Medidas y medios técnicos para mejorar la calidad de la energía eléctrica

Para mantener las desviaciones y fluctuaciones de voltaje dentro de los valores que cumplen con los estándares, se requiere regulación de voltaje.

La regulación de voltaje es un proceso de cambio de los niveles de voltaje en puntos característicos del sistema de suministro de energía con la ayuda de medios técnicos especiales, que se lleva a cabo automáticamente de acuerdo con una ley predeterminada. La ley de regulación de voltaje en los centros de potencia (CPU) es determinada por la organización de suministro de energía, tomando en cuenta los intereses de la mayoría de los usuarios conectados a esa CPU, si es posible.

Para asegurar el régimen de tensión necesario en los terminales de los receptores de energía eléctrica, se utilizan los siguientes métodos de regulación de tensión: en las barras de las centrales y subestaciones (CPU), en las líneas de salida, conjuntas y adicionales.

Al regular el voltaje en los buses del procesador, proporcionan la llamada regulación de contracorriente.La regulación de contravoltaje se entiende como el aumento del voltaje al 5 - 8% del nominal en la carga más alta y bajo voltaje al nominal (o menos) en la carga más baja con una rampa dependiendo de la carga.

La regulación se realiza cambiando la relación de transformación del transformador de alimentación… Para este propósito, los transformadores están equipados con medios de regulación de voltaje en carga (OLTC)… Los transformadores con interruptores en carga permiten la regulación de voltaje en el rango de ± 10 a ± 16 %. con resolución 1.25 — 2.5%. Transformadores de potencia 6 — Equipos de 20 / 0,4 kV Dispositivos de control del interruptor de corte (seccionamiento sin excitación) con un rango de ± 5% y un paso de ajuste de ± 2,5% (Tabla 1).

Tabla 1. Tensiones permitidas para transformadores 6-20 / 0,4 kV con disyuntor

Buena elección factor de transformación un transformador con disyuntor (por ejemplo, con regulación estacional) proporciona el mejor régimen de tensión posible cuando cambia la carga.

La conveniencia de utilizar uno u otro método de regulación de voltaje está determinada por las condiciones locales, según la longitud de la red y su circuito, la reserva de potencia reactiva, etc.

El indicador de desviación de voltaje depende de la pérdida de voltaje en la red, depende de la resistencia de la red y la carga.En la práctica, el cambio en la resistencia de la red está asociado con un cambio en el voltaje al elegir las secciones transversales de los cables y los núcleos de los cables, teniendo en cuenta las desviaciones en el voltaje de los receptores de energía eléctrica (según las pérdidas de tensión admisibles), así como cuando se utiliza la conexión en serie de condensadores en líneas aéreas (instalaciones de compensación longitudinal — UPK).

Los capacitores conectados en serie compensan parte de la resistencia inductiva de la línea, reduciendo así el componente reactivo en la línea y creando un voltaje adicional en la red, dependiendo de la carga.

La conexión en serie de capacitores se recomienda solo para potencia reactiva de carga significativa (tgφ > 0.75-1.0). Si el factor de potencia reactiva es cercano a cero, pérdida de tensión de línea están determinados principalmente por la resistencia activa y la potencia activa. En estos casos, la compensación de resistencia inductiva no es práctica.

El uso de UPC es muy efectivo en caso de fluctuaciones bruscas en la carga, porque el efecto regulador de los capacitores (el valor del voltaje agregado) es proporcional a la corriente de carga y cambia automáticamente sin prácticamente inercia. Por lo tanto, la conexión en serie de capacitores debe usarse en líneas aéreas de voltaje de 35 kV e inferior, alimentando cargas alternas repentinas con un factor de potencia relativamente bajo. También se utilizan en redes industriales con cargas que fluctúan bruscamente.

