attive e reattive totali dall'IP al nodo di connessione del carico. Per quanto riguarda la fig. 10.2 abbiamo:

per capacità del sito

dalla potenza del carico

.

In una rete non ramificata, la maggiore perdita di tensione è la perdita di tensione dall'alimentatore al punto finale della rete.

In una rete ramificata, la maggiore perdita di tensione è determinata come segue:

viene calcolata la perdita di tensione dall'alimentazione a ciascun punto terminale;

tra queste perdite, viene selezionata la maggiore. Il suo valore non deve superare la perdita di tensione consentita per questa rete.

Casi particolari di calcolo delle reti locali

In pratica si hanno i seguenti casi particolari di calcolo delle reti locali (si riportano le formule per il calcolo delle capacità delle tratte):

La linea di trasmissione di potenza per tutta la lunghezza è realizzata con fili della stessa sezione, equidistanti

La linea di trasmissione di potenza per tutta la lunghezza è realizzata con fili della stessa sezione, equidistanti. I carichi hanno lo stesso cosφ

Linee elettriche che alimentano carichi puramente attivi ( Q = 0, cosφ=1), o linee di trasmissione in cavo con tensione fino a 10 kV ( X =0)

Metodi per il calcolo aritmetico di reti elettroniche aeree con fili di vari materiali per perdita di tensione. La perdita di tensione consentita nella rete elettronica è determinata dalle probabili deviazioni di tensione consentite per i potenziali utenti. Pertanto, è stato dato notevole interesse all'esame di una richiesta di risposta in merito a deviazioni di tensione.

Per qualsiasi ricevitore energia elettrica sono possibili cadute di tensione specifiche. Ad esempio, unità di alimentazione non simultanee nelle norme standard, la deviazione consentita delle anomalie di tensione è ± 5%. Ciò significa, quindi, che in un caso curioso, se la tensione nominale del motore elettrico in dotazione è 380 V, da tale tensione U "addizionale = 1.05 Un = 380 x 1.05 = 399 V e U" addizionale = 0.95 Un = 380 x 0,95 \u003d 361 V dovrebbe essere basato sui suoi indicatori di tensione validi più probabili. Naturalmente, che tutte le tensioni tampone comprese tra le designazioni 361 e 399 V soddisferanno ancora l'utente acquirente e comporranno un determinato intervallo, l'uno o l'altro senza opzioni può essere chiamato il campo delle tensioni desiderate.

Perdita di tensione di rete consentita

Gli utenti dell'attività di energia elettronica svolgono normalmente il loro carico di lavoro quando tale tensione viene applicata ai loro morsetti, in base al calcolo matematico del dispositivo o apparato elettrico fabbricato. Quando si trasmette energia elettrica attraverso le linee, parte della tensione scompare a causa della resistenza delle linee stesse e, di conseguenza, all'estremità della striscia, ovvero all'utente acquirente, la tensione diminuisce rispetto all'inizio di la linea. Il calo di tensione dell'utente acquirente, se confrontato con quello abituale, si riflette nel funzionamento del ricevitore di corrente, anche se si tratta di un carico di potenza o leggero.

Per questo motivo, nel calcolo di ciascuna linea di trasmissione di potenza, non è necessario che le differenze di tensione superino con elevata probabilità le norme possibili, reti generalmente riconosciute dalla scelta del carico elettrico e calcolate per il riscaldamento, misurate principalmente da perdita, caduta di tensione.

La caduta di tensione ΔU è la differenza tra la tensione all'inizio della linea e alla sua fine. ΔU è solitamente predeterminato in unità di misura condizionatamente comparative - in relazione alla tensione indicata.
Quando si utilizza la regolazione di tensione opposta, è possibile aumentare la probabile perdita di tensione consentita. Sfortunatamente, la sua area di implementazione ha dei limiti. La maggior parte delle utenze del villaggio è alimentata dalle sbarre delle cabine elettriche della propria zona, industriale o comunale. installazioni elettriche. In questo caso potrebbe esserci elettricità da sottostazioni con una tensione di 35/10 o 110/35 kV.

La perdita di tensione sulle linee delle file d'aria viene calcolata con il metodo per il carico più grande possibile. Poiché la perdita di tensione è approssimativamente uguale all'aumento del carico alla minima potenza assorbita, sulle linee della rete aerea del villaggio, ha valore più alto 25%.

Perdita di tensione consentita PUE

Il PUE è il documento principale che conta le richieste di varie forme di apparecchiature elettriche. L'accuratezza dell'attuazione delle richieste EMP garantisce il funzionamento sicuro e senza errori degli impianti elettrici.

