Maßnahmen und technische Mittel zur Verbesserung der Qualität elektrischer Energie

Um Spannungsabweichungen und -schwankungen innerhalb normgerechter Werte zu halten, ist eine Spannungsregelung erforderlich.

Bei der Spannungsregelung handelt es sich um einen Prozess der automatischen Änderung der Spannungsniveaus an charakteristischen Punkten des Stromversorgungssystems mit Hilfe spezieller technischer Mittel nach einem vorgegebenen Gesetz. Das Spannungsregelungsgesetz in Energiezentralen (CPU) wird vom Energieversorgungsunternehmen festgelegt, wobei nach Möglichkeit die Interessen der Mehrheit der an diese CPU angeschlossenen Benutzer berücksichtigt werden.

Um das erforderliche Spannungsregime an den Anschlüssen elektrischer Energieempfänger sicherzustellen, werden folgende Methoden der Spannungsregelung eingesetzt: in den Bussen von Kraftwerken und Umspannwerken (CPU), auf Abgangsleitungen, gemeinsam und zusätzlich.

Bei der Spannungsregelung an den Prozessorbussen sorgen sie für die sogenannte Gegenstromregelung.Unter Gegenspannungsregelung versteht man die Erhöhung der Spannung auf 5–8 % des Nennwerts bei höchster Last und der Unterspannung auf Nennwert (oder niedriger) bei niedrigster Last mit einer von der Last abhängigen Rampe.

Die Regelung erfolgt durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Versorgungstransformators. Zu diesem Zweck sind Transformatoren mit Lastspannungsregelungsmitteln (OLTC) ausgestattet. Transformatoren mit Lastschaltern ermöglichen eine Spannungsregelung im Bereich von ± 10 bis ± 16 %. mit Auflösung 1,25 – 2,5 %. Leistungstransformatoren 6 - 20 / 0,4 kV Geräteschalter-Steuergeräte des Ausschaltschalters (Schalten ohne Erregung) mit einem Bereich von ± 5 % und einem Einstellschritt von ± 2,5 % (Tabelle 1).

Tabelle 1. Spannungstoleranzen für 6-20 / 0,4 kV-Transformatoren mit Leistungsschalter

Richtige Wahl Transformationsfaktor Ein Transformator mit Leistungsschalter (z. B. mit Saisonregelung) sorgt für das bestmögliche Spannungsregime bei Lastwechseln.

Die Zweckmäßigkeit des Einsatzes der einen oder anderen Methode der Spannungsregelung hängt von den örtlichen Gegebenheiten ab, abhängig von der Länge des Netzes und seines Stromkreises, der Blindleistungsreserve usw.

Der Spannungsabweichungsindikator hängt vom Spannungsverlust im Netzwerk ab, hängt vom Widerstand des Netzwerks und der Last ab.In der Praxis ist die Änderung des Widerstands des Netzwerks mit einer Änderung der darin enthaltenen Spannung verbunden, wenn die Querschnitte von Drähten und Kabeladern ausgewählt werden, wobei die Spannungsabweichungen der Empfänger elektrischer Energie berücksichtigt werden (gemäß der zulässigen Spannungsverluste) sowie beim Einsatz von Reihenschaltungen von Kondensatoren in Freileitungen (Längskompensationsanlagen – UPK).

In Reihe geschaltete Kondensatoren kompensieren einen Teil des induktiven Widerstands der Leitung, reduzieren so den Blindanteil in der Leitung und erzeugen je nach Belastung eine zusätzliche Spannung im Netz.

Die Reihenschaltung von Kondensatoren wird nur bei erheblicher Lastblindleistung (tgφ > 0,75-1,0) empfohlen. Liegt der Blindleistungsfaktor nahe Null, Netzspannungsverlust werden hauptsächlich durch den Wirkwiderstand und die Wirkleistung bestimmt. In diesen Fällen ist eine induktive Widerstandskompensation unpraktisch.

Der Einsatz von UPC ist bei starken Lastschwankungen sehr effektiv, da die Regelwirkung der Kondensatoren (der Wert der addierten Spannung) proportional zum Laststrom ist und sich praktisch ohne Trägheit automatisch ändert. Daher sollte in Freileitungen mit einer Spannung von 35 kV und darunter eine Reihenschaltung von Kondensatoren verwendet werden, um plötzlich wechselnde Lasten mit relativ niedrigem Leistungsfaktor zu versorgen. Sie werden auch in Industrienetzen mit stark schwankender Belastung eingesetzt.

