Материал: Лекция №17 2-я редакция

17. Лекция №17

17.1. Регулирование напряжения изменением сопротивления сети

Напряжение у потребителя зависит от величины потерь напряжения в сети, которые в свою очередь зависят от сопротивления сетей. Например, продольная составляющая падения напряжения в линии на рис.17.1,а равна:

, (17.1)

г де , , - потоки мощности и напряжение в конце линии;

, - ее активное и реактивное сопротивления.

На рис.17.1,б показан характер зависимости сопротивления сети от сечения проводов. Из графика видно, что соотношение активного и реактивного сопротивлений для распределительных и питающих сетей различно.

В распределительных сетях активное сопротивление больше реактивного, то есть . В (17.1) основную роль играет первое слагаемое числителя . При изменении сечения линий в распределительных сетях существенно меняются и изменяются и напряжение потребителя. Поэтому в этих сетях сечение иногда выбирается по допустимой потере напряжения[2].

В питающих сетях, наоборот, поэтому в значительной степени определяется реактивным сопротивлением линий, которое мало зависит от сечения. Продольная составляющая падения напряжения в линии до установки конденсаторов определяется выражением (17.1). Предположим, что напряжение в конце линии ниже допустимого:

. (17.2)

Включим последовательно в линию конденсаторы так, чтобы повысить напряжение до допустимого .

Предыдущее выражение запишем в следующем виде:

, (17.3)

где - сопротивление конденсатора.

П

Рис.17.2 Продольная компенсация: а – схема включения УПК; б – векторная диаграмма

Векторная диаграмма такого регулирования представлена на рис.17.2,б, из которого следует:

; (17.4)

, (17.5)

где - ток в линии.

Величину можно рассматривать как отрицательное падение напряжения или как дополнительную ЭДС, вводимую в цепь.

Зная , , , , , , можно найти из (17.3) и выбрать нужное количество последовательных и параллельных конденсаторов. При этом напряжение на конденсаторах и ток в них равны:

(17.6)

Если номинальное напряжение одного конденсатора , то ставят последовательно несколько конденсаторов в одной фазе. Число подключенных конденсаторов определяют по выражению

(17.7)

В паспорте конденсатора указывается его мощность . Зная эту величину, можно определить номинальный ток :

(17.8)

Если , то ставят параллельно m конденсаторов, причем

(17.9)

Для УПК отношение емкостного сопротивления конденсаторов к индуктивному сопротивлению линии, выраженное в процентах, называется процентом компенсации:

(17.10)

На практике применяют лишь частичную компенсацию (с<100 %) реактивного сопротивления линии. Полная или избыточная компенсация (с≥100%) в распределительных сетях, непосредственно питающих нагрузку, обычно не применяется, так как это связано с возможностью появления в сети перенапряжений.

17.2. Регулирование напряжения изменением потоков реактивной мощности

Продольная составляющая падения напряжения в сети определяется по выражению (рис.17.3,а):

(17.11)

где , — потоки мощности; , — активное и реактивное сопротивления сети.

Из последнего выражения видно, что падение напряжения зависит от потоков реактивной и активной мощностей сети. По линии должна передаваться такая активная мощность, какая нужна потребителю. Активную мощность ли­ний нельзя изменять для регулирования напряжения. В питающих сетях активное сопротивление меньше реактивного сопротивления линии. Следовательно, именно произведение оказывает решающее влияние на падение напряжения в сетях при регулировании U за счет изменения по­токов мощности.

Для изменения потоков реактивной мощности применяют компенсирующие устройства — батареи конденсаторов (БК), синхронные компенсаторы (СК), а также статические источники реактивной мощности (ИРМ)[2].

17.2.1. Использование в качестве компенсирующего устройства синхронных компенсаторов

Использование в качестве компенсирующего устройства синхронных компенсаторов иллюстрируется на рис.17.3.a. Напряжение в конце линии до установки компенсатора определяется выражением [2]:

. (17.12)

Пусть ниже допустимого. После включения СК в кон­це линии определяется следующим образом:

. (17.13)

Определим мощность СК, необходимую для того, чтобы напряжение стало допустимым. Для этого положим в (17.13) и вычтем из (17.12) выражение (17.13):

а)

б)

в)

г)

Рис.17.3. Режимы работы компенсирующих устройств: а – включение синхронного компенсатора; б, в – векторные диаграммы синхронного компенсатора при перевозбуждении и недовозбуждении; г – включение батареи конденсаторов

Мощность СК определяется выражением

(17.15)

При допущении будем считать, что два первых слагаемых в правой части (17.14) равны. При этом допущении мощность СК определяется простым выражением, вытекающим из (17.15):

(17.16)

При практических расчетах определяется по выражению (17.16).

Синхронные компенсаторы могут работать в режимах перевозбуждения и недовозбуждения.

При перевозбуждении они генерируют реактивную мощность . При недовозбуждении они потребляют реактивную мощность, что приводит к увеличению потерь напряжения в сети и к уменьшению напряжения у потребителей. Недовозбуждение синхронных компенсаторов можно использовать, когда надо снизить напряжение, например в режиме наименьших нагрузок. На рис.17.3,б и в представлены векторные диаграммы в режимах перевозбуждения и недовозбуждения.

До включения синхронного компенсатора:

(17.17)

(17.18)

После его включения:

(17.19)

(17.20)

Здесь , - напряжения в начале и в конце сети; - ток в сети; - сопротивление сети; - ток синхронного компенсатора.

В режиме перевозбуждения СК ток , текущий из сети, опережает на 90° напряжение . Из векторной диаграммы (рис.17.3,б) видно, что в этом режиме модуль напряжения повышается с до . В режиме недовозбуждения ток и реактивная мощность СК изменяют свои знаки на противоположные. Ток , текущий из сети, отстает на 90° от напряжения . Из векторной диаграммы (рис.17.3,в) видно, что в этом режиме модуль напряжения понижается с до .