Le richieste PUE sono indispensabili per tutte le istituzioni, indipendentemente dalla titolarità formale e dalle forme organizzative e giuridiche, nonché per gli imprenditori privati ​​e individui progettisti esecutivi, montaggio, regolazione e utilizzo degli impianti elettrici.

PUE 7a edizione

Livelli di tensione e controllo, compensazione della potenza reattiva:

• Clausola 1.2.22. Per le reti elettriche è necessario stipulare procedure ingegneristiche per garantire le proprietà dell'energia elettrica in relazione alla richiesta di GOST 13109
• Clausola 1.2.23. L'impianto di regolazione della tensione deve realizzare la stabilizzazione della tensione sui bus con una tensione di 3-20 kV di sottostazioni e centrali elettriche, dove è collegata l'una o l'altra rete di distribuzione elettrica, nell'intervallo almeno del 105%, indicato nell'intervallo di massimo carichi e non superiori al 100%, indicati nell'intervallo dei carichi minimi di queste stesse reti. L'imprecisione dei livelli di tensione menzionati deve essere giustificata.
• Clausola 1.2.24. L'alternativa e il posizionamento dei dispositivi di compensazione della potenza reattiva nelle reti elettriche è costituito dall'impossibilità di fornire la larghezza di banda di rete richiesta nelle normali e dopo le procedure di emergenza, mantenendo i livelli di tensione e le riserve di durata richiesti.

Nelle reti di distribuzione da 0,4 kV, c'è un problema associato a significativi squilibri di tensione nelle fasi: sulle fasi caricate, la tensione scende a 200 ... 208 V e su quelle meno caricate, a causa dello spostamento dello zero, può aumentare fino a 240 V o più. sovratensione può portare al fallimento elettrodomestici e attrezzature di consumo. L'asimmetria di tensione si verifica a causa di diverse cadute di tensione nei fili di linea durante gli squilibri di corrente di fase causati dalla distribuzione irregolare dei carichi monofase. In questo caso nel filo neutro della linea a quattro fili compare una corrente pari alla somma geometrica delle correnti di fase. In alcuni casi (ad esempio, quando il carico di una o due fasi è scollegato), una corrente uguale alla corrente di fase del carico può fluire attraverso il filo neutro. Ciò comporta perdite aggiuntive nelle linee di trasmissione dell'energia (linee elettriche) 0,4 kV, nei trasformatori di distribuzione 10/0,4 kV e, di conseguenza, nelle reti ad alta tensione.

Questa situazione è tipica di molte zone rurali e può verificarsi nelle zone residenziali. condomini, dove è praticamente impossibile distribuire uniformemente il carico sulle fasi di alimentazione, per cui nel filo neutro compaiono correnti sufficientemente grandi, il che porta a ulteriori perdite nei conduttori del gruppo e nelle linee di alimentazione e rende necessario aumentare la sezione del filo di lavoro neutro al livello di quelli di fase.

Gli squilibri di tensione influiscono notevolmente sul funzionamento dell'apparecchiatura [L.1]. Quindi una piccola asimmetria di tensione (ad esempio fino al 2%) ai terminali motore a induzione porta ad un aumento significativo delle perdite di potenza (fino al 33% nello statore e al 12% nel rotore), che a sua volta provoca un ulteriore riscaldamento degli avvolgimenti e riduce la vita del loro isolamento (del 10,8%) e con distorsioni di 5%, le perdite totali aumentano di 1,5 volte e, di conseguenza, aumenta la corrente consumata. Inoltre, ulteriori perdite dovute all'asimmetria di tensione non dipendono dal carico del motore.

Con un aumento della tensione sulle lampade a incandescenza fino al 5%, il flusso luminoso aumenta del 20% e la durata è dimezzata.

Sul cabine di trasformazione 10 / 0,4 kV, di norma, sono installati trasformatori con uno schema di collegamento U / Un. È possibile ridurre le perdite e bilanciare la tensione in una linea di trasmissione di potenza da 10 kV applicando Y / Zjj o A / Zjj, o (prodotto da UP METZ dal nome di V.I. Kozlov), ma tale sostituzione è associata a grandi costi finanziari e non compensa ulteriori perdite nella linea di trasmissione a 0,4 kV.

Per compensare lo squilibrio di tensione, si consiglia di ridistribuire le correnti di carico sulle fasi, allineandone i valori.

La necessità di limitare la corrente del filo del neutro è anche causata dal fatto che nelle reti di distribuzione da 0,4 kV, realizzate con un cavo, la sezione del filo del neutro è solitamente presa di un gradino in meno rispetto alla sezione del filo di fase .

