/
Текст
ЭЛЕКТРОМОНТЕРА
А.В. Михалков
Что НУЖНО ЗНАТЬ
О РЕГУЛИРОВАНИИ
НАПРЯЖЕНИЯ
С э
Е
3
БИБЛИОТЕКА ЭЛЕКТРОМОНТЕРА
Выпуск 28
А. В. МИХАЛКОВ
Что НУЖНО ЗНАТЬ
О РЕГУЛИРОВАНИИ
НАПРЯЖЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МОСКВА I960 ЛЕНИНГРАД
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
Васильев А. А., Долгов А. Н., Еж ков В. В.,
Смирнов А. Д., Устинов П. И.
ээ-з-з
В брошюре освещены вопросы выбора средств н способов регу-
лирования напряжения в электрических заводских сетях напряже-
нием до 10 000 в.
Кратко рассмотрены вопросы использования синхронных машин
в качестве компенсаторов, а также применение конденсаторов, регу-
лируемых и вольтодобавочных трансформаторов для целей регули-
рования напряжения у потребителей. Рассмотрена общая задача
регулирования напряжения в зависимости от характера нагрузки,
параметров сети и требований потребителя к качеству электро-
энергии.
На примерах рассмотрен вопрос выбора ответвлений трансфор-
матора н оценка вспомогательных средств регулирования напря-
жения.
Брошюра рассчитана на широкий круг читателей, мастеров и
квалифицированных электромонтеров, занятых эксплуатацией элек-
трических сетей промышленных предприятий.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Что следует знать о напряжении, параметрах сети н потреби-
теле ....................................................... 3
2. Что такое потеря напряжения и почему напряжение у потреби-
теля может стать недопустимым по величине.................. 10
3. Как подойти к вопросу регулирования напряжения на предприя-
тии ....................................................... 14
4. Регулирование напряжения н средства его осуществления . , 20
5. Выбор наиболее выгодного коэффициента трансформации ... 22
6. Как синхронные электродвигатели и конденсаторы воздейст-
вуют на напряжение......................................... 28
7. Регулирование напряжения конденсаторами, включенными в ли-
нию последовательно ....................................... 31
8. Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой 34
9. Вольтодобавочные устройства............................. 37
Литература ................................................ 44
Приложения................................................. 45
Михалков Александр Владимирович
ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ О РЕГУЛИРОВАНИИ НАПРЯЖЕНИЯ
Редактор К. М. Поярков
Техн редактор К. П. Воронин
Сдано в набор 22/VII 1960 г. Подписано к печати 10/IX 1960 г. Т-11659.
Бумага 84ХЮ8*/а2 2,5 печ. л. Уч.-изд. л. 3,1
Тираж 27 000 экз. Цена 1 р. 10 к., с 1/1 1961 г. цена 11 коп. Зак. 2381
Типография Госэнергоиздата, Шлюзовая наб., д. 10
I, Г.
1. ЧТО СЛЕДУЕТ ЗНАТЬ О НАПРЯЖЕНИИ,
ПАРАМЕТРАХ СЕТИ И ПОТРЕБИТЕЛЕ
Номинальным напряжением приемников электри-
ческой энергии (электродвигателей, ламп, генераторов и
трансформаторов) называется то напряжение, при котором
они предназначены для нормальной работы.
Каждая электрическая сеть характеризуется номиналь-
ным напряжением приемников электрической энергии, ко-
торые от нее питаются. Отличие действительного напряже-
ния сети от номинального напряжения является основным
показателем качества электрической энергии.
Напряжение у потребителя, будь то электродвигатель,
лампа накаливания или трансформатор, питающий завод-
ской цех, никогда не остается постоянным в течение суток.
В процессе нормальной эксплуатации электрической сети
наблюдаются плавные закономерные отклонения напряже-
ния от среднего уровня или резкие кратковременные коле-
бания напряжения при внезапном изменении режимов ра-
боты сети.
Поддержать напряжение у потребителя неизменным и
равным номинальному практически невозможно. Исходя из
характеристик отдельных потребителей, нормы устанавли-
вают пределы допустимых отклонений напряжения, кото-
рые удобно выражать в процентах от номинального
(6^%)> пользуясь формулой
±8^о/о=-%^1ОО[«/о]. (1)
н
Очевидно, что отклонение напряжения положительно,
когда напряжение у потребителя (Un) выше номинального
(t/H) и отрицательно в противоположном случае.
Ответить на вопрос, какое из отклонений, положитель-
ное или отрицательное, лучше, в ряде случаев весьма
трудно.
