Регулюванням напруги називають процес зміни рівнів напруги в характерних точках системи електропостачання за допомогою спеціальних технічних засобів, який здійснюється автоматично за наперед заданим законом. Закон регулювання напруги в центрах живлення (ЦП) визначає енергопостачальна організація, по можливості з огляду на інтереси більшості споживачів, приєднаних до даного ЦП.
Для забезпечення необхідного режиму напруг на затискачах приймачів електроенергії використовують такі способи регулювання напруги: на шинах електростанцій і підстанцій (ЦП), на лініях, що відходять, спільне і додаткове.
При регулюванні напруги на шинах ЦП забезпечують так зване зустрічну регулювання напруги. Під зустрічним регулюванням напруги розуміють підвищення напруги до 5 - 8% номінального в режимі найбільших навантажень і зниження напруги до номінального (або нижче) в режимі найменших навантажень при лінійному зміні в залежності від навантаження.
Регулювання виробляють за допомогою зміни коефіцієнта трансформації напруги трансформатора. Для цього трансформатори оснащують засобами регулювання напруги під навантаженням (РПН). Трансформатори з РПН дозволяють регулювати напругу в діапазоні від ± 10 до ± 16% з дискретністю 1,25 - 2,5%. Силові трансформатори 6 - 20 / 0,4 кВ оснащують пристроями регулювання ПБЗ (перемикання без збудження) з діапазоном ± 5% і кроком регулювання ± 2,5% (табл. 1).
Таблиця 1. Добавки напруги трансформаторів 6 - 20 / 0,4 кВ з ПБЗ
Правильний вибір коефіцієнта трансформації трансформатора з ПБЗ (наприклад, при сезонному регулюванні) забезпечує по можливості найкращий режим напруг при зміні навантаження.
Доцільність застосування того чи іншого способу регулювання напруги визначається місцевими умовами в залежності від протяжності мережі і її схеми, резерву реактивної потужності і т.п.
Показник відхилення напруги залежить від втрат напруги в мережі залежить від опору мережі і навантаження. Практично зміна опорів мережі пов'язують зі зміною напруг в ній при виборі перетинів проводів і жил кабелів з урахуванням відхилень напруги у приймачів електроенергії (по допустимій втраті напруги), а також при застосуванні послідовного включення конденсаторів в повітряних лініях (установки поздовжньої компенсації - КПК).
Послідовно включені конденсатори компенсують частину індуктивного опору лінії, тим самим зменшується реактивна слагающая в лінії і створюється як би деяка добавка напруги в мережі, що залежить від навантаження.
Послідовне включення конденсаторів доцільно лише при значній реактивної потужності навантаження (tg # 966;> 0,75-1,0). Якщо коефіцієнт реактивної потужності близький до нуля, втрати напруги в лінії визначаються в основному активним опором і активною потужністю. У цих випадках компенсація індуктивного опору недоцільна.
Застосування КПК дуже ефективно при різких коливаннях навантаження, так як регулюючий ефект конденсаторів (значення добавки напруги) пропорційний току навантаження і автоматично змінюється практично без інерції. Тому послідовне включення конденсаторів слід застосовувати в повітряних лініях напругою 35 кВ і нижче, що живлять резкопеременной навантаження з відносно низьким коефіцієнтом потужності. Їх використовують також в промислових мережах з резкопеременной навантаженнями.
До зменшення втрат напруги, а отже, до збільшення напруги в кінці лінії крім вище розглянутих заходів по зменшенню опору мережі призводять заходи зі зміни навантажень мережі, особливо реактивних. Це можливо здійснити, застосовуючи установки поперечної компенсації (включення батарей конденсаторів паралельно навантаженні) і швидкодіючі джерела реактивної потужності (ДРП), відпрацьовують реальний графік зміни реактивної потужності.
Для поліпшення режиму напруги мережі, зниження відхилень і коливань напруги можливе використання потужних синхронних двигунів з автоматичним регулюванням збудження.
Для поліпшення таких показників якості електроенергії доцільно підключення спотворюють КЕ електроприймачів в точках системи з найбільшими значеннями потужності КЗ. А застосування засобів обмеження струмів КЗ в мережах, що містять специфічні навантаження, слід проводити тільки в межах, необхідних для забезпечення надійної роботи комутаційних апаратів і електроустаткування.
Основні способи зменшення впливу несинусоїдальності напруги. Серед технічних засобів застосовують: фільтрові пристрої: включення паралельно навантаженні вузькосмугових резонансних фільтрів, фільтрокомпенсуючі пристроїв (ФКУ), фільтросімметрірующіх пристроїв (ФСУ), ІРМ, що містять ФКУ, спеціальне обладнання, що характеризується зниженим рівнем генерації вищих гармонік, «ненасищаемой» трансформатори, багатофазні перетворювачі з поліпшеними енергетичними показниками.
На рис. 1, а показана схема поперечного (паралельного) пасивного фільтра вищих гармонік. Ланка фільтра являє собою контур з послідовно з'єднаних індуктивності і ємності, налаштованих на частоту певної гармоніки.
Мал. 1. Принципові схеми фільтрів вищих гармонік: а - пасивного, б - активного фільтра (АФ) як джерела напруги, в - АФ як джерела струму, ВП - вентильний перетворювач, Ф5, Ф7 - відповідно ланки фільтра на 5-ю і 7-ю гармоніки, u з - напруга мережі, u АФ - напруга АФ, u н - напруга на навантаженні, I з - струм мережі, I Аф - струм, що генерується АФ, I н - струм навантаження
Опір ланки фільтра струмів вищих гармонік ХФ = Х Ln-Х c / n. де XL, Хс - опору відповідно реактора і батареї конденсаторів току промислової частоти, n - номер гармонійної складової.