Al fine di ridurre le perdite di potenza nelle reti da 0,4 kV ridistribuendo le correnti per fasi, limitando la corrente nel filo neutro e riducendo le distorsioni di tensione, si propone di utilizzare un autotrasformatore di bilanciamento trifase, installandolo all'estremità della linea di trasmissione di potenza , ai nodi di carico. Allo stesso tempo, se si verifica un cortocircuito di una delle fasi verso il neutro sulla linea 0,4 kV verso il nodo di carico (cosa che purtroppo accade spesso su linee elettriche aeree nelle aree rurali), le utenze a valle dell'autotrasformatore installato saranno protette da grandi sovratensioni.

Un autotrasformatore trifase, a secco, equilibrante (abbreviato in ATS-C) contiene un circuito magnetico a tre steli, gli avvolgimenti primari W 1 sono posti su tutti e tre gli steli, collegati a stella con neutro e collegati alla tensione di rete, l'avvolgimento di compensazione W K è realizzato a forma di triangolo aperto (alcuni autori chiamano aperto [L.3]) e connesso in serie al carico.

I principali circuiti elettrici dell'autotrasformatore sono mostrati in Fig.1...4.

La figura 1 mostra schema elettrico un autotrasformatore con avvolgimento di compensazione, quando le sezioni di questo avvolgimento, realizzate su ciascuna fase, sono collegate a triangolo aperto classico e collegate al neutro di rete e al carico.

La figura 2 mostra il circuito elettrico di un autotrasformatore con un avvolgimento di compensazione realizzato sotto forma di bobine di materiale conduttore che giacciono sopra gli avvolgimenti di tutte e tre le fasi dell'autotrasformatore, formando un triangolo aperto. L'utilizzo di questo schema, rispetto al precedente, consente non solo di ridurre i consumi filo di avvolgimento avvolgimento aggiuntivo, ma anche la potenza complessiva dell'autotrasformatore liberando la finestra del circuito magnetico e riducendo l'interasse tra gli avvolgimenti primari.

Questi schemi sono applicabili nei casi in cui il conduttore neutro del carico non abbia un collegamento rigido a terra e in tutti i casi in un sistema a cinque fili con conduttori PE e N.

La figura 3 mostra il circuito elettrico di un autotrasformatore con avvolgimenti di compensazione realizzati sotto forma di avvolgimenti di fase collegati a triangoli aperti, collegati secondo gli avvolgimenti di fase dell'autotrasformatore.

Strutturalmente, il circuito mostrato in Fig. 4 può essere eseguito in modo simile al circuito in Fig. 2, cioè gli avvolgimenti di compensazione di fase sono realizzati sugli avvolgimenti di tutte e tre le fasi dell'autotrasformatore e sono inclusi nella rottura dei fili di fase della rete dal lato carico.

Questi schemi possono essere utilizzati, anche quando il neutro del carico è solidamente collegato a terra, cioè quando non è possibile inserire l'avvolgimento di compensazione dell'autotrasformatore nella rottura del neutro tra il carico e la rete, oppure quando il neutro del carico deve essere “ duro” a terra per motivi di sicurezza.

Con l'asimmetria delle correnti di carico e, di conseguenza, delle correnti negli avvolgimenti di compensazione, i flussi magnetici creati da questi avvolgimenti nel circuito magnetico dell'autotrasformatore si sommano geometricamente. Nei nuclei del nucleo magnetico appariranno flussi a sequenza zero diretti in una direzione in tutte le fasi dell'autotrasformatore. Questi flussi magnetici creano fem. sequenza zero e, di conseguenza, correnti I 01 in avvolgimento primario proporzionale al rapporto di trasformazione in tr (inversamente proporzionale al rapporto del numero di giri W1 / Wk).

La connessione dell'avvolgimento W K è scelta in modo tale che le correnti di fase dell'autotrasformatore siano sottratte dal vettore corrente di fase le linee della fase più caricata e sono state aggiunte alle correnti delle fasi meno caricate. Tale ridistribuzione porta a una distribuzione più simmetrica delle correnti per fasi nelle linee di trasmissione di potenza, all'equalizzazione delle cadute di tensione nei fili di linea e, di conseguenza, al bilanciamento della tensione sul carico, nonché a una diminuzione della corrente del filo neutro e perdite nella linea di alimentazione e nei trasformatori di distribuzione di energia, fornendo energia elettrica di risparmio.

La massima compensazione della corrente nel filo neutro viene eseguita quando gli ampere giri (forza magnetomotrice) degli avvolgimenti di lavoro I 01 -W 1 e compensazione I 02 -W K sono uguali, cioè a I 01 -W 1 =3I 02 -W K , o W K =W 1 /3. In questo caso la potenza complessiva dell'autotrasformatore P at, a seconda dello schema di collegamento degli avvolgimenti di compensazione, può essere 3 volte inferiore alla potenza assorbita dal carico R n.

