Medidas e meios técnicos para melhorar a qualidade da energia elétrica

Para manter os desvios e flutuações de tensão dentro dos valores compatíveis com os padrões, é necessária a regulação da tensão.

A regulação de tensão é um processo de alteração dos níveis de tensão em pontos característicos do sistema de alimentação com a ajuda de meios técnicos especiais, que é realizado automaticamente de acordo com uma lei predeterminada. A lei de regulação de tensão em centrais de energia (CPU) é determinada pela organização fornecedora de energia, levando em consideração os interesses da maioria dos usuários conectados àquela UCP, se possível.

Para garantir o regime de tensão necessário nos terminais dos receptores de energia elétrica, são utilizados os seguintes métodos de regulação de tensão: nos barramentos das usinas e subestações (CPU), nas linhas de saída, conjuntas e adicionais.

Ao regular a tensão nos barramentos do processador, eles fornecem a chamada regulação de contracorrente.A regulação de contratensão é entendida como o aumento da tensão para 5 - 8% da nominal na carga mais alta e subtensão para nominal (ou inferior) na carga mais baixa com uma rampa dependendo da carga.

A regulação é feita alterando a relação de transformação do transformador de alimentação… Para este fim, os transformadores são equipados com meios de regulação de tensão em carga (OLTC)… Transformadores com chaves em carga permitem a regulação de tensão na faixa de ± 10 a ± 16% com resolução 1,25 — 2,5%. Transformadores de potência 6 — Equipamentos de 20/0,4 kV comutam os dispositivos de controle da chave de desligamento (comutação sem excitação) com faixa de ± 5% e passo de ajuste de ± 2,5% (Tabela 1).

Tabela 1. Tolerâncias de tensão para transformadores de 6-20 / 0,4 kV com disjuntor

Escolha certa fator de transformação um transformador com disjuntor (por exemplo, com regulação sazonal) fornece o melhor regime de tensão possível quando a carga muda.

A conveniência de usar um ou outro método de regulação de tensão é determinada pelas condições locais, dependendo do comprimento da rede e seu circuito, reserva de energia reativa, etc.

O indicador de desvio de tensão depende da perda de tensão na rede, depende da resistência da rede e da carga.Na prática, a mudança na resistência da rede está associada a uma mudança na tensão ao escolher as seções transversais dos fios e núcleos dos cabos, levando em consideração os desvios na tensão dos receptores de energia elétrica (de acordo com as perdas de tensão permitidas), bem como ao usar a conexão em série de capacitores em linhas aéreas (instalações de compensação longitudinal — UPK).

Os capacitores conectados em série compensam parte da resistência indutiva da linha, reduzindo assim o componente reativo na linha e criando alguma tensão adicional na rede, dependendo da carga.

A conexão em série de capacitores é recomendada apenas para potência reativa de carga significativa (tgφ > 0,75-1,0). Se o fator de potência reativa estiver próximo de zero, perda de tensão de linha são determinados principalmente pela resistência ativa e potência ativa. Nesses casos, a compensação de resistência indutiva é impraticável.

A utilização do UPC é muito eficaz no caso de oscilações bruscas de carga, pois o efeito regulador dos capacitores (o valor da tensão adicionada) é proporcional à corrente de carga e muda automaticamente com praticamente nenhuma inércia. Portanto, a conexão em série de capacitores deve ser usada em linhas aéreas de tensão de 35 kV e abaixo, alimentando cargas repentinamente alternadas com fator de potência relativamente baixo. Eles também são usados ​​em redes industriais com cargas fortemente flutuantes.

Além das medidas discutidas acima para reduzir a resistência da rede, as medidas para alterar as cargas da rede, especialmente as reativas, levam à redução das perdas de tensão e, portanto, ao aumento da tensão de fim de linha. Isso pode ser feito através da aplicação de instalações de compensação lateral (conectando bancos de capacitores em paralelo com a carga) e fontes de potência reativa de alta velocidade (RPS), desenvolvendo o cronograma real de mudanças de potência reativa.

Para melhorar o regime de tensão da rede, reduzir desvios e flutuações de tensão, é possível usar motores síncronos potentes com controle automático de excitação.

Para melhorar tal indicadores de qualidade de energia recomenda-se conectar receptores elétricos que distorcem o CE nos pontos do sistema com os maiores valores de potência de curto-circuito. E o uso de meios para limitar correntes de curto-circuito em redes contendo cargas específicas deve ser realizado apenas dentro dos limites necessários para garantir a operação confiável de dispositivos de comutação e equipamentos elétricos.

As principais formas de reduzir a influência da tensão não senoidal. Entre os meios técnicos são utilizados: dispositivos de filtro: comutação em paralelo com a carga de filtros ressonantes de banda estreita, dispositivos de compensação de filtro (FCD), dispositivos de balanceamento de filtro (FSU), IRM contendo FCD, equipamentos especiais caracterizados por um baixo nível de geração de harmônicos mais altos, transformadores "insaturados", conversores multifásicos com características energéticas melhoradas.

Na fig.1, a mostra um diagrama de um filtro passivo transversal (paralelo) com harmônicos mais altos. Uma conexão de filtro é um circuito de indutância e capacitância conectado em série, sintonizado na frequência de um determinado harmônico.

