Мета заняття: Навчитися визначати допустиму втрату напруги в електричних мережах напругою 0,38 та 10 кВ.
І ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ
Найефективніше споживачі електричної енергії працюють при номінальній напрузі. Проте забезпечити споживачів номінальною напругою практично не можливо. Всякий провідник має певний опір, тому проходження електричного струму в електричній мережі пов’язане із втратами напруги. Ці втрати не залишаються сталими, так як навантаження мережі змінюється на протязі доби, сезону, року і т.д.
Внаслідок зміни навантаження змінюється і втрата напруги в мережі, і як наслідок, змінюється напруга на затискачах у споживачів. Ці зміни можуть бути швидкими і короткочасними (наприклад під час пуску асинхронного двигуна із короткозамкненим ротором) або повільними і тривалими (при поступовій зміні навантаження на протязі доби або року).
Короткочасні і швидкі зміни напруги називають коливанням напруги. Поступову зміну напруги називають відхиленням напруги.
Відхилення напруги – це алгебрагічна різниця між напругою в даній точці і номінальною напругою мережі. Відхилення напруги виражають у вольтах або у відсотках від номінальної напруги мережі [2гл 1.2; 3с.131-144; 4с.134-148; 5с.80-92; 6с.78-80; 7с.162-167; 8с.65-70; 9с.280; 10с.66-74].
Електричні мережі необхідно проектувати таким чином, щоб найбільші відхилення напруги не перевищували допустимі значення і були якомога ближчими до них, щоб забезпечити нормальну роботу електроприймачів та запобігти зайвих витрат металу проводів.
Розрахунок електричних мереж виконують для двох випадків: для навантаження 100 і 25 % максимуму.
При 100% навантаженні втрата напруги в мережі буде максимальною і напруга у найбільш віддалених споживачів буде найнижчою. Відповідно, лінію розраховують таким чином, щоб відхилення напруги у споживача не перевищували – 5%, тобто
. (8.1)
При навантаженні 25 % від максимуму втрата напруги в мережі в 4 рази менша, тому напруга в мережі, а особливо у споживачів, що розташовані поблизу підстанції може значно перевищувати номінальну. В цьому випадку необхідно, щоб відхилення напруги не перевищували +5%, тобто
. (8.2)
До складу електричної мережі входять генератори, трансформатори, проводи ліній електропередачі та ін., які впливають на відхилення напруги у споживачів. Для визначення допустимої втрати напруги в мережі необхідно враховувати вплив вказаних елементів.
Трансформатори. Для трансформаторів, що використовуються в сільських електричних мережах, при максимальному завантаженні (100%) втрату напруги приймають в середньому наступною:
(8.3)
Відповідно при завантаженні трансформатора близько 25% втрату напруги приймають наступною:
(8.4)
Для компенсації втрати напруги в обмотках трансформаторів, їх виготовляють таким чином (вибір певної кількості витків обмотки), що в них забезпечується постійна надбавка, яка дорівнює +5% (+10% – для трансформаторів 35/10 кВ із регулюванням напруги під навантаженням).
Якщо до первинної обмотки трансформатора підвести номінальну напругу, то при холостому ході напруга на вторинній обмотці становитиме 105% (110%) номінальної напруги мережі.
Крім того, в трансформаторах передбачено змінну (регульовану) надбавку. Їх виготовляють з перемикачем відгалужень обмоток без збудження (ПБЗ) (при відключенні трансформатора від мережі) і з регулятором відгалужень обмотки під навантаженням (РПН) (без відключення його від мережі).
Трифазні знижувальні трансформатори із ПБЗ на напругу до 35 кВ включно мають п’ять відгалужень (–5; –2,5; 0; +2,5; та + 5%). Відповідно, загальна надбавка трансформатора (сума постійної та регульованої надбавок) в трансформаторах з ПБЗ може змінюватися від 0 до +10 % (0; +2,5; +5; +7,5; + 10%).
При регулюванні напруги під навантаженням (РПН) перемикання здійснюється автоматично ступенями. Для трансформаторів 35/10 кВ потужністю 1000…6300 кВА регулювання здійснюється в діапазоні –9…+9 % (кроком 6 ´ 1,5%).
Шини підстанцій. Споживачі електричної енергії у сільській місцевості живиться від підстанцій 110/35, 35/10, 110/35/10 кВ. На шинах вторинної напруги вказаних підстанцій необхідно забезпечити зустрічне регулювання напруги в межах від 0 до + 5% номінальної напруги мережі. Тобто відхилення напруги на шинах підстанції повинні бути наступними:
(8.5)
На практиці, із різних причин, відхилення напруги на шинах підстанцій часто виходять за вказані межі. При проектуванні сільських мереж необхідно враховувати такі режими роботи підстанції.