Zusätzlich zu den oben diskutierten Maßnahmen zur Reduzierung des Netzwiderstands führen Maßnahmen zur Änderung der Netzlasten, insbesondere der Blindlast, zu einer Reduzierung der Spannungsverluste und damit zu einer Erhöhung der Endspannung. Dies kann durch den Einsatz seitlicher Kompensationsanlagen (Parallelschaltung von Kondensatorbänken zur Last) und Hochgeschwindigkeits-Blindleistungsquellen (RPS) erreicht werden, wodurch der tatsächliche Zeitplan für Blindleistungsänderungen entwickelt wird.

Um das Netzspannungsregime zu verbessern und Spannungsabweichungen und -schwankungen zu reduzieren, können leistungsstarke Synchronmotoren mit automatischer Erregungssteuerung eingesetzt werden.

Solche zu verbessern Indikatoren für die Stromqualität Es wird empfohlen, elektrische Empfänger, die CE verzerren, an den Systempunkten mit den höchsten Kurzschlussleistungswerten anzuschließen. Und der Einsatz von Mitteln zur Begrenzung von Kurzschlussströmen in Netzen mit bestimmten Lasten sollte nur in den Grenzen erfolgen, die für den zuverlässigen Betrieb von Schaltgeräten und elektrischen Geräten erforderlich sind.

Die wichtigsten Möglichkeiten, den Einfluss nicht-sinusförmiger Spannung zu reduzieren. Zu den technischen Mitteln zählen: Filtergeräte: parallel zur Last schaltende Schmalbandresonanzfilter, Filterkompensationsgeräte (FCD), Filterausgleichsgeräte (FSU), IRM mit FCD, Sondergeräte, die sich durch einen geringen Pegel auszeichnen Erzeugung höherer Harmonischer, „ungesättigte“ Transformatoren, Mehrphasenwandler mit verbesserten Energieeigenschaften.

In Abb.1a zeigt ein Diagramm eines transversalen (parallelen) passiven Filters mit höheren Harmonischen. Eine Filterverbindung ist ein Schaltkreis aus Induktivität und Kapazität, der in Reihe geschaltet ist und auf die Frequenz einer bestimmten Harmonischen abgestimmt ist.

Reis. 1. Schematische Diagramme von Filtern mit höheren Harmonischen: a – passiver, b – aktiver Filter (AF) als Spannungsquelle, c – AF als Stromquelle, VP – Ventilwandler, F5, F7 – bzw. Filteranschlüsse an 5 7. und 7. Harmonische, tis – Netzspannung, tiAF – AF-Spannung, tin – Lastspannung, Azc – Netzstrom, AzAf – von AF erzeugter Strom, Azn – Laststrom

Widerstand der Filterverbindung gegenüber höheren harmonischen Strömen Xfp = XLn-NS° C/n, wobei XL,

Mit zunehmender Frequenz nimmt die Induktivität der Drossel proportional zu und die Kondensatorbank nimmt umgekehrt mit der Harmonischenzahl ab. Bei der Frequenz einer der Harmonischen wird der induktive Widerstand der Drossel gleich der Kapazität der Kondensatorbank und Spannungsresonanz... In diesem Fall ist der Widerstand der Filterverbindung im Resonanzfrequenzstrom Null und er manövriert das elektrische System mit dieser Frequenz. Die harmonische Zahl y der Resonanzfrequenz wird nach der Formel berechnet

Ein idealer Filter filtert harmonische Ströme vollständig auf die Frequenzen, auf die seine Verbindungen abgestimmt sind.In der Praxis führen jedoch aktive Widerstände an Drosseln und Kondensatorbänken sowie eine ungenaue Abstimmung der Filterverbindungen zu einer unvollständigen Filterung der Oberwellen. Ein Parallelfilter besteht aus einer Reihe von Abschnitten, die jeweils so abgestimmt sind, dass sie für eine bestimmte Oberwellenfrequenz in Resonanz stehen.

Die Anzahl der Links im Filter kann beliebig sein. In der Praxis werden üblicherweise Filter verwendet, die aus zwei oder vier Abschnitten bestehen, die auf die Frequenzen der 5., 7., 11., 13., 23. und 25. Harmonischen abgestimmt sind. Sowohl an den Stellen, an denen die höheren Harmonischen auftreten, als auch an den Stellen, an denen sie verstärkt werden, werden Transversalfilter angeschlossen. Der Crossover-Filter ist sowohl eine Blindleistungsquelle als auch ein Mittel zur Kompensation von Blindlasten.