Per limitare la corrente del filo neutro al livello consentito per le linee di trasmissione di potenza, il numero di spire dell'avvolgimento di compensazione può essere corrispondentemente ridotto: ad esempio, per limitare la corrente del filo neutro a livello di 1/3 del fase, 2/3 del suo valore devono essere compensati, quindi W K \u003d W 1 / 4,5. In questo caso, la potenza complessiva dell'autotrasformatore può essere 4,5 volte inferiore al consumo energetico del carico.

Le distorsioni delle correnti di fase comportano perdite aggiuntive nella linea di trasmissione di potenza da 0,4 kV e oltre lungo l'intera catena di trasmissione dell'energia elettrica. Si consideri questo sull'esempio di una linea elettrica condizionale lunga 300 m, realizzata con un cavo in alluminio con una sezione di (3x25 + 1x16) mm (resistenza dei fili di fase 0,34 Ohm, filo neutro 0,54 Ohm) con un carico attivo nelle fasi 40 , 30 e 10A. La corrente nel filo neutro, uguale alla somma vettoriale delle correnti di fase, sarà (vedi diagramma vettoriale in Fig. 5) 26,5 A. Le perdite nella linea, come in qualsiasi conduttore, dipendono dalla resistenza della linea e il quadrato della corrente passante per questa linea (I 2-Z^). Le perdite nei fili di fase, rispettivamente, saranno -40 2 -0,34 \u003d 544 W, 30 2 -0,34 \u003d 3 06 W, 10 2 -0,34 \u003d 34 W, nel filo neutro -26,5 -0, 54= 379 W, perdite totali nella linea - 1263 W.

L'uso di ATS-C ridistribuirà le correnti nella linea. Con un rapporto di trasformazione di 1/3, un terzo della corrente del filo neutro viene sottratto vettorialmente dalle correnti di fase caricate e sommato alla corrente della fase meno caricata. Le correnti, rispettivamente, diventeranno

Pari a 33,8, 29,6 e 18,6 A, mentre la corrente del filo neutro (tenendo conto di alcune asimmetrie del sistema magnetico dell'autotrasformatore) può arrivare fino al 10% della corrente media di fase, ovvero 2.7 A.

Con una tale ridistribuzione delle correnti, le perdite totali nella linea saranno (33,82 + 29,62 + 18,62) ​​0,34 + 2,72 0,54 = 805W.

Pertanto, l'installazione dell'autotrasformatore ATS-S consente di ridurre del 36% le perdite nella linea di trasmissione di potenza da 0,4 kV.

È ovvio che la diminuzione della caduta di tensione nei fili della linea è proporzionale alla variazione della corrente nelle fasi, equalizza in modo significativo la tensione nel nodo di carico, principalmente a causa dello spostamento "zero".

Aumentando il rapporto di trasformazione sopra 1/3 per carichi trifase non è consigliabile e, nonostante una ridistribuzione più uniforme delle correnti sulle fasi, comporta un aumento delle perdite nelle linee elettriche per un aumento più significativo della corrente del filo neutro, e richiederà anche elevati costi per i materiali.

Il valore relativo della potenza dell'autotrasformatore ATS-S sarà - S * at = k·Sn, dove: Sn - potenza del carico; k è il coefficiente che dipende dal circuito dell'autotrasformatore e dal rapporto di trasformazione (ktr), presentato in Tabella 1.

Tabella 1 valori dei coefficientia

Schema, fig.	1	2	3	4
ktr = 1/3	0,58	0,33	0,90	0,55
ktr \u003d 1 / 4.5	0,38	0,22	0,66	0,33

Se è garantito che la corrente massima che scorre nel filo del carico neutro sia nota, la potenza complessiva dell'autotrasformatore secondo il circuito di Fig. 1 può essere calcolata in base a questa corrente - B at = 1 02 -u l / l / 3 , e secondo il circuito di Fig. 2 - B a \u003d 1 02 -i l / 3 e per l'esempio precedente di un carico sbilanciato trifase saranno, rispettivamente, 8,3 e 4,8 kV-A.

Il più efficace è l'installazione di un autotrasformatore direttamente presso il consumatore, nel punto di diramazione di una linea trifase in una linea monofase, ad esempio all'ingresso di una cooperativa di dacia, dove è quasi impossibile equalizzare il carico attraverso le fasi. Negli edifici residenziali plurifamiliari, l'installazione di ATS-S sulle derivazioni di ciascun montante che alimenta gli appartamenti negli edifici residenziali consente di bilanciare la tensione e ridurre le perdite nel gruppo trifase e nelle linee di alimentazione della rete di distribuzione. Nelle piccole imprese industriali, può essere utilizzato per alimentare carichi monofase ad alta potenza: trasformatori di saldatura, raddrizzatori, scaldabagni, ecc.