Arroz. 1. Diagramas esquemáticos de filtros com harmônicos mais altos: a — passivo, b — filtro ativo (AF) como fonte de tensão, c — AF como fonte de corrente, VP — conversor de válvula, F5, F7 — respectivamente conexões de filtro para 5 7º e 7º harmônico, tis — tensão de linha, tiAF — tensão de AF, tin — tensão de carga, Azc — corrente de linha, AzAf — corrente gerada por AF, Azn — corrente de carga

Resistência da conexão do filtro para correntes harmônicas mais altas Xfp = XLn-NS° C/n, onde XL, Xc são as resistências do reator e do banco de capacitores respectivamente à corrente de frequência de energia, n — o número do componente harmônico.

À medida que a frequência aumenta, a indutância do reator aumenta proporcionalmente e o banco de capacitores diminui inversamente com o número harmônico. Na frequência de um dos harmônicos, a resistência indutiva do reator torna-se igual à capacitância do banco de capacitores e ressonância de tensão... Neste caso, a resistência da conexão do filtro na corrente de frequência de ressonância é zero e manobra o sistema elétrico nesta frequência. O número harmônico yar da frequência de ressonância é calculado pela fórmula

Um filtro ideal filtra completamente as correntes harmônicas para as frequências nas quais suas conexões estão sintonizadas.Na prática, no entanto, a presença de resistências ativas em reatores e bancos de capacitores e ajuste impreciso das conexões do filtro levam a uma filtragem incompleta de harmônicos.Um filtro paralelo é uma série de seções, cada uma sintonizada para ressonar para uma frequência harmônica específica.

O número de links no filtro pode ser arbitrário. Na prática, geralmente são usados ​​filtros compostos por duas ou quatro seções sintonizadas nas frequências do 5º, 7º, 11º, 13º, 23º e 25º harmônicos. Filtros transversais são conectados tanto nos locais onde os harmônicos mais altos aparecem quanto nos pontos onde eles são amplificados. O filtro crossover é tanto uma fonte de potência reativa quanto um meio de compensar cargas reativas.

Os parâmetros do filtro são escolhidos de forma que as conexões sejam sintonizadas em ressonância com as frequências dos harmônicos filtrados, e sua capacitância permite gerar a potência reativa necessária na frequência industrial. Em alguns casos, um banco de capacitores é conectado em paralelo com o filtro para compensar a potência reativa. Esse dispositivo é chamado de filtro de compensação (PKU)... Os dispositivos de compensação de filtro executam a função de filtrar harmônicos e a função de compensação de potência reativa.

Atualmente, além dos filtros passivos de banda estreita, eles também usam filtros ativos (AF)... Um filtro ativo é um conversor AC-DC com armazenamento capacitivo ou indutivo de energia elétrica no lado DC, que forma um determinado valor de tensão ou corrente através da modulação de pulso. Inclui interruptores de energia integrados conectados de acordo com esquemas padrão.A conexão AF à rede como fonte de tensão é mostrada na fig. 1, b, como uma fonte atual — no figo. 1, c.

A redução do desequilíbrio sistemático nas redes de baixa tensão é realizada pela distribuição racional das cargas monofásicas entre as fases, de forma que as resistências dessas cargas sejam aproximadamente iguais entre si. Se o desequilíbrio de tensão não puder ser reduzido usando soluções de circuito, dispositivos especiais são usados: comutação assimétrica de bancos de capacitores (Fig. 2) ou circuitos de balanceamento (Fig. 3) de cargas monofásicas.

Arroz. 2. Dispositivo de balanceamento do banco de capacitores

Arroz. 3. Circuito balun especial

Se a assimetria mudar de acordo com a lei da probabilidade, então dispositivos de balanceamento automático são usados ​​​​para reduzir, o diagrama de um dos quais é mostrado na fig. 4. Dispositivos simétricos ajustáveis ​​são caros e complexos e sua aplicação levanta novos problemas (em particular tensão não senoidal). Portanto, não há experiência positiva com o uso de baluns na Rússia.

Arroz. 4. Circuito balun típico

Para proteção contra surtos, pára-raios... Contra quedas de tensão de curto prazo e quedas de tensão, podem ser usados ​​compensadores dinâmicos de distorção de tensão (DKIN), que resolvem muitos problemas de qualidade de energia, incluindo quedas (incluindo impulso) e surtos na tensão de alimentação.

As principais vantagens do DKIN:

• sem baterias e todos os problemas associados a elas,

• tempo de resposta para interrupções curtas de energia 2 ms,

• a eficiência do dispositivo DKIN é superior a 99% a 50% de carga e superior a 98,8% a 100% de carga,

• baixo consumo de energia e baixos custos operacionais,

• compensação de componentes harmônicos, jitter,

• tensão de saída senoidal,

• proteção contra todos os tipos de curtos-circuitos,

• alta fiabilidade.

A redução do nível de impacto negativo na rede de receptores de energia de cargas específicas (choque, com características volt-ampere não lineares, assimétricas) é alcançada por sua normalização e divisão da fonte de alimentação em cargas específicas e "silenciosas".

Além da alocação de uma entrada separada para cargas específicas, outras soluções são possíveis para a construção racional de esquemas de alimentação:

• esquema de quatro seções da subestação abaixadora principal a uma tensão de 6-10 kV com transformadores com enrolamentos secundários divididos e com reatores duplos para alimentação separada de carga «silenciosa» e específica,

• transferência de transformadores da subestação abaixadora principal (GPP) para operação paralela ligando uma chave seccional de 6-10 kV quando correntes de curto-circuito são permitidas. Esta medida também pode ser aplicada temporariamente, por exemplo durante os períodos de arranque de grandes motores,

• implementando uma carga de iluminação nas redes de energia da loja separadamente da fonte de alimentação alternada abrupta (por exemplo, de dispositivos de soldagem).