Для этого каждый приемник рассматривают с точки
зрения его назначения, места установки и режима работы,
так как совсем не безразлично, применена ли лампа на-
3
каливания в светильнике наружного уличного освещения
или над рабочим местом в цехе Во всех этих случаях сле-
дует руководствоваться нормами предельно допустимых
отклонений напряжения у потребителей, установленными
Правилами устройства электроустановок (ПУЭ, § 1—2—
42). ’
Из табл. 1 видно, что для одних и тех же потребителей,
как, например, ламп накаливания, в условиях жилых по-
мещений можно допустить отклонения в пределах ±5%,
так как это практически не отразится на жителях, в то
время как снижение напряжения больше, чем на 2,5%,
у ламп рабочего освещения недопустимо из-за возможного
брака.
При снижении напряжения на 5% от номинального све-
товой поток ламп накаливания снижается до 82,5%, а лю-
минесцентные лампы! перестают работать устойчиво.
При повышении напряжения, например, на 5% срок
службы лампы снижается до 350 ч вместо нормальных
1 000 ч.
Мощность нагревательных приборов, вращающий мо-
мент асинхронных электродвигателей и мощность конден-
саторов изменяются пропорционально квадрату, т. е. вто-
рой степени напряжения. Поэтому даже незначительные
изменения напряжения резко ухудшают основные характе-
ристики этого оборудования.
Параметры электрической сети включают парамет-
ры линейных элементов, т. е. активных и реактивных (ин-
Таблица 1
Предельно допустимые отклонения напряжения
у потребителей (ЭД7ДОП %)
Характеристика потребителя
Рабочее освещение промышленных предприятий и об-
щественных зданий ..............................
Прожекторное наружное освещение .........
Освещение жилых зданий, аварийное и наружное . . .
Аварийный режим осветительной установки..........
Электродвигатели (нормально).....................
. (в особых случаях)..............
Потребители сельских электрических сетей ........
Предельное
отклонение
(^доп %)
-t-5,0
—2,5
+5,0
—2,5
+5,0
— 12,0
+5,0
+ 10,0
—5,и
+7,5
—10,0
i
уктивны'х) сопротивлений проводов и кабелей и тех же
параметров трансформаторов, связывающих между собой
сети различных напряжений.
При решении вопросов, связанных с регулированием
напряжения сети, составляется расчетная схема замеще-
ния, в простейшем случае представляющая собой последо-
вательное соединение всех активных и реактивных сопро-
тивлений.
Для превращения схемы сети в схему замещения необ-
ходимо определить параметры линейных элементов, для
чего необходимо знать протяженность линий, марку и сече-
ние проводов или кабелей, а также расстояние между про-
водами.
К параметрам линейных элементов сети, оказывающим
влияние на величину напряжения у приемника, относятся
величины:
Го — активное сопротивление на 1 км линии в омах и
х’о—индуктивное (реактивное) сопротивление на 1 км
линии в омах.
Обе эти величины при технических расчетах следует
брать из таблиц [Л. 4].
Индуктивное сопротивление х0 для случая трехфазной
системы тем больше, чем больше расстояние между прово-
дами. Это объясняется тем, что результирующее магнитное
поле токов, сдвинутых по фазе, тем больше, чем дальше
друг от друга расположены провода.
Для кабельных линий или проводов, расположенных
в одной трубе, расстояния между отдельными жилами не-
значительно и поэтому х0 близко к 0,08 ом!км. В линиях
постоянного тока индуктивное сопротивление отсутствует,
так как там нет переменного магнитного поля. Для завод-
ских сетей, проложенных на изоляторах ил.и роликах, при
расстояниях между проводами 50—150 мм индуктивное
сопротивление составляет примерно 0,3 ом]км, а для воз-
душных сетей близко к 0,4 ом/км.
Сопротивления линии могут быть легко получены по
формулам:
R=rol [о«]. Х=хв1 [ом].
где I — протяженность линии, км.
В заводских сетях схема замещения силового транс-
форматора, связывающего сеть высшего и низшего на-
ир {женин, принимается состоящей только из последова-
тельно соединенных активного (/?т) и реактивного (Хт) со-
противлений.
Для определения этих параметров необходимо вос-
пользоваться следующими данными заводского паспорта
трансформатора [Л.4]:
а) номинальная мощность трансформатора (SJ, кеа;
б) номинальное линейное напряжение обмотки низшего
или высшего напряжения (f7H), кв;
в) потери в обмотках или потери короткого замыка-
ния (ДРкз), кет;
г) напряжение короткого замыкания (^//о).
Для расчета используются формулы
ДРК 3 V2 10»
и
(2)
t7K<>X 10
[ом].