Die Parameter des Filters sind so gewählt, dass die Anschlüsse in Resonanz mit den Frequenzen der gefilterten Oberwellen abgestimmt sind und ihre Kapazität die Erzeugung der notwendigen Blindleistung bei der Industriefrequenz ermöglicht. In manchen Fällen wird eine Kondensatorbank parallel zum Filter geschaltet, um die Blindleistung zu kompensieren. Ein solches Gerät wird Kompensationsfilter (PKU) genannt... Filterkompensationsgeräte erfüllen sowohl die Funktion der Filterung von Oberschwingungen als auch die Funktion der Blindleistungskompensation.

Derzeit werden neben passiven Schmalbandfiltern auch aktive Filter (AF) eingesetzt... Ein aktiver Filter ist ein AC-DC-Wandler mit kapazitiver oder induktiver Speicherung elektrischer Energie auf der DC-Seite, die einen bestimmten Spannungs- oder Stromwert bildet durch Pulsmodulation. Es umfasst integrierte Leistungsschalter, die nach Standardschemata angeschlossen sind.Die NF-Verbindung zum Netzwerk als Spannungsquelle ist in Abb. dargestellt. 1, b, als Stromquelle – in Abb. 1, c.

Die Reduzierung systematischer Ungleichgewichte in Niederspannungsnetzen erfolgt durch eine rationelle Verteilung einphasiger Lasten auf die Phasen, sodass die Widerstände dieser Lasten einander annähernd gleich sind. Lässt sich das Spannungsungleichgewicht nicht durch Schaltungslösungen reduzieren, kommen spezielle Geräte zum Einsatz: asymmetrisches Schalten von Kondensatorbänken (Abb. 2) oder Symmetrierschaltungen (Abb. 3) einphasiger Lasten.

Reis. 2. Kondensatorbank-Ausgleichsgerät

Reis. 3. Spezielle Balun-Schaltung

Wenn sich die Asymmetrie gemäß dem Wahrscheinlichkeitsgesetz ändert, werden zur Reduzierung automatische Ausgleichsgeräte verwendet, von denen das Diagramm in Abb. 1 dargestellt ist. 4. Einstellbare symmetrische Geräte sind teuer und komplex und ihre Anwendung wirft neue Probleme auf (insbesondere nicht-sinusförmige Spannung). Daher gibt es in Russland keine positiven Erfahrungen mit dem Einsatz von Baluns.

Reis. 4. Typische Balun-Schaltung

Zum Überspannungsschutz, Überspannungsableiter... Gegen kurzfristige Spannungseinbrüche und Spannungseinbrüche können dynamische Spannungsverzerrungskompensatoren (DKIN) eingesetzt werden, die viele Netzqualitätsprobleme lösen, darunter Einbrüche (einschließlich Impuls) und Spannungsspitzen der Versorgungsspannung.

Die Hauptvorteile von DKIN:

• ohne Batterien und alle damit verbundenen Probleme,

• Reaktionszeit bei kurzen Stromunterbrechungen 2 ms,

• der Wirkungsgrad des DKIN-Geräts beträgt mehr als 99 % bei 50 % Last und mehr als 98,8 % bei 100 % Last,

• geringer Energieverbrauch und niedrige Betriebskosten,

• Kompensation harmonischer Komponenten, Jitter,

• sinusförmige Ausgangsspannung,

• Schutz gegen alle Arten von Kurzschlüssen,

• hohe Zuverlässigkeit.

Die Reduzierung der negativen Auswirkungen bestimmter Lasten auf das Netzwerk von Stromempfängern (Schock, mit nichtlinearer Volt-Ampere-Kennlinie, asymmetrisch) wird durch deren Normalisierung und Aufteilung der Stromversorgung in spezifische und „stille“ Lasten erreicht.

Neben der Zuweisung eines separaten Eingangs für bestimmte Verbraucher sind weitere Lösungen für den rationellen Aufbau von Stromversorgungssystemen möglich:

• Vierteiliges Schema der Hauptabspannstation bei einer Spannung von 6-10 kV mit Transformatoren mit geteilten Sekundärwicklungen und mit Doppeldrosseln zur getrennten Versorgung von „stiller“ und spezifischer Last,

• Umstellung der Transformatoren der Hauptabspannstation (GPP) auf Parallelbetrieb durch Einschalten eines 6-10-kV-Sektionalschalters, wenn Kurzschlussströme zulässig sind. Diese Maßnahme kann auch vorübergehend angewendet werden, beispielsweise während der Anlaufphase großer Motoren.

• Implementierung einer Beleuchtungslast in den Stromnetzen der Geschäfte getrennt von der kurzfristigen Wechselstromversorgung (z. B. von Schweißgeräten).