Attualmente, convertitori statici (raddrizzatori, regolatori a tiristori, convertitori ad alta frequenza), dispositivi di illuminazione a scarica di gas con reattori elettronici, motori elettrici corrente alternata velocità variabile, ecc. Questi dispositivi, così come i trasformatori di saldatura, dispositivi medici speciali e altri dispositivi, possono generare armoniche di corrente più elevate nel sistema di alimentazione. Ad esempio, i raddrizzatori monofase possono generare tutte le armoniche dispari e quelli trifase possono generare tutti i non multipli di tre, come mostrato in Fig. 6 [L.2].

Le armoniche di corrente generate da carichi non lineari possono essere problemi seri per sistemi di alimentazione. Le componenti armoniche sono correnti con frequenze multiple della frequenza fondamentale dell'alimentatore. Le armoniche più alte della corrente, sovrapposte all'armonica fondamentale, portano alla distorsione della forma d'onda della corrente. A sua volta, la distorsione della corrente influisce sulla forma d'onda della tensione nel sistema di alimentazione, causando effetti inaccettabili sui carichi del sistema. Un aumento del valore della corrente effettiva totale in presenza di componenti armoniche più elevate nel sistema può portare al surriscaldamento di tutte le apparecchiature di rete distribuite. Con le correnti non sinusoidali, le perdite nei trasformatori aumentano, principalmente a causa delle perdite di correnti parassite, che richiedono un aumento della loro potenza installata. Di norma, per limitare le armoniche in questi casi, vengono installati filtri ad alta frequenza, costituiti da reattanze di rete e condensatori.

I vantaggi di ATS-S includono il fatto che hanno la capacità di filtrare correnti armoniche superiori multiple di tre (es. 3, 9, 15, ecc.), limitandone il flusso sia dalla rete al carico, che viceversa . Ciò migliora la qualità della rete e riduce le fluttuazioni di tensione.

Come già accennato in precedenza, i ballast elettromagnetici (reattori) delle lampade a scarica di gas generano armoniche più elevate. Quindi, nelle correnti delle lampade al sodio HPS, ampiamente utilizzate per gli scopi illuminazione stradale, è prevalente la terza armonica e, a seconda della potenza della lampada e del tipo di alimentatore, è fino al 5% o più (secondo [L.4] la terza armonica è consentita fino al 17,5%). Le correnti di terza armonica sono in fase e si sommano aritmeticamente nel filo neutro rete trifase, creando perdite aggiuntive tangibili, che obbligano la sezione trasversale dei conduttori di lavoro zero delle linee di alimentazione trifase e di gruppo ad essere uguale a quella di fase uno.

In questa situazione, l'utilizzo di ATS-S consente di ridurre di almeno due volte la sezione dei conduttori di neutro e di risolvere tre problemi: compensare le perdite dalla terza armonica, garantire che l'impianto di illuminazione sia commutato su “ modalità notte” (di notte una o due fasi della rete di distribuzione vengono spente), ridistribuendo il carico su tre fasi; ed entrare nella modalità di risparmio energetico toccando l'autotrasformatore per abbassare la tensione. Per risolvere solo il primo problema si può utilizzare l'autotrasformatore di minima potenza, predisposto per la corrente del filo neutro (la corrente totale della terza armonica).

Se necessario, compensare la 5a, 7a o 11a armonica, è possibile utilizzare gli schemi di Fig. 3 o 4. In questo caso, il costo delle reattanze di rete può essere ridotto, perché. gli avvolgimenti di compensazione, avendo una maggiore resistenza induttiva per le armoniche ad alta frequenza, possono fungere da reattanza di rete e, insieme ai condensatori, formare un filtro armonico superiore. I condensatori sono collegati tra i punti di connessione in triangoli aperti delle sezioni dell'avvolgimento di compensazione e il filo neutro e possono formare uno (vedi Fig. 7), un filtro a due o tre stadi per frequenze diverse. La quantità di induttanza
le sezioni dell'avvolgimento di compensazione possono essere determinate con sufficiente affidabilità dai parametri nominali: la corrente nominale e il rapporto di trasformazione. Ad esempio, quando corrente nominale I n \u003d 25A e rapporto di trasformazione ktr \u003d 1/3 di tensione di sezione
sarà U sec \u003d Uf a tr \u003d 220/3 \u003d 73V, resistenza Z sec \u003d Usec / Inom \u003d 73/25 \u003d 2,9 Ohm (trascurando la piccola resistenza attiva dell'avvolgimento) consideriamo induttivo e quindi l'induttanza della sezione

Lsec \u003d Z sec / w \u003d 2,9 / 314-10 \u003d 9,2 mH. In questo caso è necessario tenere conto della natura non lineare della resistenza: al diminuire del carico, la resistenza aumenta.

