Prelegerea nr. 10

Calculul rețelelor locale (rețele de tensiune) prin pierdere

Voltaj

Pierderi de tensiune admisibile în liniile rețelelor locale.

Ipotezele care stau la baza calculului rețelelor locale.

Determinarea celei mai mari pierderi de tensiune.

Cazuri speciale de calcul al rețelelor locale.

Pierderea tensiunii în liniile electrice cu sarcină distribuită uniform.

Pierderi de tensiune admisibile în liniile rețelelor locale

Rețelele locale includ rețele cu o tensiune nominală de 6 - 35 kV. Lungimea rețelelor locale depășește semnificativ lungimea rețelelor regionale. Consumul de materiale conductoare și materiale izolatoare depășește semnificativ nevoia lor de rețele de importanță regională. Această circumstanță necesită o abordare responsabilă a proiectării rețelelor locale.

Transmiterea energiei electrice de la sursele de energie la receptoarele de putere este însoțită de o pierdere de tensiune în linii și transformatoare. Prin urmare, tensiunea la consumatori nu rămâne constantă.

Distinge abaterileși fluctuatii Voltaj.

Abateri tensiunile se datorează proceselor lente de modificare a sarcinilor în elementele individuale ale rețelei, schimbarea modurilor de tensiune pe sursele de alimentare. Ca urmare a unor astfel de modificări, tensiunea în puncte individuale ale rețelei se modifică în magnitudine, deviând de la valoarea nominală.

fluctuatii tensiunile curg rapid (cu o rată de cel puțin 1% pe minut) modificări de tensiune pe termen scurt. Apare în caz de încălcări severe ale modului normal de funcționare cu pornirea sau oprirea bruscă a consumatorilor puternici, scurtcircuite.

Abaterile de tensiune sunt exprimate ca procent în raport cu tensiunea nominală a rețelei

Fluctuațiile de tensiune sunt calculate după cum urmează:

Unde

cele mai mari și mai mici valori ale tensiunii în același punct din rețea.

Pentru a asigura funcționarea normală a receptoarelor de putere, este necesar să se mențină o tensiune apropiată de tensiunea nominală pe magistralele lor.

GOST stabilește următoarele abateri permise în funcționarea normală:

În modurile post-urgență, este permisă o cădere suplimentară de tensiune de 5% față de valorile specificate.

Pentru a asigura nivelul corect de tensiune pe barele colectoare ale receptoarelor de putere, se folosesc următoarele măsuri:

Cu un raport de transformare

tensiunea reală pe barele de joasă tensiune va fi mai apropiată de valoarea nominală:

Înfășurările transformatoarelor sunt echipate cu robinete care vă permit să modificați raportul de transformare în anumite limite. Tensiunea în nodurile circuitului situate mai aproape de sursa de alimentare este de obicei mai mare decât tensiunea nominală, iar în cele la distanță este mai mică decât tensiunea nominală. Pentru a obține tensiunea nivelului necesar pe partea secundară a transformatoarelor incluse în aceste noduri, este necesar să se selecteze prize în înfășurările transformatorului. La nodurile cu un nivel crescut de tensiune, rapoartele de transformare sunt setate mai mari decât cele nominale, iar la nodurile cu un nivel de tensiune scăzut, rapoartele de transformare ale transformatoarelor sunt setate sub cele nominale.

Schema rețelei, tensiunea nominală, secțiunile transversale ale firelor sunt alese astfel încât pierderea de tensiune să nu depășească valoarea admisă.

Pierderea de tensiune admisibilă este stabilită cu un anumit grad de precizie, pe baza valorilor normalizate ale abaterilor de tensiune pe magistralele receptoarelor de putere:

pentru rețele cu o tensiune de 220 - 380 V pe toată lungimea de la sursa de alimentare până la ultimul receptor electric de la 5 - 6,5%;

pentru rețeaua de alimentare cu o tensiune de 6 - 35 kV - de la 6 la 8% în regim normal; de la 10 la 12% în modul post-accident;

pentru rețelele rurale cu o tensiune de 6 - 35 kV - până la 10% în regim normal.

Aceste valori ale pierderii de tensiune admisibile sunt selectate astfel încât, cu o reglare adecvată a tensiunii în rețea, să fie îndeplinite cerințele Codului de instalații electrice pentru abaterile de tensiune pe magistralele receptoarelor de putere.

Ipotezele care stau la baza calculului rețelelor locale

La calcularea rețelelor cu tensiune de până la 35 kV inclusiv, se fac următoarele ipoteze:

puterea de încărcare a liniilor electrice nu este luată în considerare;

neluat în seamă reactanța inductivă linii electrice prin cablu;

pierderile de putere în oțelul transformatoarelor nu sunt luate în considerare. Pierderile de putere în oțelul transformatoarelor sunt luate în considerare numai la calcularea pierderilor de putere activă și energie electrică în întreaga rețea;

la calcularea fluxurilor de putere, pierderile de putere nu sunt luate în considerare, adică. puterea de la începutul secțiunii este egală cu puterea de la sfârșitul secțiunii;

nu se ia în considerare componenta transversală a căderii de tensiune. Aceasta înseamnă că deplasarea tensiunii în fază între nodurile circuitului nu este luată în considerare;

calculul pierderilor de tensiune se efectuează în funcție de tensiunea nominală, și nu în funcție de tensiunea reală în nodurile rețelei.

