Misure e mezzi tecnici per migliorare la qualità dell'energia elettrica

Per mantenere le deviazioni e le fluttuazioni di tensione entro valori conformi agli standard, è necessaria la regolazione della tensione.

La regolazione della tensione è un processo di modifica dei livelli di tensione nei punti caratteristici del sistema di alimentazione con l'ausilio di mezzi tecnici speciali, che viene eseguita automaticamente secondo una legge predeterminata. La legge sulla regolazione della tensione nei centri di alimentazione (CPU) è determinata dall'organizzazione dell'alimentatore, tenendo conto degli interessi della maggioranza degli utenti collegati a quella CPU, se possibile.

Al fine di garantire il regime di tensione necessario ai terminali dei ricevitori di energia elettrica, vengono utilizzati i seguenti metodi di regolazione della tensione: nei bus delle centrali e delle sottostazioni (CPU), sulle linee in partenza, congiunte e aggiuntive.

Quando regolano la tensione sui bus del processore, forniscono la cosiddetta regolazione controcorrente.Per regolazione della controtensione si intende l'aumento della tensione al 5 - 8% del valore nominale al carico più elevato e la sottotensione al valore nominale (o inferiore) al carico più basso con una rampa in funzione del carico.

La regolazione viene effettuata modificando il rapporto di trasformazione del trasformatore di alimentazione... A tale scopo, i trasformatori sono dotati di mezzi di regolazione della tensione sotto carico (OLTC)... I trasformatori con interruttori sotto carico consentono la regolazione della tensione nell'intervallo da ± 10 a ± 16% con risoluzione 1,25 — 2,5%. Trasformatori di potenza Apparecchiature da 6 - 20 / 0,4 kV commutano i dispositivi di controllo dell'interruttore fuori circuito (commutazione senza eccitazione) con un intervallo di ± 5% e un passo di regolazione di ± 2,5% (Tabella 1).

Tabella 1. Tolleranze di tensione per trasformatori 6-20 / 0,4 kV con interruttore automatico

Giusta scelta fattore di trasformazione un trasformatore con interruttore automatico (ad esempio con regolazione stagionale) fornisce il miglior regime di tensione possibile al variare del carico.

L'opportunità di utilizzare l'uno o l'altro metodo di regolazione della tensione è determinata dalle condizioni locali, a seconda della lunghezza della rete e del suo circuito, della riserva di potenza reattiva, ecc.

L'indicatore di deviazione della tensione dipende dalla perdita di tensione nella rete, dipende dalla resistenza della rete e dal carico.In pratica, la variazione della resistenza della rete è associata a una variazione della tensione in essa contenuta nella scelta delle sezioni trasversali dei fili e delle anime dei cavi, tenendo conto delle deviazioni della tensione dei ricevitori di energia elettrica (secondo le perdite di tensione consentite), nonché quando si utilizza il collegamento in serie di condensatori nelle linee aeree (installazioni di compensazione longitudinale - UPK).

I condensatori collegati in serie compensano parte della resistenza induttiva della linea, riducendo così la componente reattiva nella linea e creando una tensione aggiuntiva nella rete, a seconda del carico.

Il collegamento in serie dei condensatori è consigliato solo per una potenza reattiva di carico significativa (tgφ > 0,75-1,0). Se il fattore di potenza reattiva è vicino a zero, perdita di tensione di linea sono principalmente determinati dalla resistenza attiva e dalla potenza attiva. In questi casi, la compensazione della resistenza induttiva non è pratica.

L'uso di UPC è molto efficace in caso di forti fluttuazioni del carico, perché l'effetto di regolazione dei condensatori (il valore della tensione aggiunta) è proporzionale alla corrente di carico e cambia automaticamente con praticamente nessuna inerzia. Pertanto, il collegamento in serie dei condensatori dovrebbe essere utilizzato in linee aeree di tensione pari o inferiore a 35 kV, fornendo carichi che si alternano improvvisamente con un fattore di potenza relativamente basso. Sono anche utilizzati nelle reti industriali con carichi fortemente fluttuanti.

