Отклонением напряжения в электрической сети называется отличие текущего фактического его значения в установившемся рабочем состоянии от номинального для данной сети значения. Причина отклонения напряжения в какой-нибудь точке электросети кроется в изменении нагрузки на сеть в зависимости от графиков различных нагрузок.
Отклонение напряжения влияет на работу оборудования. Так, в технологических процессах снижение питающего напряжения ведет к увеличению продолжительности этих процессов, и в итоге растет себестоимость производства. А повышение напряжения сокращает жизнь оборудованию, ибо оборудование начинает работать с перегрузкой, что повышает вероятность аварий. Если напряжение отклонится от нормы значительно, то технологический процесс вообще может быть сорван.
На примере с системами освещения можно указать на тот факт, что с увеличением напряжения всего на 10%, время работы ламп накаливания уменьшается вчетверо, то есть лампа перегорает значительно раньше! А при снижении питающего напряжения на 10%, у лампы накаливания снизится на 40% световой поток, при этом у люминесцентных падение светового потока составит 15%. Если напряжение окажется 90% от номинала при включении люминесцентной лампы, то она замерцает, а при 80% - не запустится вовсе.
Асинхронные двигатели — весьма чувствительные к напряжению питания устройства. Так, если напряжение на обмотке статора упадет на 15%, то вращающий момент на валу снизится на четверть, и двигатель скорее всего остановится или, если речь идет о пуске, — асинхронный двигатель вовсе не запустится. При пониженном напряжении питания ток потребления возрастет, обмотки статора сильнее разогреются, и срок нормальной службы двигателя сильно сократится.
Если двигатель будет длительно работать при напряжении питания в 90% от номинала, то срок его службы уменьшится вдвое. Если же напряжение питания превысит номинал на 1%, то реактивная составляющая мощности, потребляемой двигателем, возрастет приблизительно на 5%, и общая эффективность работы такого мотора снизится.
В среднем электрические сети регулярно питают следующие нагрузки: 60% энергии приходится на асинхронные электродвигатели, 30% - на освещение и др, 10% - на специфические нагрузки, например на московское метро приходится 11%. По этой причине ГОСТ Р 54149-2010 регламентирует предельно допустимое значение установившегося отклонения на зажимах электроприемников как ± 10 % от номинала сети. При этом нормальным отклонением считается ± 5 %.
Есть два пути удовлетворения этих требований. Первый — снизить потери, второй — регулировать напряжение.
Пути снижения потерь
Оптимизация R – выбор сечения проводников ЛЭП в соответствии с регламентом по условиям минимально возможных потерь.
Оптимизация X – применение продольной компенсации реактивных сопротивлений линий, что сопряжено с опасностью повышенных токов КЗ, когда X→0.
Путь компенсации Q – применение установок КРМ с целью снижения реактивной составляющей при передаче по электросетям, при помощи непосредственно конденсаторных установок или с помощью работающих в перевозбуждении синхронных электродвигателей. Компенсируя реактивную мощность, помимо снижения потерь, получится добиться энергосбережения, поскольку в сетях снизятся общие электрические потери.
Пути регулирования напряжения
При помощи трансформаторов в центре питания регулируют напряжение Uцп. Специальные трансформаторы оборудованы автоматическими устройствами подстройки коэффициента трансформации соответственно текущей величине нагрузки. Регулирование возможно прямо под нагрузкой. 10% силовых трансформаторов оснащены такими устройствами. Диапазон регулирования составляет ± 16 %, при этом шаг регулирования составляет 1,78 %.
Так же регулировку напряжения могут реализовывать и трансформаторы промежуточных подстанций Uтп, обмотки разного коэффициента трансформации которых оснащены переключаемыми отпайками на них. Диапазон регулирования составляет ± 5 %, с шагом регулирования в 2,5 %. Переключение здесь производится без возбуждения, - с отсоединением от сети.
За постоянное удержание напряжения в регламентированных гостом (ГОСТ Р 54149-2010) пределах отвечает энергоснабжающая организация.
На самом деле, R и X можно выбрать еще на этапе проектирования электрической сети, и дальнейшее оперативное изменение этих параметров невозможно. Q и Uтп можно регулировать во время сезонных изменений нагрузок на сеть, но управлять режимами работы установок компенсации реактивной мощности необходимо централизованно, в соответствии с текущим режимом работы сети целиком, то есть это должна делать энергоснабжающая организация.
Что касается регулировки напряжения Uцп — непосредственно из центра питания, то это наиболее удобный для энергоснабжающей организации способ, позволяющий оперативно подстраивать напряжение точно по графику нагрузки сетей.
В договоре электроснабжения указываются пределы варьирования напряжения в месте присоединения потребителя; при расчете этих пределов необходимо опираться на падения напряжения между данной точкой и электроприемником. Как упоминалось выше, ГОСТ Р 54149-2010 регламентирует допустимые значения отклонений в установившемся режиме на зажимах электроприемника.