Determinarea celei mai mari pierderi de tensiune

Ținând cont de ipotezele făcute la calcularea rețelelor locale, tensiunea în oricare i-al-lea nod al rețelei este calculat folosind o formulă simplificată:

Unde

respectiv putere activă şi reactivă care circulă prin secţiune j;

respectiv rezistenţa activă şi inductivă a secţiunii j.

Neluarea în considerare a pierderilor de putere în rețelele locale vă permite să calculați pierderile de tensiune fie după puterea secțiunilor, fie după puterea sarcinilor.

Dacă calculul se efectuează în funcție de capacitățile secțiunilor, atunci se iau în considerare rezistențele active și reactive ale acelorași secțiuni. Dacă calculul se bazează pe puterea sarcinilor, atunci este necesar să se ia în considerare rezistențele totale active și reactive de la sursa de alimentare la nodul de conectare a sarcinii. În ceea ce privește fig. 10.2 avem:

după capacitatea amplasamentului

prin puterea de sarcină

Într-o rețea neramificată, cea mai mare pierdere de tensiune este pierderea de tensiune de la sursa de alimentare până la punctul final al rețelei.

Într-o rețea ramificată, cea mai mare pierdere de tensiune se determină după cum urmează:

se calculează pierderea de tensiune de la sursa de alimentare la fiecare punct final;

dintre aceste pierderi se selectează cea mai mare. Valoarea sa nu trebuie să depășească pierderea de tensiune admisibilă pentru această rețea.

Cazuri speciale de calcul al rețelelor locale

În practică, există următoarele cazuri speciale de calculare a rețelelor locale (formulele sunt date pentru calcularea capacităților secțiunilor):

Linia de transmisie a energiei electrice pe toată lungimea este realizată cu fire de aceeași secțiune, la distanță egală

Linia de transmisie a energiei electrice pe toată lungimea este realizată cu fire de aceeași secțiune, la distanță egală. Încărcăturile au la fel cosφ

Linii de alimentare care alimentează sarcini pur active ( Q = 0, cosφ=1), sau linii de transmisie prin cablu cu tensiune de până la 10 kV ( X =0)

Metode de calcul aritmetic al rețelelor electronice aeriene cu fire din diverse materiale prin pierderea de tensiune. Pierderea de tensiune admisibilă în rețeaua electronică este determinată de abaterile probabile de tensiune permise pentru potențialii utilizatori. Prin urmare, a fost acordat un interes considerabil luării în considerare a unei cereri de răspuns cu privire la abaterile de tensiune.

Pentru orice receptor energie electrica sunt posibile căderi specifice de tensiune. De exemplu, unități de putere non-simultane în normele standard, abaterea admisă a anomaliilor de tensiune este de ± 5%. Aceasta înseamnă, așadar, că într-un incident curios, dacă tensiunea nominală a motorului electric prevăzut este de 380 V, de la această tensiune U „în plus = 1,05 Un = 380 x 1,05 = 399 V și U” suplimentar = 0,95 Un = 380 x 0,95 \u003d 361 V ar trebui să se bazeze pe cei mai probabili indicatori de tensiune validi. Desigur, că toate tensiunile tampon incluse printre denumirile 361 și 399 V vor satisface în continuare utilizatorul cumpărător și vor compune o anumită gamă, una sau alta fără opțiuni poate fi numită gamă de tensiuni dorite.

Pierderi admisibile de tensiune de linie

Utilizatorii activității de energie electronică își desfășoară sarcina de lucru în mod normal atunci când acea tensiune este aplicată clemelor lor, pe baza calculului matematic al dispozitivului sau aparatului electric fabricat. La transmiterea energiei electrice prin linii, o parte din tensiune dispare din cauza rezistenței liniilor în sine și, ca urmare, chiar la sfârșitul benzii, adică la utilizatorul cumpărător, tensiunea scade decât la începutul linia. Scăderea tensiunii de la utilizatorul cumpărător, în comparație cu cea obișnuită, se reflectă în funcționarea receptorului de curent, chiar dacă este o sarcină de putere sau ușoară.

Din acest motiv, la calcularea fiecărei linii de transport de energie, diferențele de tensiune nu sunt obligate să depășească cu mare probabilitate normele posibile, rețele recunoscute în general prin alegerea sarcinii electrice și calculate pentru încălzire, măsurate în principal prin pierderi, căderi de tensiune.

Căderea de tensiune ΔU este diferența dintre tensiunea de la începutul liniei și de la capătul acesteia. ΔU este de obicei predeterminat în unități de măsură comparative condiționate - în raport cu tensiunea indicată.
Când se utilizează reglarea opusă a tensiunii, este posibil să se mărească pierderea probabilă de tensiune permisă. Din păcate, zona sa de implementare are limitări. Majoritatea utilizatorilor satului sunt alimentați de la barele de distribuție ale substațiilor din sistemul de energie din zona lor, industrial sau municipal. instalații electrice. În acest caz, poate exista energie electrică din substații cu o tensiune de 35/10 sau 110/35 kV.

Pierderea de tensiune pe liniile rândurilor de aer este calculată prin metoda pentru cea mai mare sarcină posibilă. Deoarece pierderea de tensiune este aproximativ egală cu sarcina crescută la cea mai mică putere de intrare posibilă, pe liniile rețelei aeriene din sat, are cea mai mare valoare 25%.

Pierdere de tensiune admisibilă PUE

PUE este principalul document care numără cererile pentru diverse forme de echipamente electrice. Acuratețea implementării solicitărilor EMP garantează funcționarea fără erori și sigură a instalațiilor electrice.