Oltre alle misure sopra discusse per ridurre la resistenza di rete, le misure per modificare i carichi di rete, soprattutto quelli reattivi, portano ad una riduzione delle perdite di tensione e quindi ad un aumento della tensione di fine linea. Ciò può essere fatto applicando installazioni di compensazione laterale (collegando banchi di condensatori in parallelo con il carico) e sorgenti di potenza reattiva ad alta velocità (RPS), sviluppando il programma effettivo delle variazioni di potenza reattiva.

Per migliorare il regime di tensione di rete, per ridurre le deviazioni e le fluttuazioni di tensione, è possibile utilizzare potenti motori sincroni con controllo automatico dell'eccitazione.

Per migliorare tale indicatori di qualità dell'energia si consiglia di collegare ricevitori elettrici che distorcono CE nei punti dell'impianto con i valori di potenza di cortocircuito più elevati. E l'uso di mezzi per limitare le correnti di cortocircuito nelle reti contenenti carichi specifici dovrebbe essere effettuato solo entro i limiti necessari per garantire un funzionamento affidabile dei dispositivi di commutazione e delle apparecchiature elettriche.

I modi principali per ridurre l'influenza della tensione non sinusoidale. Tra i mezzi tecnici vengono utilizzati: dispositivi di filtraggio: commutazione in parallelo con il carico di filtri risonanti a banda stretta, dispositivi di compensazione del filtro (FCD), dispositivi di bilanciamento del filtro (FSU), IRM contenente FCD, apparecchiature speciali caratterizzate da un basso livello di generazione di armoniche superiori, trasformatori "insaturi", convertitori multifase con caratteristiche energetiche migliorate.

Nella fig.1, a mostra un diagramma di un filtro passivo trasversale (parallelo) con armoniche superiori. Una connessione filtro è un circuito di induttanza e capacità collegati in serie, sintonizzati sulla frequenza di una particolare armonica.

Riso. 1. Diagrammi schematici dei filtri con armoniche più elevate: a - passivo, b - filtro attivo (AF) come sorgente di tensione, c - AF come sorgente di corrente, VP - convertitore di valvole, F5, F7 - rispettivamente collegamenti del filtro a 5 7 e 7a armonica, tis — tensione di linea, tiAF — tensione AF, tin — tensione di carico, Azc — corrente di linea, AzAf — corrente generata da AF, Azn — corrente di carico

Resistenza della connessione del filtro a correnti armoniche superiori Xfp = XLn-NS° C/n, dove XL, Xc sono rispettivamente le resistenze del reattore e del banco di condensatori alla corrente a frequenza industriale, n - il numero della componente armonica.

All'aumentare della frequenza, l'induttanza del reattore aumenta proporzionalmente e la batteria di condensatori diminuisce inversamente al numero armonico. Alla frequenza di una delle armoniche, la resistenza induttiva del reattore diventa uguale alla capacità del banco di condensatori e risonanza di tensione... In questo caso, la resistenza della connessione del filtro n la corrente a frequenza di risonanza è nulla e manovra l'impianto elettrico a questa frequenza. Il numero armonico yar della frequenza di risonanza è calcolato dalla formula

Un filtro ideale filtra completamente le correnti armoniche alle frequenze su cui sono sintonizzate le sue connessioni.In pratica, tuttavia, la presenza di resistenze attive su reattori e banchi di condensatori e la messa a punto imprecisa delle connessioni del filtro portano a un filtraggio incompleto delle armoniche.Un filtro parallelo è una serie di sezioni, ciascuna sintonizzata per risuonare per una specifica frequenza armonica.

Il numero di collegamenti nel filtro può essere arbitrario. In pratica si utilizzano solitamente filtri composti da due o quattro sezioni sintonizzate sulle frequenze della 5a, 7a, 11a, 13a, 23a e 25a armonica. I filtri trasversali sono collegati sia nei punti in cui compaiono le armoniche più alte sia nei punti in cui vengono amplificati. Il filtro crossover è sia una fonte di potenza reattiva che un mezzo per compensare i carichi reattivi.