Además de las medidas discutidas anteriormente para reducir la resistencia de la red, las medidas para cambiar las cargas de la red, especialmente las reactivas, conducen a una reducción de las pérdidas de tensión y, por lo tanto, a un aumento de la tensión de final de línea. Esto se puede lograr mediante la aplicación de instalaciones de compensación lateral (conectando bancos de condensadores en paralelo con la carga) y fuentes de potencia reactiva (RPS) de alta velocidad, desarrollando el programa real de cambios de potencia reactiva.

Para mejorar el régimen de voltaje de la red, para reducir las desviaciones y fluctuaciones de voltaje, es posible utilizar potentes motores síncronos con control de excitación automático.

Para mejorar tal indicadores de calidad de energía se recomienda conectar receptores eléctricos que distorsionen la CE en los puntos del sistema con valores más altos de potencia de cortocircuito. Y el uso de medios para limitar las corrientes de cortocircuito en redes que contienen cargas específicas debe llevarse a cabo solo dentro de los límites necesarios para garantizar el funcionamiento confiable de los dispositivos de conmutación y el equipo eléctrico.

Las principales formas de reducir la influencia del voltaje no sinusoidal. Entre los medios técnicos se utilizan: dispositivos de filtro: conmutación en paralelo con la carga de filtros resonantes de banda estrecha, dispositivos de compensación de filtro (FCD), dispositivos de equilibrio de filtro (FSU), IRM que contiene FCD, equipo especial caracterizado por un bajo nivel de generación de armónicos superiores, transformadores "no saturados", convertidores multifásicos con características energéticas mejoradas.

En la Fig.1, a muestra un diagrama de un filtro pasivo transversal (paralelo) con armónicos más altos. Una conexión de filtro es un circuito de inductancia y capacitancia conectado en serie, sintonizado a la frecuencia de un armónico particular.

Arroz. 1. Diagramas esquemáticos de filtros con armónicos más altos: a — pasivo, b — filtro activo (AF) como fuente de voltaje, c — AF como fuente de corriente, VP — convertidor de válvula, F5, F7 — respectivamente conexiones de filtro a 5 7th y 7º armónico, tis: voltaje de línea, tiAF: voltaje de AF, tin: voltaje de carga, Azc: corriente de línea, AzAf: corriente generada por AF, Azn: corriente de carga

Resistencia de la conexión del filtro a corrientes armónicas superiores Xfp = XLn-NS° C/n, donde XL, Xc son las resistencias del reactor y del banco de condensadores respectivamente a la corriente de frecuencia industrial, n — el número del componente armónico.

A medida que aumenta la frecuencia, la inductancia del reactor aumenta proporcionalmente y el banco de condensadores disminuye inversamente con el número de armónicos. A la frecuencia de uno de los armónicos, la resistencia inductiva del reactor se vuelve igual a la capacitancia del banco de capacitores y resonancia de voltaje... En este caso, la resistencia de la conexión del filtro en la corriente de frecuencia resonante es cero y maniobra el sistema eléctrico a esta frecuencia. El número armónico yar de la frecuencia de resonancia se calcula mediante la fórmula

Un filtro ideal filtra completamente las corrientes armónicas a las frecuencias a las que están sintonizadas sus conexiones.En la práctica, sin embargo, la presencia de resistencias activas en los reactores y bancos de capacitores y la sintonización inexacta de las conexiones del filtro conducen a un filtrado incompleto de los armónicos.Un filtro paralelo es una serie de secciones, cada una sintonizada para resonar en una frecuencia armónica específica.

El número de enlaces en el filtro puede ser arbitrario. En la práctica, se suelen utilizar filtros formados por dos o cuatro secciones sintonizadas a las frecuencias de los armónicos 5º, 7º, 11º, 13º, 23º y 25º. Los filtros transversales se conectan tanto en los lugares donde aparecen los armónicos más altos como en los puntos donde se amplifican. El filtro de cruce es tanto una fuente de potencia reactiva como un medio para compensar las cargas reactivas.