Solicitările PUE sunt indispensabile pentru toate instituțiile, indiferent de proprietatea formală și formele organizatorice și juridice, precum și pentru antreprenorii privați și indivizii proiectanti de lucru, montaj, reglaj si utilizare instalatii electrice.

PUE ediția a VII-a

Niveluri de tensiune și control, compensarea puterii reactive:

Clauza 1.2.22. Pentru rețelele electrice, este necesar să se stipuleze proceduri de inginerie pentru garantarea proprietăților electricității în raport cu solicitarea GOST 13109
Clauza 1.2.23. Instalația de reglare a tensiunii trebuie să creeze stabilizarea tensiunii pe autobuzele cu tensiunea de 3-20 kV ale stațiilor și centralelor electrice, unde este conectată una sau alta rețea electrică de distribuție, în intervalul de cel puțin 105%, indicat în intervalul de maxim. sarcini și nu mai mult de 100%, indicate în intervalul sarcinilor minime ale acestor rețele. Inexactitatea de la nivelurile de tensiune menționate trebuie justificată.
Clauza 1.2.24. Alternativa și poziționarea dispozitivelor de compensare a puterii reactive în rețelele de energie este realizată din lipsa de speranță de a furniza lățimea de bandă necesară a rețelei în proceduri normale și după urgență, menținând în același timp nivelurile de tensiune și rezervele de anduranță necesare.

În rețelele de distribuție de 0,4 kV, există o problemă asociată cu dezechilibre semnificative de tensiune în faze: pe fazele încărcate tensiunea scade la 200 ... 208 V, iar pe cele mai puțin încărcate, din cauza deplasării zero, poate crește până la 240 V sau mai mult. supratensiune poate duce la eșec electrocasniceși echipamente de consum. Asimetria tensiunii apare din cauza căderilor diferite de tensiune în firele de linie în timpul dezechilibrelor de curent de fază cauzate de distribuția neuniformă a sarcinilor monofazate. În acest caz, în firul neutru al liniei cu patru fire apare un curent egal cu suma geometrică a curenților de fază. În unele cazuri (de exemplu, când sarcina uneia sau a două faze este deconectată), un curent egal cu curentul de fază al sarcinii poate circula prin firul neutru. Aceasta duce la pierderi suplimentare în liniile de transport (linii electrice) 0,4 kV, transformatoare de distribuție 10/0,4 kV și, în consecință, în rețelele de înaltă tensiune.

Această situație este tipică pentru multe zone rurale și poate apărea în zone rezidențiale. clădire de apartamente, unde este practic imposibil să se distribuie uniform sarcina peste fazele de alimentare, drept urmare în firul neutru apar curenți suficient de mari, ceea ce duce la pierderi suplimentare în conductorii grupului și liniilor de alimentare și face necesară creșterea secţiunea transversală a firului de lucru neutru până la nivelul celor de fază.

Dezechilibrele de tensiune afectează foarte mult funcționarea echipamentului [L.1]. Deci o mică asimetrie de tensiune (de exemplu, până la 2%) la terminale motor de inducție duce la o creștere semnificativă a pierderilor de putere (până la 33% în stator și 12% în rotor), ceea ce, la rândul său, determină încălzirea suplimentară a înfășurărilor și reduce durata de viață a izolației acestora (cu 10,8%) și cu distorsiuni ale 5%, pierderile totale cresc de 1,5 ori și, în consecință, crește curentul consumat. Mai mult, pierderile suplimentare datorate asimetriei tensiunii nu depind de sarcina motorului.

Odată cu creșterea tensiunii la lămpile incandescente cu până la 5%, fluxul luminos crește cu 20%, iar durata de viață se reduce la jumătate.

Pe posturi de transformare 10 / 0,4 kV, de regulă, sunt instalate transformatoare cu o schemă de conectare U / U n. Este posibilă reducerea pierderilor și echilibrarea tensiunii într-o linie de transport de energie de 10 kV prin aplicarea Y / Zjj sau A / Zjj, sau (produs de UP METZ numit după V.I. Kozlov), dar o astfel de înlocuire este asociată cu mari costuri financiareși nu compensează pierderile suplimentare în linia de transport de 0,4 kV.

Pentru a compensa dezechilibrul de tensiune, se recomandă redistribuirea curenților de sarcină peste faze, aliniind valorile acestora.

Necesitatea limitării curentului firului neutru este cauzată și de faptul că în rețelele de distribuție de 0,4 kV, realizate cu un cablu, secțiunea transversală a firului neutru este de obicei luată cu un pas mai puțin decât secțiunea transversală a firului de fază. .

Pentru a reduce pierderile de putere în rețelele de 0,4 kV prin redistribuirea curenților pe faze, limitarea curentului în firul neutru și reducerea distorsiunilor de tensiune, se propune utilizarea unui autotransformator de echilibrare trifazat, instalându-l la capătul liniei de transport electric. , la nodurile de încărcare. În același timp, dacă apare un scurtcircuit al uneia dintre fazele la firul neutru pe linia de 0,4 kV către nodul de sarcină (ceea ce, din păcate, se întâmplă adesea pe linii electrice aerieneîn zonele rurale), consumatorii din aval de autotransformatorul instalat vor fi protejați de supratensiuni mari.

Un autotransformator trifazat, uscat, de echilibrare (abreviat ca ATS-C) conține un circuit magnetic cu trei tije, înfășurările primare W 1 sunt plasate pe toate cele trei tije, conectate într-o stea cu un neutru și conectate la tensiunea de rețea, înfăşurarea de compensare W K se realizează sub forma unui triunghi deschis (unii autori numesc deschis [L.3]) şi conectat în serie cu sarcina.