Quando si ordina un autotrasformatore, la possibilità di collegare i condensatori deve essere specificata nell'applicazione per la produzione.

Un caso speciale è un autotrasformatore di bilanciamento, appositamente progettato per alimentare un carico monofase (vedi Fig. 8 e 9). Per una maggiore simmetria delle correnti nelle fasi, il rapporto di trasformazione può essere reso maggiore di 1/3, con un certo aumento della corrente del filo neutro.

Diamo un'occhiata a questo con un esempio. All'ingresso della rete trifase è installato un interruttore automatico, progettato da molto tempo. corrente ammissibile 25 A. È necessario collegare un trasformatore di saldatura con una potenza di 10 kVA (tensione di rete 220 V, corrente di saldatura 160 A, tensione a circuito aperto 60 V, duty cycle 60%). La corrente consumata dal trasformatore di saldatura sarà 10-1000/220=45,5 A e, tenendo conto del PV, la corrente equivalente sarà 45,5-//0,6=35,2 A, che è 1,4 volte superiore a quella consentita. Naturalmente è possibile utilizzare un autotrasformatore convenzionale 380/220 V, realizzato sulla base del trasformatore OSMR-6.3 (con una potenza di 6,3 kVA), in questo caso il carico verrà ridistribuito solo su due fasi (corrente di linea - 20,3 A), ma si può applicare un autotrasformatore di bilanciamento (vedi diagramma di Fig. 9) con rapporto di trasformazione 1/2, che converte un carico monofase in uno trifase e equalizza il carico in tutte le fasi, riducendo la corrente in rete a 17,6 A, mentre la corrente è al neutro, in assenza di altri carichi sarà anche 17,6 A.

In questo caso, l'autotrasformatore può essere realizzato sulla base del trasformatore ТСР-6.3. È inoltre possibile utilizzare un autotrasformatore di bilanciamento con rapporto di trasformazione di 1/3, limitando la corrente in fase di lavoro ad un lungo periodo ammissibile per interruttori- corrente 23,4A, mentre nelle altre due fasi scorrerà una corrente di 11,8A in assenza di corrente nel neutro.

L'autotrasformatore può essere realizzato sulla base del trasformatore ТСР-2.5.

La riduzione delle perdite di rete rispetto alla connessione diretta è mostrata in Tabella 2.

Tavolo 2

Autotrasformatore	Basato su OSMR-6.3	Bilanciamento ATS-S
Rapporto di trasformazione	1/1,73	1/3 1/2

Dato che il trasformatore di saldatura genera armoniche ad alta frequenza, anche multipli di tre, è opportuno privilegiare un autotrasformatore di bilanciamento.

Prove di autotrasformatori ATS-S nel laboratorio di UE METZ im. IN E. Kozlov ha mostrato risultati positivi e ne ha pienamente confermato l'efficacia (vedi Appendice 1 "Risultati del test dell'autotrasformatore ATS-S-25").

E' prevista la realizzazione di una serie di autotrasformatori da 25 a 100 kVA sia in versione aperta IP00 che in involucri di protezione delle versioni IP21 per installazione sotto tettoia e IP54 per installazione esterna, anche direttamente su pali di linee di trasmissione 0,4 kV. Negli autotrasformatori, se necessario, per aumentare o diminuire la tensione, può essere possibile commutare i rubinetti di regolazione durante la sua installazione.

Attualmente l'impianto accetta ordini individuali per autotrasformatori ATS-S con una capacità fino a 100 kVA.

