Изменение величины потери напряжения в элементах сети

Изменение потери напряжения в элементах сети может осуществляться изменением сопротивлений цепи например, изменением сечении проводов и кабелей, отключением или включением числа параллельно включенных линий и трансформаторов (смотрите - Параллельная работа трансформаторов).

Выбор сечений проводов, как известно, производится из условий нагрева, экономической плотности тока и по допустимой потере напряжения, а также по условиям механической прочности. Однако расчет сети, особенно высокого напряжения по допустимой потере напряжения, не всегда обеспечивает нормируемые отклонения напряжения у электроприемников. Поэтому в ПУЭ нормируются не потери, а отклонения напряжения.

Реактивное сопротивление сети можно изменять при последовательном включении конденсаторов (продольная емкостная компенсация).

 

Продольной емкостной компенсацией называется, способ регулирования напряжения, при котором последовательно в рассечку каждой фазы линии включаются статические конденсаторы для получения надбавок напряжения.

Известно, что суммарное реактивное сопротивление электрической цепи определяется разностью между индуктивным и емкостным сопротивлениями.

Изменяя величину емкости включаемых конденсаторов, а следовательно, и величину емкостного сопротивления, можно получить различные величины потери напряжения в линии, что равнозначно соответствующей надбавке напряжения на зажимах электроприемников.

Последовательное включение конденсаторов в сеть целесообразно при невысоких коэффициентах мощности в воздушных сетях, в которых потеря напряжения в основном определяется ее реактивной составляющей.

Продольная компенсация особенно эффективна в сетях с резкими колебаниями нагрузки, так как ее действие совершенно автоматическое и зависит от величины протекающего тока.

Следует также учитывать, что продольная емкостная компенсация приводит к увеличению токов короткого замыкания в сети и может быть причиной резонансных перенапряжений, что требует специальной проверки.

Для целей продольной компенсации нет необходимости устанавливать конденсаторы, рассчитанные на полное рабочее напряжение сети, однако они должны иметь надежную изоляцию от земли.

 

Продольная компенсация реактивной мощности - физический смысл и техническая реализация

С целью повышения эффективности работы уже существующих линий электропередач, а так же для улучшения их пропускной способности, применяют устройства продольной компенсации реактивной мощности. На сегодняшний день обилие разнообразных генерирующих источников различной мощности, как и высоковольтных линий, особенно тех, что передают электроэнергию на большие расстояния, приводит к возрастающему спросу на повышение не только надежности энергосистем в целом, но и на улучшение их экономичности.

Есть два пути, позволяющих увеличить пропускную способность линий электропередач, первый из которых — увеличение непосредственно сечений линий, а второй — использование схем продольной компенсации реактивной мощности. Второй путь — продольная компенсация реактивной мощности, - оказывается более экономичным способом достижения поставленной цели как для межсистемных, так и для внутрисистемных связей.

Известно, что при передаче по проводам реактивной мощности, имеют место значительные падения напряжения и возрастания тока в участках электрических сетей, и это создает ограничения для передачи полезной, активной мощности.

Продольная компенсация реактивной мощности предполагает дополнительное включение конденсаторов последовательно с нагрузкой через вольтодобавочный или разделительный трансформаторы, что позволяет достичь автоматического регулирования напряжения в зависимости от текущей величины тока нагрузки.

Конечно, при продольной компенсации неизбежны и аварийные режимы, причинами которых могут стать:

· расшунтирование конденсаторов, могущее вызвать перенапряжение;

· явление феррорезонанса;

· повреждения конденсаторов изнутри.

Чтобы избежать повреждений от резкого повышения напряжения конденсаторы в такие моменты должны автоматически шунтироваться высоковольтным выключателем или мгновенно разряжаться через искровой промежуток.

Так как конденсаторы для продольной компенсации реактивной мощности включаются последовательно в цепь переменного тока, то через них течет полный ток линии, и следовательно, ток короткого замыкания, в случае возникновения такового, тоже потечет через них.