Principalele circuite electrice ale autotransformatorului sunt prezentate în Fig.1...4.

Figura 1 arată schema circuitului un autotransformator cu înfășurare de compensare, când secțiunile acestei înfășurări, realizate pe fiecare fază, sunt legate într-un triunghi clasic deschis și conectate la neutrul rețelei și la sarcină.

Figura 2 prezintă circuitul electric al unui autotransformator cu o înfășurare de compensare realizată sub formă de bobine din material conductor aflate deasupra înfășurărilor tuturor celor trei faze ale autotransformatorului, formând un triunghi deschis. Utilizarea acestei scheme, în comparație cu cea anterioară, permite nu numai reducerea consumului fir de bobinareînfășurare suplimentară, dar și puterea totală a autotransformatorului prin eliberarea ferestrei circuitului magnetic și reducerea distanței centrale dintre înfășurările primare.

Aceste diagrame sunt aplicabile în cazurile în care conductorul neutru al sarcinii nu are o conexiune rigidă la pământ și în toate cazurile într-un sistem cu cinci fire cu conductori PE și N.

Figura 3 prezintă circuitul electric al unui autotransformator cu înfășurări de compensare realizate sub formă de înfășurări de fază conectate în triunghiuri deschise, conectate în conformitate cu înfășurările de fază ale autotransformatorului.

Din punct de vedere structural, circuitul prezentat în Fig. 4 poate fi realizat în mod similar cu circuitul din Fig. 2, adică. înfășurările de compensare de fază sunt realizate peste înfășurările tuturor celor trei faze ale autotransformatorului și sunt incluse în ruperea firelor de fază ale rețelei din partea de sarcină.

Aceste scheme pot fi utilizate, inclusiv atunci când neutrul de sarcină este solid împământat, adică atunci când nu este posibilă includerea înfășurării compensatoare a autotransformatorului în întreruperea firului neutru dintre sarcină și rețea sau când firul neutru de sarcină trebuie să fie „ greu” împământat din motive de siguranță.

Odată cu asimetria curenților de sarcină și, în consecință, a curenților din înfășurările de compensare, fluxurile magnetice create de aceste înfășurări în circuitul magnetic al autotransformatorului se vor aduna geometric. În miezurile miezului magnetic vor apărea fluxuri cu secvență zero direcționate într-o singură direcție în toate fazele autotransformatorului. Aceste fluxuri magnetice creează fem. secvența zero și, în consecință, curenții I 01 in înfăşurare primară proporțional cu raportul de transformare la tr (invers proporțional cu raportul dintre numărul de spire W1 / Wk).

Conexiunea înfășurării W K este aleasă în așa fel încât curenții de fază ai autotransformatorului să fie scazuți vectorial din curent de fază liniile celei mai încărcate faze și au fost adăugate curenților fazelor mai puțin încărcate. O astfel de redistribuire duce la o distribuție mai simetrică a curenților pe faze în liniile de transport electric, egalizarea căderilor de tensiune în firele de linie și, în consecință, la echilibrarea tensiunii la sarcină, precum și la o scădere a curentului firului neutru și pierderi în linia electrică și transformatoarele de distribuție a energiei, oferind economii de energie electrică.

Compensarea maximă a curentului în firul neutru se realizează când spirele amperului (forța magnetomotoare) ale înfășurărilor I 01 -W 1 de lucru și compensarea I 02 -W K sunt egale, adică. la I01-W1 =3I02-WK, sau WK =W1/3. În acest caz, puterea totală a autotransformatorului P at, în funcție de schema de conectare a înfășurărilor compensatoare, poate fi de 3 ori mai mică decât puterea consumată a sarcinii R n.

Pentru a limita curentul firului neutru la nivelul permis pentru liniile de transport de energie, numărul de spire ale înfășurării de compensare poate fi redus în mod corespunzător: de exemplu, pentru a limita curentul firului neutru la nivelul de 1/3 din faza, 2/3 din valoarea sa trebuie compensată, prin urmare, W K \u003d W 1 / 4,5. În acest caz, puterea totală a autotransformatorului poate fi de 4,5 ori mai mică decât consumul de energie al sarcinii.

Distorsiunile curenților de fază conduc la pierderi suplimentare în linia de transport a energiei electrice de 0,4 kV și mai departe de-a lungul întregului lanț de transport a energiei electrice. Luați în considerare acest lucru pe exemplul unei linii electrice condiționate de 300 m lungime, realizată cu un cablu de aluminiu cu o secțiune transversală de (3x25 + 1x16) mm (rezistența firului de fază 0,34 Ohm, fir neutru 0,54 Ohm) cu o sarcină activă în fazele 40, 30 și 10A. Curentul din firul neutru, egal cu suma vectorială a curenților de fază, va fi (vezi diagrama vectorială din Fig. 5) 26,5 A. Pierderile în linie, ca în orice conductor, depind de rezistența liniei și pătratul curentului care trece prin această linie (I 2-Z^). Pierderile în firele de fază, respectiv, vor fi -40 2 -0,34 \u003d 544 W, 30 2 -0,34 \u003d 3 06 W, 10 2 -0,34 \u003d 34 W, în firul neutru -26,5 -0, 54== 379 W, pierderi totale în linie - 1263 W.