allegato 1

Risultati del test dell'autotrasformatore ATS-S-25

Sull'esempio di una linea di trasmissione a quattro fili-0,4 kV

Lunghezza della linea, m	300
Filo di alluminio, mm²	fase -	25	zero -	10
Resistenza del filo, Ohm	fase -	0,34	zero -	0,86
Resistenza di carico (attiva), Ohm	Fase: A-5.99		B-5.83	C-5.59
	Modalità di caricamento senza autotrasformatore	3x-f	2x-f	1o-f
Correnti di linea carico, A
fase A		36,5	36,5	36,5
fase B		37,5	37,5	0,0
fase C		39,0	0,0	0,0
nel filo neutro N		2,2	37,0	36,5
fase A		456	456	456
fase B		481	481	0
	520	0	0
nel filo neutro "N"		4	1172	1140
TOTALE		1461	2109	1596
Modalità di caricamento con autotrasformatore		3x-f	2x-f	1o-f
Correnti lineari fino a ATS-C, A
fase A		36,0	32,5	27,3
fase B		36,0	34,1	9,3
fase C		39,0	9,0	8,4
nel filo neutro "n"		3,8	11,0	11
Perdita di potenza nella linea, W
fase A		443	361	255
fase B		443	398	30
fase C		520	28	24
nel filo neutro N		12	103	103
TOTALE in linea		1419	890	412
tenendo conto delle perdite in ATS-S
resistenza dell'avvolgimento di fase, Ohm			0,2443
resistenza dell'avvolgimento di compensazione, Ohm			0,038
Correnti dell'avvolgimento di fase ATS-C, A
fase A		0,4	8,1	8,9
fase B		1,4	9,2	9,3
fase C		1,3	8,9	8
Perdite di potenza negli avvolgimenti ATS-S, W
fase A		0,04	16,03	19,35
fase B		0,48	20,68	21,13
fase C		0,41	19,35	15,64
nel filo neutro N		0,18	52,09	50,67
Perdita di freddo al minimo ATS-S, W			50
TOTALE in ATS-S		51,1	158,1	156,8
TOTALE		1470,1	1048,2	568,8
Risparmio energetico, W		-8,7	1061	1027

Considerazione delle cadute di tensione ammesse rete elettrica.

Scopo della lezione:

Familiarizzazione con i calcoli del carico dei singoli rami della rete.

Cadute di tensione ammesse

Con qualsiasi consumo dalla rete elettrica, si verifica un evento corrente elettrica. Durante il suo passaggio provoca cadute di tensione su questi fili, quindi la tensione fornita al ricevitore di potenza non è uguale alla tensione ai terminali di alimentazione, ma è inferiore. Allo stesso tempo, vengono prescritte diverse cadute di tensione per le singole parti del cablaggio elettrico.

Per la caduta di tensione dall'alimentazione al luogo di consumo si può procedere dagli scostamenti di tensione prescritti (IEC 60 038), che devono essere compresi tra + 6% e  10% di valore nominale(dal 2003 questi limiti dovrebbero essere ). Ciò significa che la caduta di tensione totale dall'alimentazione al punto di consumo può arrivare fino al 16%.

Nell'installazione elettrica dell'edificio stesso (cioè all'interno dell'impianto), si raccomanda in conformità alla norma IEC 60 634-5-52 che la caduta di tensione tra l'inizio dell'installazione e l'attrezzatura operativa dell'utente non deve superare il 4% della tensione nominale dell'impianto. Questa raccomandazione è in qualche modo contraria ai requisiti di altri standard nazionali (ad es. CSN 33 2130 nella Repubblica Ceca).

Si può presumere che, tenuto conto dell'adempimento di altri requisiti, nel calcolo dei parametri del cablaggio possono esserci più cali in un determinato segmento rispetto a quanto indicato sopra, se non vengono superate le seguenti cadute nel cablaggio dall'armadio di connessione al ricevitore di potenza stesso: per l'illuminazione conduttori 4%; alle conclusioni per stufe e stufe ( lavatrici) 6%; per prese e altri terminali 8%.

Le "Norme per gli impianti elettrici" (PUE) stabiliscono la più lunga carichi ammessi(corrente in ampere) per fili isolati. Cavi e fili scoperti, mostrati sotto forma di tabella. Queste tabelle sono compilate sulla base di calcoli teorici e dei risultati di prove dirette di fili e cavi per riscaldamento.

I carichi massimi ammissibili in condizioni di riscaldamento per fili e cavi con conduttori in alluminio aventi la stessa sezione geometrica e lo stesso perimetro con conduttori in rame sono da considerarsi pari al 77% dei carichi per i corrispondenti conduttori in rame. Per le reti elettriche, la perdita di tensione a lungo termine consentita non deve superare il 5% e per le reti di illuminazione il 2,5% del nominale.

Si può notare che sommando tutte le cadute di tensione ammissibili (nella rete di distribuzione e nell'impianto elettrico), si può arrivare al limite delle prestazioni di alcuni dispositivi e apparecchiature. Ad esempio per relè e contattori il loro funzionamento è garantito dall'85% della tensione nominale e oltre, per i motori elettrici dal 90% della tensione nominale. Pertanto, è necessario seguire la raccomandazione di cui sopra (caduta di tensione fino al 4%) fornita nella norma IEC 60 634-5-52.

Si noti che i requisiti delle norme nazionali non riguardano le cadute di tensione su alcune parti del cablaggio, ma i requisiti di quanto la tensione può cadere in relazione alla tensione nominale. Ai terminali del trasformatore, ad esempio, può esserci una tensione pari al 110% della tensione nominale, quindi la caduta di tensione da essi può essere quindi del 15%, ovvero del 13%. Ciò significa che il progettista ha un certo spazio libero, come distribuire le cadute di tensione in questi casi dalla sorgente al ricevitore di potenza.