Проводи повітряних ліній. Так як втрата напруги в лінії пропорційна навантаженню, то при мінімальній потужності, що споживається, в проводах повітряної лінії вона становить 25% від максимального значення:
(8.6)
Для визначення допустимої втрати напруги в мережі складають таблицю відхилень напруги. В таблиці розглядають два режими: режим максимального навантаження (100%) і режим мінімального навантаження (25%). У таблицю заносять всі елементи електричної мережі, від точки, для якої відомий режим напруги (генератор, шини трансформаторної підстанції) – до споживача.
Для обох режимів навантаження (100 і 25 %) спочатку записують усі відомі відхилення напруги, а потім, вибираючи певні відгалуження трансформаторів, за режимом максимального навантаження визначають допустиму втрату напруги в електричних лініях. Доцільність вибраних відгалужень перевіряють за відхиленням напруги у споживачів в режимі мінімального навантаження (порівнюючи його із допустимим).
Допустима втрата напруги в лініях 0,38 і 10 кВ визначається за відхиленням напруги у споживачів, яка повинна бути в межах ± 5 % від номінальної.
Загальна допустима втрата напруги в мережі під час 100 % навантаження 
, %, визначається за виразом:
, (8.7)
де 
– відхилення напруги біля джерела живлення при 100% навантаженні (для мережі 35/10/0,4кВ – на шинах 10 кВ підстанції 35/10кВ), %;
– допустиме відхилення напруги у споживача при 100 % навантаженні, %;
– сума постійних та змінних надбавок напруги трансформаторів, %;
– сумарні втрати напруги в лініях та в трансформаторах при 100% навантаженні, %.
Одержану загальну допустиму втрату напруги , % (8.7), необхідно розділити приблизно порівну між лініями мережі 10 і 0,38 кВ.
Відхилення напруги у найближчого до джерела живлення споживача при 25% навантаженні віддаленої ТП 10/0,4 кВ 
, %, перевіряємо за виразом:
, (8.8)
де 
– відхилення напруги біля джерела живлення при 25 % навантаженні (для мережі 35/10/0,4кВ – на шинах 10кВ підстанції 35/10кВ), %;
– сума постійних та змінних надбавок напруги трансформаторів, %;
– сумарні втрати напруги в лініях та в трансформаторах при 25% навантаженні, %.
Для розрахунку допустимої втрати напруги складається таблиця відхилень напруги [3 с.142; 4 с.146; 5 с.88; 6 с.80; 7 с.167; 8 с.70; 10 с.71].
ЛІТЕРАТУРА
2 гл 1.2; 3 с.131-144; 4 с.134-148; 5 с.80-92; 6 с.78-80; 7 с.162-167;
8 с.65-70; 9 с.280; 10 с.66-74.
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Що таке спад напруги?
2. Що таке втрата напруги?
3. Що таке коливання напруги?
4. Що таке відхилення напруги?
5. Як впливають елементи електричної мережі на відхилення напруги?
6. Як впливають відхилення напруги на роботу споживачів?
7. Як пов’язані втрата та відхилення напруги в мережі?
8. Які режими навантаження мережі і чому саме їх розглядають при визначенні допустимої втрати в мережі?
9. Які прийняті допустимі відхилення напруги в мережі для сільськогосподарських споживачів?
10. Які є методи регулювання напруги в сільських електричних мережах?
11. В чому полягає режим сталого регулювання напруги?
12. В чому полягає режим зустрічного регулювання напруги?
13. Що таке постійна та перемінна надбавка трансформатора?
14. Що таке регулювання напруги під навантаженням (РПН)?
15. Як здійснюється регулювання напруги перемикачем відгалужень обмоток без збудження (ПБЗ)?
Задача 8.1
Визначити допустиму втрату напруги в електричній мережі 10/0,4 кВ, наведеній на рисунку 8.1. Живлення споживачів здійснюється від районної трансформаторної підстанції (РТП) 35/10 кВ. Прийняти, що РТП (джерело живлення) має пристрої автоматичного регулювання напруги під навантаженням (РПН). Це дає змогу підтримувати напругу на шинах 10 кВ
в межах 
, 
.
 |
Рисунок 8.1 – Розрахункова схема електричної мережі
РОЗВ’ЯЗАННЯ:
1. Для розрахунку допустимої втрати напруги в мережі 10/0,38 кВ складаємо таблицю відхилень напруги (таблиця 8.1).
2. Визначаємо елементи, що входять до складу мережі та заносимо до таблиці значення відхилень напруги на них.