Utilizarea ATS-C va redistribui curenții în linie. Cu un raport de transformare de 1/3, o treime din curentul firului neutru este scăzut vectorial din curenții de fază încărcați și se adaugă la curentul fazei mai puțin încărcate. Curenții, respectiv, vor deveni

Egal cu 33,8, 29,6 și 18,6 A, în timp ce curentul firului neutru (ținând cont de o anumită asimetrie a sistemului magnetic autotransformator) poate fi până la 10% din curentul mediu de fază, adică. 2,7 A.

Cu o astfel de redistribuire a curenților, pierderile totale în linie vor fi (33,82 + 29,62 + 18,62) 0,34 + 2,72 0,54 = 805W.

Astfel, instalarea autotransformatorului ATS-S face posibilă reducerea pierderilor în linia de transport de energie de 0,4 kV cu 36%.

Este evident că o scădere a căderii de tensiune în firele de linie este proporțională cu modificarea curentului în faze, egalizează semnificativ tensiunea în nodul de sarcină, în primul rând datorită deplasării „zero”.

Creșterea raportului de transformare peste 1/3 pt sarcini trifazate nu este recomandabil și, în ciuda unei redistribuiri mai uniforme a curenților pe faze, duce la o creștere a pierderilor în liniile electrice datorită creșterii mai semnificative a curentului firului neutru și va necesita, de asemenea, costuri mari pentru materiale.

Valoarea relativă a puterii autotransformatorului ATS-S va fi - S * la = k·Sn, unde: Sn - puterea de sarcină; k este coeficientul în funcție de circuitul autotransformatorului și de raportul de transformare (ktr), prezentat în Tabelul 1.

tabelul 1 valorile coeficientuluila

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

Dacă se garantează că curentul maxim care curge în firul neutru al sarcinii este cunoscut, atunci puterea totală a autotransformatorului conform diagramei din Fig. 1 poate fi calculată pe baza acestui curent - B la = 1 02 -u l / l / 3 , și conform diagramei din Fig. 2 - B la \u003d 1 02 -i l / 3 și pentru exemplul de mai sus al unei sarcini dezechilibrate trifazate va fi, respectiv, 8,3 și, respectiv, 4,8 kV-A.

Cea mai eficientă este instalarea unui autotransformator direct la consumator, la punctul de ramificare a unei linii trifazate în cele monofazate, de exemplu, la intrarea unei cabane de vară, unde este aproape imposibil să egalezi sarcina. peste faze. În clădirile rezidențiale cu mai multe apartamente, instalarea ATS-S pe ramurile fiecărei coloane care alimentează apartamentele din clădirile rezidențiale face posibilă echilibrarea tensiunii și reducerea pierderilor în grupul trifazat și liniile de alimentare ale rețelei de distribuție. În întreprinderile industriale mici, poate fi utilizat pentru alimentarea sarcinilor monofazate de mare putere: transformatoare de sudare, redresoare, încălzitoare de apă etc.

În prezent, convertoare statice (redresoare, regulatoare tiristoare, convertoare de înaltă frecvență), dispozitive de iluminat cu descărcare în gaz cu electromagnetic și balasturi electronice, motoare electrice curent alternativ viteza variabila etc. Aceste dispozitive, precum și transformatoarele de sudare, dispozitivele medicale speciale și alte dispozitive, pot genera armonici de curent mai mari în sistemul de alimentare. De exemplu, redresoarele monofazate pot genera toate armonicile impare, iar cele trifazate pot genera toți non-multiplii a trei, ceea ce este prezentat în Fig. 6 [L.2].

Armonicile de curent generate de sarcini neliniare pot fi probleme serioase pentru sistemele de alimentare cu energie. Componentele armonice sunt curenți cu frecvențe care sunt multipli ai frecvenței fundamentale a sursei de alimentare. Armonicile superioare ale curentului, suprapuse armonicii fundamentale, duc la distorsiunea formei de undă a curentului. La rândul său, distorsiunea curentului afectează forma de undă a tensiunii din sistemul de alimentare cu energie electrică, provocând efecte inacceptabile asupra sarcinilor sistemului. O creștere a valorii efective a curentului total în prezența componentelor armonice mai mari în sistem poate duce la supraîncălzirea tuturor echipamentelor de rețea distribuite. Cu curenții nesinusoidali, pierderile în transformatoare cresc, în principal din cauza pierderilor de curenți turbionari, ceea ce necesită o creștere a puterii lor instalate. De regulă, pentru a limita armonicile în aceste cazuri, sunt instalate filtre de înaltă frecvență, constând din reactoare de rețea și condensatoare.

Avantajele ATS-S includ faptul că au capacitatea de a filtra curenții armonici mai mari care sunt multipli de trei (adică 3, 9, 15 etc.), limitând fluxul acestora atât de la rețea la sarcină, cât și invers. . Acest lucru îmbunătățește calitatea rețelei și reduce fluctuațiile de tensiune.

După cum sa menționat deja mai sus, balasturile electromagnetice (balastele) lămpilor cu descărcare în gaz generează armonici mai mari. Deci, în curenții de lămpi de sodiu HPS, utilizate pe scară largă în scopuri lumini de strada, a treia armonică predomină și, în funcție de puterea lămpii și de tipul dispozitivului de control, este de până la 5% sau mai mult (conform [L.4], a treia armonică este permisă până la 17,5%). Curenții armonici a treia sunt în fază și se adună aritmetic în firul neutru retea trifazata, creând pierderi suplimentare tangibile, care forțează ca secțiunea transversală a conductorilor de lucru zero ale liniilor de alimentare trifazate și de grup să fie egală cu cea de fază.