I parametri del filtro sono scelti in modo tale che le connessioni siano sintonizzate in risonanza con le frequenze delle armoniche filtrate e la loro capacità permetta di generare la potenza reattiva necessaria alla frequenza industriale. In alcuni casi, una batteria di condensatori è collegata in parallelo al filtro per compensare la potenza reattiva. Tale dispositivo è chiamato filtro di compensazione (PKU)... I dispositivi di compensazione del filtro svolgono sia la funzione di filtraggio delle armoniche sia la funzione di compensazione della potenza reattiva.

Attualmente, oltre ai filtri passivi a banda stretta, utilizzano anche filtri attivi (AF)... Un filtro attivo è un convertitore CA-CC con accumulo capacitivo o induttivo di energia elettrica sul lato CC, che forma un determinato valore di tensione o corrente attraverso la modulazione degli impulsi. Include interruttori di alimentazione integrati collegati secondo schemi standard.La connessione AF alla rete come sorgente di tensione è mostrata in fig. 1, b, come sorgente di corrente - in fig. 1, c.

La riduzione dello squilibrio sistematico nelle reti a bassa tensione viene effettuata mediante una distribuzione razionale dei carichi monofase tra le fasi in modo tale che le resistenze di questi carichi siano approssimativamente uguali tra loro. Se lo squilibrio di tensione non può essere ridotto utilizzando soluzioni circuitali, vengono utilizzati dispositivi speciali: commutazione asimmetrica di banchi di condensatori (Fig. 2) o circuiti di bilanciamento (Fig. 3) di carichi monofase.

Riso. 2. Dispositivo di bilanciamento del banco di condensatori

Riso. 3. Circuito balun speciale

Se l'asimmetria cambia secondo la legge della probabilità, vengono utilizzati dispositivi di bilanciamento automatico per ridurre, il cui diagramma è mostrato in fig. 4. I dispositivi simmetrici regolabili sono costosi e complessi e la loro applicazione pone nuovi problemi (in particolare tensione non sinusoidale). Pertanto, non vi è alcuna esperienza positiva con l'uso dei balun in Russia.

Riso. 4. Tipico circuito balun

Per la protezione contro le sovratensioni, scaricatori di sovratensioni... Contro cali di tensione e cali di tensione a breve termine, è possibile utilizzare compensatori dinamici della distorsione di tensione (DKIN), che risolvono molti problemi di qualità dell'alimentazione, inclusi cali (compresi gli impulsi) e picchi nella tensione di alimentazione.

I principali vantaggi di DKIN:

• senza batterie e tutti i problemi ad esse associati,

• tempo di risposta per brevi interruzioni di alimentazione 2 ms,

• l'efficienza del dispositivo DKIN è superiore al 99% al 50% di carico e superiore al 98,8% al 100% di carico,

• basso consumo energetico e bassi costi operativi,

• compensazione delle componenti armoniche, jitter,

• tensione di uscita sinusoidale,

• protezione contro tutti i tipi di cortocircuito,

• alta affidabilità.

La riduzione del livello di impatto negativo sulla rete dei ricevitori di potenza di carichi specifici (urto, con caratteristiche volt-ampere non lineari, asimmetriche) si ottiene mediante la loro normalizzazione e suddivisione dell'alimentazione in carichi specifici e "silenziosi".

Oltre all'assegnazione di un ingresso separato per carichi specifici, sono possibili altre soluzioni per la costruzione razionale degli schemi di alimentazione:

• schema a quattro sezioni della sottostazione principale step-down alla tensione di 6-10 kV con trasformatori con avvolgimenti secondari divisi e con doppi reattori per alimentazione separata di carico «silenzioso» e specifico,

• trasferimento dei trasformatori della sottostazione principale step-down (GPP) al funzionamento in parallelo mediante l'accensione di un interruttore sezionale 6-10 kV quando sono consentite correnti di cortocircuito. Questa misura può essere applicata anche temporaneamente, ad esempio durante i periodi di avviamento di grandi motori,

• implementare un carico di illuminazione nelle reti elettriche del negozio separatamente dall'alimentazione alternata brusca (ad esempio, dai dispositivi di saldatura).