È necessario dire come vengono calcolate le cadute di tensione o come vengono riassunte. Per quanto riguarda i carichi puramente resistivi, che sono apparecchiature elettriche termoelettriche, e le piccole sezioni di cablaggio, la situazione è semplice. Le cadute di tensione sono il prodotto delle correnti e delle resistenze di cablaggio che possono essere in modo semplice ricapitolare. Nel caso in cui si parli di apparecchiature elettriche, ad esempio, motori, la cui natura di consumo è attiva e induttiva, e l'impedenza totale Z cablaggio, costituito da un componente reale (resistenza) R e la componente immaginaria (reattanza induttiva) X, allora queste quantità complesse vengono moltiplicate a vicenda. Il risultato di questo prodotto è di nuovo un valore complesso, il che significa una caduta di tensione complessa. Descrive le cadute di tensione negli assi delle coordinate reali e immaginarie. I valori assoluti di queste cadute di tensione sulle singole parti del cablaggio dalla sorgente al ricevitore elettrico non vanno quindi riassunti in modo standard, ma vanno riassunti solo come valori complessi (cioè reali e componenti immaginari separatamente).

Pertanto, non dovrebbe sorprendere che le somme dei valori assoluti delle cadute di tensione spesso non siano la somma esatta dei loro valori assoluti sui singoli fili collegati tra loro.

Calcolo del carico dei singoli rami della rete

I carichi di corrente dei singoli rami non possono essere riassunti semplicemente come somma aritmetica dei valori assoluti delle correnti, ma vanno sommate separatamente le componenti reali e immaginarie. Seguendo queste regole, è possibile determinare il carico per qualsiasi configurazione di rete. Regole simili si osservano quando si calcolano le correnti corto circuito. E in caso di cortocircuito, i calcoli vengono eseguiti con l'impedenza di rete espressa in forma complessa.

Influenza del carico sulla corrente di cortocircuito.

Il carico può avere un effetto significativo sulle correnti di cortocircuito. La figura 1 mostra gli schemi di commutazione del carico più semplici. La natura dei carichi e i loro rapporti sono diversi (asincroni e motori sincroni, carico familiare, illuminazione), il valore varia in diversi giorni dell'anno, ora del giorno, per diversi turni di lavoro delle imprese. È quasi impossibile determinare il valore effettivo del carico e l'aumento della sua resistenza al momento di un cortocircuito.

Convenzionalmente si considera che la resistenza del carico sia costante rispetto al valore determinato da (1).

In modalità normale, la resistenza del carico è determinata dal rapporto:

, (1)

dove U è la tensione nominale pari alla tensione secondaria del trasformatore di alimentazione;

I n e S n - corrente e potenza di carico.

La potenza del carico viene prelevata in base al numero di trasformatori di alimentazione. Con un trasformatore, si presume che la potenza del carico sia uguale alla potenza del trasformatore. Con due trasformatori identici, si presume che la potenza del carico sia 0,65-0,7 della potenza di un trasformatore. In spegnimento di emergenza uno dei due trasformatori, l'intero carico deve essere assorbito dal trasformatore rimanendo in funzione. In questo caso, il suo carico sarà del 130-140% della potenza nominale.

Figura 1 - Distribuzione della corrente considerando il carico collegato

alla linea (a) e agli pneumatici (b)

Dalla figura 1 si può notare che con un cortocircuito remoto, quando la tensione sui bus non scende a zero, la corrente totale che passa attraverso il trasformatore è costituita dalla corrente che si dirama nel carico e dalla corrente nel punto di cortocircuito. Per il circuito in Figura 1,a, la corrente di cortocircuito totale è determinata dalla relazione:

, (2)

e per il circuito di Figura 1 b - secondo il rapporto:

, (3)

Infatti le resistenze hanno rapporti x/r differenti e le correnti dovrebbero essere calcolate utilizzando le formule (2) e (3) in forma complessa. Ma per la maggior parte delle reti, il rapporto z e L del carico e delle linee sono vicini, piccoli rispetto a , e per semplificare i calcoli, le equazioni (2) e (3) sono risolte nelle impedenze z. Questa ipotesi è tanto più giustificata in quanto non si conosce il carico effettivo al momento del cortocircuito.

Piena correnteè diviso in due parti: parte della corrente che va al cortocircuito nel circuito di Figura 1, a, è determinata da:

, (4)

e per il circuito di Figura 1, b - secondo la formula:

, (5)

Si può vedere dall'espressione (5) che a z c = 0, la corrente al cortocircuito è , cioè il carico non influenza il valore della corrente di cortocircuito se è collegato a bus di potenza infinita.