În această situație, utilizarea ATS-S face posibilă reducerea secțiunii transversale a conductorilor neutru de cel puțin două ori și rezolvarea a trei probleme: pentru a compensa pierderile de la a treia armonică, pentru a se asigura că sistemul de iluminat este comutat la „ modul de noapte” (una sau două faze ale rețelei de distribuție sunt oprite noaptea), redistribuind sarcina pe trei faze; și intrați în modul de economisire a energiei făcând atingeri pe autotransformator pentru a scădea tensiunea. Pentru a rezolva doar prima problemă, puteți utiliza autotransformatorul de putere minimă, proiectat pentru curentul firului neutru (curentul total al celei de-a treia armonice).

Dacă este necesară compensarea armonicii a 5-a, a 7-a sau a 11-a, puteți utiliza schemele din Fig. 3 sau 4. În acest caz, costul reactoarelor de rețea poate fi redus, deoarece. înfășurările de compensare, având rezistență inductivă crescută pentru armonici de înaltă frecvență, pot acționa ca un reactor de rețea și, împreună cu condensatorii, pot forma un filtru armonic superior. Condensatorii sunt conectați între punctele de conectare în triunghiuri deschise ale secțiunilor de înfășurare compensatoare și firul neutru și pot forma unul (vezi Fig. 7), filtru în două sau trei trepte pentru frecvențe diferite. Cantitatea de inductanță
secțiunile înfășurării de compensare pot fi determinate cu suficientă fiabilitate din parametrii nominali - curentul nominal și raportul de transformare. De exemplu, când curent nominal I n \u003d 25A și raportul de transformare ktr \u003d 1/3 tensiune secțiune
va fi U sec \u003d Uf la tr \u003d 220/3 \u003d 73V, rezistența Z sec \u003d Usec / Inom \u003d 73/25 \u003d 2,9 Ohm (neglijând rezistența activă mică a înfășurării) considerăm inductiv, și apoi inductanța secțiunii

Lsec \u003d Z sec / w \u003d 2,9 / 314-10 \u003d 9,2 mH. În acest caz, este necesar să se țină cont de natura neliniară a rezistenței: cu o scădere a sarcinii, rezistența crește.

La comandarea unui autotransformator, posibilitatea de conectare a condensatorilor trebuie specificată în cererea de fabricație.

Un caz special este un autotransformator de echilibrare, proiectat intenționat pentru a alimenta o sarcină monofazată (vezi Fig. 8 și 9). Pentru o mai mare simetrie a curenților în faze, raportul de transformare poate fi mai mare de 1/3, cu o oarecare creștere a curentului firului neutru.

Să ne uităm la asta cu un exemplu. La intrarea rețelei trifazate este instalat un comutator automat, proiectat pentru o lungă perioadă de timp. curent admisibil 25 A. Este necesară conectarea unui transformator de sudură cu o putere de 10 kVA (tensiune de rețea 220 V, curent de sudare 160 A, tensiune în circuit deschis 60 V, ciclu de funcționare 60%). Curentul consumat de transformatorul de sudare va fi de 10-1000/220=45,5 A, iar ținând cont de PV, curentul echivalent va fi de 45,5-//0,6=35,2 A, care este de 1,4 ori mai mare decât cel admisibil. Desigur, puteți folosi un autotransformator convențional de 380/220 V, realizat pe baza transformatorului OSMR-6.3 (cu o putere de 6,3 kVA), caz în care sarcina va fi redistribuită doar în două faze (curent de linie - 20,3). A), dar puteți aplica un autotransformator de echilibrare (vezi diagrama din Fig. 9) cu un raport de transformare de 1/2, care transformă o sarcină monofazată într-una trifazată și egalizează sarcina în toate fazele, reducând curentul din rețea la 17,6 A, în timp ce curentul este în neutru, în absența altor sarcini va fi și 17,6 A.

În acest caz, autotransformatorul poate fi realizat pe baza transformatorului ТСР-6.3. De asemenea, puteți utiliza un autotransformator de echilibrare cu un raport de transformare de 1/3, limitând curentul în faza de lucru la o durată admisă pentru întrerupătoare de circuit- un curent de 23,4A, in timp ce in celelalte doua faze va circula un curent de 11,8A in lipsa curentului in firul neutru.

Autotransformatorul poate fi realizat pe baza transformatorului ТСР-2.5.

Reducerea pierderilor în rețea comparativ cu conexiunea directă este prezentată în Tabelul 2.

masa 2

autotransformator	Pe baza OSMR-6.3	Echilibrare ATS-S
Raportul de transformare	1/1,73	1/3 1/2

Având în vedere că transformatorul de sudare generează armonici de înaltă frecvență, inclusiv multipli de trei, ar trebui să se acorde preferință unui autotransformator de echilibrare.

Încercări ale autotransformatoarelor ATS-S în laboratorul UE METZ im. IN SI. Kozlov a arătat rezultate pozitive și a confirmat pe deplin eficacitatea acestora (vezi Anexa 1 „Rezultatele testelor autotransformatorului ATS-S-25”).

Se preconizeaza dezvoltarea unei serii de autotransformatoare de la 25 la 100 kVA atat in varianta deschisa IP00, cat si in carcase de protectie versiuni IP21 pentru instalare sub copertina si IP54 pentru instalare in exterior, inclusiv direct pe stalpi de linii de transmisie de 0,4 kV. La autotransformatoare, dacă este necesar, pentru a crește sau a scădea tensiunea, poate fi posibilă comutarea robinetelor de reglare în timpul instalării acesteia.