Зі збільшенням частоти індуктивний опір реактора збільшується пропорційно, а батареї конденсаторів - зменшується обернено пропорційно номеру гармоніки. На частоті однієї з гармонік індуктивний опір реактора стає рівним ємнісному опору батареї конденсаторів, і в ланцюзі ланки фільтра виникає резонанс напруг. При цьому опір ланки фільтра n току резонансної частоти дорівнює нулю і воно шунтирует електричну систему на цій частоті. Номер гармоніки яр резонансної частоти обчислюють за формулою
Ідеальний фільтр повністю відфільтровує струми гармонік, на частоти яких налаштовані його ланки. Однак практично наявність активних опорів реакторів і батарей конденсаторів і неточна настройка ланок фільтра призводять до неповної фільтрації гармонік. Паралельний фільтр являє собою ряд ланок, кожне з яких налаштований на резонанс для частоти певної гармоніки.
Кількість ланок в фільтрі може бути будь-яким. На практиці зазвичай застосовують фільтри, що складаються з двох або чотирьох ланок, налаштованих на частоти 5, 7, 11, 13, 23 і 25-й гармонік. Поперечні фільтри приєднують як в місцях виникнення вищих гармонік, так і в пунктах їх посилення. Поперечний фільтр є одночасно і джерелом реактивної потужності, і засобом компенсації реактивних навантажень.
Параметри фільтрів підбирають таким чином, щоб ланки були налаштовані в резонанс на частоти фільтровану гармонік, а їх ємності дозволяли генерувати необхідний реактивну потужність на промисловій частоті. У ряді випадків для компенсації реактивної потужності паралельно фільтру включають батарею конденсаторів. Такий пристрій називають фільтрокомпенсуючі (ФКУ). Фільтрокомпенсуючі пристрої виконують і функцію фільтрації гармонік, і функцію компенсації реактивної потужності.
В даний час крім пасивних вузькосмугових фільтрів застосовують і активні фільтри (АФ). Активний фільтр - перетворювач змінно-постійного струму з ємнісним або індуктивним накопичувачем електричної енергії на стороні постійного струму, що формує методом імпульсної модуляції певне значення напруги або струму. У його складі інтегровані силові ключі, з'єднані за типовими схемами. Підключення АФ в мережу як джерело напруги показано на рис. 1, б, в якості джерела струму - на рис. 1, ст.
Зниження систематичної несиметрії в мережах низької напруги здійснюється раціональним розподілом однофазних навантажень між фазами з таким розрахунком, щоб опору цих навантажень були приблизно рівні між собою. Якщо несиметрію напруги не вдається зменшити за допомогою схемних рішень, то застосовують спеціальні пристрої: несиметричне включення конденсаторних батарей (рис. 2) або схеми симетрування (рис. 3) однофазних навантажень.
Мал. 2. симетрувальним пристрій з конденсаторної батареєю
Мал. 3. Спеціальна схема сімметрірующего пристрої
Якщо несиметрія змінюється за імовірнісним законом, то для її зниження застосовують автоматичні симетрувальні пристрої, схема одного з яких представлена на рис. 4. Регульовані симетричні пристрої дороги і складні, їх застосування породжує нові проблеми (зокрема, несинусоидальность напруги). Тому позитивного досвіду використання симетрувальних пристроїв в Росії немає.
Мал. 4. Типова схема сімметрірующего пристрої
Для захисту від перенапруг застосовуються обмежувачі перенапруг. Від короткочасного зниження і провалів напруги можуть використовуватися динамічні компенсатори спотворень напруги (ДКІН). які вирішують багато проблем якості електроенергії, включаючи провали (в тому числі і імпульсні) і перенапруги напруги живлення.
Основні переваги ДКІН:
немає батарей і всіх проблем, пов'язаних з ними,
час реакції на короткочасні порушення електропостачання 2 мс,
ефективність роботи пристрою ДКІН більше 99% при 50% -ної навантаженні і більш 98,8% при 100% -ної навантаженні,
низька споживана потужність і малі експлуатаційні витрати,
компенсація гармонійних складових, флікерів,
синусоїдальна форма вихідної напруги,
захист від усіх видів КЗ,
Зниження рівня негативного впливу на мережу від приймачів електроенергії специфічних навантажень (ударних, з нелінійними вольт-амперних характеристиками, несиметричних) досягається нормуванням їх і поділом харчування специфічних і «спокійних» навантажень.
Крім виділення окремого введення для специфічних навантажень можливі й інші рішення раціональної побудови схем електропостачання:
чотирьохсекційна схема головної понижувальної підстанції на напрузі 6-10 кВ з трансформаторами з розщепленими вторинними обмотками і з парними реакторами для роздільного харчування «спокійною» і специфічної навантаження,
переклад трансформаторів головної знижувальної підстанції (ДПП) на паралельну роботу включенням секційного вимикача напругою 6-10 кВ, коли це допустимо за струмами КЗ. Цей захід можна застосовувати і тимчасово, наприклад в періоди пуску великих двигунів,
здійснення в цехових мережах харчування освітлювальної навантаження окремо від силової резкопеременной (наприклад, від зварювальних агрегатів).