Los parámetros del filtro se eligen de forma que las conexiones estén sintonizadas en resonancia con las frecuencias de los armónicos filtrados, y su capacidad permita generar la potencia reactiva necesaria a la frecuencia industrial. En algunos casos, se conecta un banco de condensadores en paralelo con el filtro para compensar la potencia reactiva. Tal dispositivo se llama filtro de compensación (PKU)... Los dispositivos de compensación de filtro realizan tanto la función de filtrado de armónicos como la función de compensación de potencia reactiva.

Actualmente, además de los filtros pasivos de banda estrecha, también utilizan filtros activos (AF)... Un filtro activo es un convertidor AC-DC con almacenamiento capacitivo o inductivo de energía eléctrica en el lado DC, que forma un cierto valor de voltaje o corriente. mediante modulación de pulsos. Incluye interruptores de alimentación integrados conectados según esquemas estándar.La conexión AF a la red como fuente de voltaje se muestra en la fig. 1, b, como fuente de corriente — en la fig. 1, c.

La reducción del desequilibrio sistemático en las redes de baja tensión se lleva a cabo mediante la distribución racional de cargas monofásicas entre fases de forma que las resistencias de estas cargas sean aproximadamente iguales entre sí. Si el desequilibrio de voltaje no se puede reducir utilizando soluciones de circuito, se utilizan dispositivos especiales: conmutación asimétrica de bancos de condensadores (Fig. 2) o circuitos de equilibrio (Fig. 3) de cargas monofásicas.

Arroz. 2. Dispositivo de equilibrio del banco de condensadores

Arroz. 3. Circuito balún especial

Si la asimetría cambia de acuerdo con la ley de probabilidad, entonces se utilizan dispositivos de equilibrio automático para reducir, cuyo diagrama se muestra en la fig. 4. Los dispositivos simétricos ajustables son costosos y complejos y su aplicación plantea nuevos problemas (en particular, tensión no sinusoidal). Por lo tanto, no hay experiencia positiva con el uso de baluns en Rusia.

Arroz. 4. Circuito balun típico

Para protección contra sobretensiones, pararrayos... Contra huecos de tensión y huecos de tensión de corta duración se pueden utilizar compensadores dinámicos de distorsión de tensión (DKIN), que solucionan muchos problemas de calidad de la energía, incluidos huecos (incluidos impulsos) y sobretensiones en la tensión de alimentación.

Las principales ventajas de DKIN:

• sin baterías y todos los problemas asociados con ellas,

• tiempo de respuesta para interrupciones breves de energía 2 ms,

• la eficiencia del dispositivo DKIN es superior al 99 % al 50 % de carga y superior al 98,8 % al 100 % de carga,

• bajo consumo de energía y bajos costos operativos,

• compensación de componentes armónicos, jitter,

• tensión de salida sinusoidal,

• protección contra todo tipo de cortocircuitos,

• alta fiabilidad.

La reducción del nivel de impacto negativo en la red de receptores de energía de cargas específicas (choque, con características de voltios-amperios no lineales, asimétricas) se logra mediante su normalización y división del suministro de energía en cargas específicas y "silenciosas".

Además de la asignación de una entrada separada para cargas específicas, son posibles otras soluciones para la construcción racional de esquemas de suministro de energía:

• esquema de cuatro secciones de la subestación reductora principal a una tensión de 6-10 kV con transformadores con devanados secundarios divididos y con reactores dobles para suministro separado de carga «silenciosa» y específica,

• transferencia de transformadores de la subestación reductora principal (GPP) a operación en paralelo al encender un interruptor seccional de 6-10 kV cuando las corrientes de cortocircuito son permisibles. Esta medida también se puede aplicar temporalmente, por ejemplo durante los períodos de arranque de motores grandes,

• implementar una carga de iluminación en las redes eléctricas del taller separadamente de la fuente de alimentación alterna abrupta (por ejemplo, de los dispositivos de soldadura).