În prezent, fabrica acceptă comenzi individuale pentru autotransformatoare ATS-S cu o capacitate de până la 100 kVA.

Atasamentul 1

Rezultatele testelor autotransformatorului ATS-S-25

Pe exemplul unei linii de transmisie cu patru fire - 0,4 kV

Lungimea liniei, m	300
Sârmă de aluminiu, mm²	faza -	25	zero -	10
Rezistența firului, Ohm	faza -	0,34	zero -	0,86
Rezistență de sarcină (activă), Ohm	Faza: A-5,99		B-5,83	C-5,59
	Mod de încărcare fără autotransformator	3x-f	2x-f	1o-f
Curenți de linie sarcina, A
faza A		36,5	36,5	36,5
faza B		37,5	37,5	0,0
faza C		39,0	0,0	0,0
în firul neutru N		2,2	37,0	36,5

faza A		456	456	456
faza B		481	481	0
	520	0	0
în firul neutru „N”		4	1172	1140
TOTAL		1461	2109	1596
Mod de încărcare cu autotransformator		3x-f	2x-f	1o-f
Curenți liniari până la ATS-C, A
faza A		36,0	32,5	27,3
faza B		36,0	34,1	9,3
faza C		39,0	9,0	8,4
în firul neutru „n”		3,8	11,0	11
Pierderea de putere în linie, W
faza A		443	361	255
faza B		443	398	30
faza C		520	28	24
în firul neutru N		12	103	103
TOTAL în linie		1419	890	412
luând în considerare pierderile în ATS-S
rezistența înfășurării de fază, Ohm			0,2443
rezistența de compensare a înfășurării, Ohm			0,038
Curenți de înfășurare de fază ATS-C, A
faza A		0,4	8,1	8,9
faza B		1,4	9,2	9,3
faza C		1,3	8,9	8
Pierderi de putere în înfășurările ATS-S, W
faza A		0,04	16,03	19,35
faza B		0,48	20,68	21,13
faza C		0,41	19,35	15,64
în firul neutru N		0,18	52,09	50,67
Pierdere la frig la ralanti ATS-S, W			50
TOTAL în ATS-S		51,1	158,1	156,8
TOTAL		1470,1	1048,2	568,8
Economie de energie, W		-8,7	1061	1027

Luarea în considerare a căderilor de tensiune admisibile în reteaua electrica.

Scopul prelegerii:

Familiarizarea cu calculele sarcinii ramurilor individuale ale rețelei.

Căderi de tensiune admisibile

Cu orice consum de la rețeaua electrică, există o apariție curent electric. În timpul trecerii sale, provoacă scăderi de tensiune pe aceste fire, prin urmare, tensiunea furnizată receptorului de alimentare nu este egală cu tensiunea de la bornele de alimentare, dar este mai mică. În același timp, sunt prescrise diferite căderi de tensiune pentru părțile individuale ale cablajului electric.

Pentru căderea de tensiune de la sursa de alimentare la locul de consum, se poate proceda de la abaterile de tensiune prescrise (IEC 60 038), care trebuie să fie între + 6% și  10% din valoare nominala(din 2003 aceste limite ar trebui să fie ). Aceasta înseamnă că scăderea totală de tensiune de la sursa de alimentare la punctul de consum poate fi de până la 16%.

În instalația electrică a clădirii în sine (adică în interiorul unității), se recomandă în conformitate cu IEC 60 634-5-52 ca scăderea de tensiune între pornirea instalației și echipamentul de funcționare al utilizatorului să nu depășească 4% a tensiunii nominale a instalaţiei. Această recomandare este oarecum contrară cerințelor altor standarde naționale (de exemplu, CSN 33 2130 în Republica Cehă).

Se poate presupune că, ținând cont de îndeplinirea altor cerințe, la calcularea parametrilor cablajului, pot exista mai multe căderi într-un anumit segment decât cele indicate mai sus, dacă următoarele căderi nu sunt depășite în cablarea din dulapul de conectare. la receptorul de putere propriu-zis: pentru cabluri de iluminat 4%; la concluziile pentru sobe și încălzitoare ( mașini de spălat) 6%; pentru prize și alte terminale 8%.

„Regulile pentru instalații electrice” (PUE) stabilesc cel mai lung sarcini admisibile(curent în amperi) pt fire izolate. Cabluri și fire goale, care sunt prezentate sub forma unui tabel. Aceste tabele sunt întocmite pe baza calculelor teoretice și a rezultatelor testelor directe ale firelor și cablurilor pentru încălzire.

Sarcinile maxime admise în condiții de încălzire pentru fire și cabluri cu conductori de aluminiu cu aceeași secțiune geometrică și același perimetru cu conductori de cupru trebuie luate egale cu 77% din sarcinile pentru conductorii de cupru corespunzători. Pentru rețelele de energie, pierderea de tensiune admisibilă pe termen lung nu trebuie să depășească 5%, iar pentru rețelele de iluminat 2,5% din valoarea nominală.

Se poate observa că însumând toate căderile de tensiune admisibile (în rețeaua de distribuție și în instalația electrică), putem ajunge la însăși limita performanței unor dispozitive și echipamente. De exemplu, pentru relee și contactori, funcționarea acestora este garantată de la 85% din tensiunea nominală și mai sus, pentru motoarele electrice aceasta este de la 90% din tensiunea nominală. Prin urmare, recomandarea de mai sus (cădere de tensiune până la 4%) dată în IEC 60 634-5-52 trebuie urmată.