Для увеличения пропускной способности, продольная компенсация применяется в высоковольтных линиях, чем обеспечивает устойчивость энергосистем, которые включают в себя эти линии.

При продольной компенсации ток конденсатора равен текущему через него полному току нагрузки I, и мощность батареи конденсаторов Q является величиной переменной, зависящей от нагрузки в каждый конкретный момент времени. Эту реактивную мощность можно вычислить по формуле:

Qк=I²/ωC

И поскольку мощность на конденсаторах в процессе продольной компенсации не остается постоянной, то и напряжение повышается на величину, которая оказывается пропорциональна изменению реактивной нагрузки данной линии, то есть напряжение на конденсаторах так же отнюдь не постоянно, как это имеет место при поперечной компенсации реактивной мощности.

Сегодня пользуются большой популярностью переключаемые установки емкостной продольной компенсации. Такие установки применяются с целью снижения влияния индуктивной составляющей реактивного сопротивления трансформаторов тяговых сетей и тяговых подстанций на напряжение, прикладываемое к токоприемнику электровоза. Здесь, как говорилось выше, последовательно с токоприемником включается емкость.

На российских тяговых подстанциях монтируют данные установки в отсасывающую линию, в которой установка продольной компенсации служит для повышения напряжения, предотвращения эффекта опережения или отставания фаз, получаются симметричные напряжения с равными токами в плечах питания, снижается общий класс напряжения для рабочего оборудования, а конструкция установки упрощается.

 

На приведенном рисунке показана схема, где изображена лишь одна секция конденсаторов продольной компенсации, которых на самом деле несколько, подключенных параллельно между собой.

Напряжение на низковольтные обмотки трансформаторов Т1 и Т2, соединенных последовательно, подается от одного ряда конденсаторов через тиристорный ключ и ограничительный резистор. При этом высоковольтные обмотки данных трансформаторов соединены встречно, и при сквозном коротком замыкании напряжение на конденсаторах растет.

В момент, когда напряжение достигает уставки, тиристорный ключ срабатывает, и тут же зажигается дуга трехэлектродного разрядника. Когда вакуумный контактор включается, дуга в разряднике гаснет.

К достоинствам таких установок продольной компенсации относятся:

· симметричное напряжение на шинах;

· снижение колебаний напряжения и повышение его уровня на электроприемниках.

Минусы:

· тяжелые рабочие условия для конденсаторов установки в сравнении с поперечной компенсацией, поскольку ток короткого замыкания тяговой сети протекает через конденсаторы, и здесь нужна надежная сверхбыстродействующая защита;

· перегрузка конденсаторов в опасных режимах: вынужденном, аварийном, послеаварийном.

Чтобы достичь лучшего эффекта от компенсации реактивной мощности, следует применять регулируемые установки с совместной работой продольной и поперечной компенсации.

 

К преимуществам применения установок продольной компенсации в целом относятся:

· увеличение передаваемой по линии мощности;

· повышение стабильности работы энергосистем при пиковых нагрузках;

· значительное снижение потерь активной мощности;

· повышение качества электроэнергии в сетях;

· высокая экономичность распределения мощности в параллельных линиях;

· исчезает необходимость возведения генерирующих источников на удаленных территориях;

· межсистемные сечения и технические параметры линий не нуждаются в увеличении.

Главное экономическое достоинство применения устройств продольной компенсации заключается в энергосбережении. Мало того, что повышается качество электроэнергии, так еще и количество линий электропередач может быть снижено, если применяется продольная компенсация реактивной мощности. Защита окружающей среды становится естественным следствием внедрения данной технологии, особенно в крупных масштабах.

Стоимостные показатели установок таковы, что новая линия электропередач обходится в 10 раз дороже, чем устройство продольной компенсации, дающее ту же пропускную способность. В итоге окупаемость такой системы составляет лишь несколько лет, по сравнению с традиционными ЛЭП.