Таблиця 8.1 – Таблиця відхилень напруги на елементах мережі
| Елемент мережі | Відхилення напруги, % | |||
| Найбільш віддалена ТП 10/0,4 кВ (ВТП) | Проектована ТП 10/0,4 кВ (ПТП) | |||
| 100% | 25% | 100% | 25% | |
| Відхилення напруги на шинах 10 кВ | +5 | +5 | ||
| Лінія 10 кВ | – 6 | –1,5 | –3 | – 0,75 |
| Трансформатор 10/0,4 кВ: | ||||
| – постійна надбавка | +5 | +5 | +5 | +5 |
| – змінна надбавка | +2,5 | +2,5 | ||
| – втрати | – 4 | –1 | – 4 | –1 |
| Лінія 0,38 кВ | – 7,5 | – 8 | ||
| Відхилення напруги у споживача | – 5 | 5 < +5 | – 5 | 3,25 < +5 |
3. Для віддаленої ТП 10/0,4 кВ (ВТП) приймаємо надбавку трансформатора 10/0,4 кВ +7,5% (+5 – постійна; +2,5 – перемінна надбавка).
4. Визначаємо сумарну допустиму втрату напруги в мережі
10/0,38 кВ до точки Б:
5. Загальну втрату напруги , %, розподіляємо приблизно порівну між мережами (лініями) 10 та 0,38 кВ:
6. Перевіряємо відхилення напруги у найближчого споживача віддаленої ТП (ВТП) при 25% навантаженні (точка А). Приймаємо, що втрата напруги в мережі 0,38 кВ до точки А дорівнює нулю – 
(споживач розташований безпосередньо біля шин 0,4 кВ ТП), тоді:
Умова виконується.
За допустимою втратою напруги в мережі (лінії 10) кВ, яка дорівнює –6 % (таблиця 8.1), перевіряються вибрані перерізи проводів лінії 10 кВ.
Фактична втрата напруги до будь-якої точки мережі 10 кВ не повинна перевищувати допустиму: 
.
Після вибору перерізу проводів ПЛ-10 кВ визначається фактична втрата напруги в лінії 10 кВ до проектованої ТП 10/0,4кВ (ПТП).
7. Припустимо, що фактична втрата напруги в лінії 10 кВ до ПТП (рисунок 8.1) складає 
. Значення фактичної втрати напруги до ПТП підставляємо в таблицю 8.1.
8. Для проектованої ТП 10/0,4 кВ (ПТП) приймаємо надбавку трансформатора +5 % (+5 – постійна; 0 – змінна надбавка).
9. Допустима втрата напруги в мережі 0,38 кВ до точки Г складе:
.
10. Перевіряємо відхилення напруги у найближчого споживача проектованої ТП (ПТП) при 25% навантаженні (точка В):
Умова виконується.
За допустимою втратою напруги в лінії 0,38 кВ для ПТП, яка дорівнює –8% (таблиця 8.1), перевіряються вибранні перерізи проводів ПЛ-0,38 кВ. Фактична втрата напруги в лінії 0,38 кВ, визначена шляхом розрахунків, не повинна перевищувати допустиму: 
.
Задача 8.2 (самостійно)
Визначити допустиму втрату напруги в мережі, наведеній на рисунку 8.2. Вважати, що РТП 35/10 кВ (джерело живлення) має пристрої автоматичного регулювання напруги під навантаженням (РПН). Це дає змогу підтримувати відхилення напруги на шинах 10 кВ в межах від 
до 
. Дані для розрахунку за варіантами наведені в таблиці 8.2.
 |
Рисунок 8.2 – Розрахункова схема електричної мережі
Таблиця 8.2 – Вихідні дані для розрахунків
| Варіант | Відхилення напруги на шинах 10 кВ РТП, % | Фактична втрата напруги в лінії 10 кВ до ПТП при 100% навантаженні, % | |
| 100% навантаження | 25% навантаження | ||
|
| 
| |
| + 2,5 | – 1,0 | ||
| + 3,0 | – 1,0 | – 2,0 | |
| + 5,0 | – 2,0 | – 4,0 | |
| + 4,5 | – 1,5 | – 3,0 | |
| + 3,5 | – 1,0 | – 1,2 | |
| + 4,0 | – 3,6 | ||
| + 3,0 | + 1,0 | – 1,0 | |
| + 4,5 | – 2,0 | ||
| + 2,0 | – 2,0 | – 1,2 | |
| + 3,0 | – 1,5 | – 2,4 | |
| + 5,0 | – 4,0 | ||
| + 4,0 | – 1,0 | – 4,4 | |
| + 3,5 | + 1,0 | – 1,6 | |
| + 5,0 | – 1,5 | – 3,0 | |
| + 4,5 | – 2,5 | – 3,2 | |
| + 5,0 | + 1,0 | – 6,0 | |
| + 3,0 | – 1,6 | ||
| + 5,0 | – 1,0 | – 4,4 | |
| + 5,0 | + 2,0 | – 5,0 | |
| + 4,0 | – 2,0 | – 3,2 | |
| +3,5 | – 4,8 | ||
| +4,5 | – 1,0 | – 2,6 |
ЗАНЯТТЯ 9.