Remarcăm că cerințele standardelor naționale nu se referă la căderile de tensiune pe o parte a cablajului, ci cerințele privind cât de mult poate scădea tensiunea în raport cu tensiunea nominală. La bornele transformatorului, de exemplu, poate exista o tensiune egală cu 110% din tensiunea nominală, apoi căderile de tensiune de la acestea pot fi de 15% sau 13%. Aceasta înseamnă că proiectantul are un anumit spațiu liber, cum să distribuie căderile de tensiune în aceste cazuri de la sursă la receptorul de putere.

Este necesar să spunem cum sunt calculate căderile de tensiune sau cum sunt însumate. În ceea ce privește sarcinile pur rezistive, care sunt echipamente electrice termice electrice și secțiuni transversale mici ale cablajului, situația este simplă. Căderile de tensiune sunt produse ale curenților și rezistențelor de cablare care pot fi într-un mod simplu rezuma. În cazul în care vorbim despre echipamente electrice, de exemplu, motoare, a căror natură de consum este activă și inductivă și impedanța totală Z cablare, constând dintr-o componentă reală (rezistență) Rși componenta imaginară (reatanța inductivă) X, atunci aceste mărimi complexe se înmulțesc reciproc. Rezultatul acestui produs este din nou o valoare complexă, ceea ce înseamnă o cădere complexă de tensiune. Descrie căderile de tensiune în axele de coordonate reale și imaginare. Valorile absolute ale acestor căderi de tensiune pe părțile individuale ale cablajului de la sursă la receptorul electric nu ar trebui, prin urmare, să fie însumate în mod standard, ci ar trebui să fie însumate din nou doar ca valori complexe (adică reale și componente imaginare separat).

Prin urmare, nu ar trebui să fie surprinzător că sumele valorilor absolute ale căderilor de tensiune nu sunt adesea suma exactă a valorilor lor absolute pe firele individuale conectate între ele.

Calculul sarcinii ramurilor individuale ale rețelei

Sarcinile curente ale ramurilor individuale nu pot fi rezumate pur și simplu ca o sumă aritmetică a valorilor absolute ale curenților, dar componentele reale și imaginare trebuie însumate separat. Urmând aceste reguli, puteți determina sarcina pentru orice configurație de rețea. Reguli similare sunt respectate la calcularea curenților scurt circuit. Și în cazul unui scurtcircuit, calculele sunt efectuate cu impedanța rețelei exprimată în formă complexă.

Influența sarcinii asupra curentului de scurtcircuit.

Sarcina poate avea un efect semnificativ asupra curenților de scurtcircuit. Figura 1 prezintă cele mai simple scheme de comutare a sarcinii. Natura sarcinilor și rapoartele acestora sunt diferite (asincrone și motoare sincrone, încărcătură casnică, iluminat), valoarea variază în diferite zile ale anului, moment al zilei, pentru diferite schimburi de muncă ale întreprinderilor. Este aproape imposibil să se determine valoarea reală a sarcinii și creșterea rezistenței acesteia în momentul unui scurtcircuit.

În mod convențional, se consideră că rezistența la sarcină este constantă față de și valoarea determinată de (1).

În modul normal, rezistența la sarcină este determinată de raportul:

, (1)

unde U este tensiunea nominală egală cu tensiunea secundară a transformatorului de alimentare;

I n și S n - curent și putere de sarcină.

Puterea de sarcină este preluată în funcție de numărul de transformatoare de alimentare. Cu un singur transformator, se presupune că puterea de sarcină este egală cu puterea transformatorului. Cu două transformatoare identice, se presupune că puterea de sarcină este de 0,65-0,7 din puterea unui transformator. La închidere de urgență unul dintre cele două transformatoare, întreaga sarcină trebuie preluată de transformatorul rămas în funcțiune. În acest caz, sarcina sa va fi de 130-140% din puterea nominală.

Figura 1 - Distribuția curentului având în vedere sarcina conectată

la linia (a) și la anvelope (b)

Din figura 1 se poate observa că, cu un scurtcircuit la distanță, atunci când tensiunea de pe magistrale nu scade la zero, curentul total care trece prin transformator constă în ramificarea curentului în sarcină și curentul la locația scurtcircuitului. Pentru circuitul din figura 1,a, curentul total de scurtcircuit este determinat de relația:

, (2)

iar pentru circuitul din figura 1 b - conform raportului:

, (3)

De fapt, rezistențele au rapoarte x/r diferite, iar curenții ar trebui să fie calculati folosind formulele (2) și (3) într-o formă complexă. Dar pentru majoritatea rețelelor, raportul z și L al sarcinii și al liniilor sunt apropiate, mici în comparație cu , iar pentru a simplifica calculele, ecuațiile (2) și (3) sunt rezolvate în impedanțe z. Această ipoteză este cu atât mai justificată cu cât sarcina reală în momentul scurtcircuitului este necunoscută.

Curent complet este împărțit în două părți: o parte din curentul care merge la scurtcircuit în circuitul din figura 1, a, este determinată de:

, (4)

iar pentru circuitul din figura 1, b - conform formulei:

, (5)

Din expresia (5) se poate observa că la z c = 0, curentul la scurtcircuit este , adică sarcina nu afectează valoarea curentului de scurtcircuit dacă este conectat la magistrale de putere infinită.