(3)
Потребители электрической энергии могут быть
разделены на две группы.
К первой из них следует отнести приемники, в которых
электрическая энергия целиком переходит в тепло, напри-
мер лампы накаливания, дуговые печи, нагревательные
приборы обычного типа.
Ко второй группе относятся потребители, действие ко-
торых невозможно без наличия переменного магнитного
поля. К ним относятся все электродвигатели переменного
тока, индукционные печи, трансформаторы и т. д. В этих
приемниках энергия в течение четверти периода накапли-
вается в магнитном поле, в течение следующей четверти
уходит из магнитного поля обратно к источнику. Эти че-
редующиеся перемещения энергии в линии вызывают про-
текание по линии дополнительного тока, называемого на-
магничивающим или реактивным (7р). Ток этот отстает
по времени от напряжения на четверть периода (0,005 сек).
Для пояснения процессов, происходящих в цепях пере-
менного тока, принято пользоваться тригонометрическими
соотношениями между сторонами прямоугольного тре-
угольника ОАВ рис. 1. При этом ток (/) рассматривается
как вектор, совпадающий с гипотенузой треугольника, а ка-
6
теты рассматривают как составляющие тока, активную
(/а) и реактивную (/ р).
Амперметр, включенный в рассечку линии, показывает
величину тока (/), протекающего по цепи, из которого
только часть (/а) обеспечивает развитие активной мощ-
ности. Реактивная слагающая тока (/р) есть следствие
Рис. 1. Разложение тока и мощности
иа составляющие.
процесса перетока энергии магнитного поля и бесполезно
загружает сеть, создавая в ней потери энергии.
Чтобы судить об экономичности использования сети и
оборудования по величине тока и напряжения при нали-
чии реактивной составляющей тока, используется так на-
зываемый «коэффициент мощности», который из векторной
диаграммы (рис. 1) определяется как
р fa
COS <Р == у ИЛИ COS <Р — — .
Подобные соотношения справедливы и для мощности
одной фазы трехфазной системы.
Активная слагающая тока /a = /cos<p входит в выра-
жение активной мощности, определяя ее при заданном
напряжении (U):
Р —Ul а=(7/ cos<p. (4)
Реактивная слагающая тока /p=/sin<? входит в вы-
ражение реактивной мощности, определяя ее при задан-
ном напряжении (U):
Q~UIp~UI (5)
Из треугольника ОАВ
/ = ; (6)
S = p^P24-Q2. (7)
7
Коэффициент мощности, или «косинус фи», для освети-
тельной или, как говорят, чисто активной нагрузки равен
единице. Для смешанной нагрузки он меньше единицы.
При выборе способа и средства регулирования напря-
жения в первую очередь необходимо установить активную
и реактивную составляющие тока и мощности в линии
При симметричной нагрузке во всех трех фазах это можн
сделать с помощью приборов: амперметра (включенного
Рис. 2. Схема соединения приборов при определении
активной и реактивной мощностей потребителя.
в случае необходимости в цепь через трансформатор тока),
вольтметра и двух однофазных ваттметров. С достаточной
степенью точности можно для определения активной мощ-
ности ваттметры заменить двумя счетчиками активной
энергии При этом измеренную ими энергию следует.раз
делить на время опыта, определяя этим среднюю мощность
за этот же период. При равномерной нагрузке фаз раз-
ность показаний ваттметров, умноженная на I 3, пред-
ставляет собой реактивную мощность трехфазной системы.
Для опытного определения составляющих мощности мо
жет быть рекомендована схема рис. 2.
Активная мощность (Р) трехфазной цепи определится
как алгебраическая сумма показаний двух однофазных
ваттметров:
Р = Р -ф- Р" = [РЗ UI cos <?.
Может оказаться, что подвижная часть одного из ватт-
метров повернется в обратную сторону; так как влево от
нуля нет делений шкалы, необходимо переменить местами
8
провода у выводов любой из обмоток прибора, а для по-
лучения мощности в трехфазной цепи следует из показаний
одного ваттметра вычесть показания другого:
Р = Р' Р".
После определения полной и активной мощности со-
ставляющие нагрузки, например для тока, определяются
из соотношений
Р , S
. = г- ; ’ — -?=—; cos ф=
а Узи Узи
Р . j ___S-sln <р__Ptg<r
5 р /3(7 ~ /317
Для выбора и расчета средств регулирования напряже-
ния необходимо знать не только нагрузку в данное время,
но и пределы возможных ее изменений от максимума до
минимума в течение суток, т. е. суточный график на-
Рис. 3. Характерный суточный график актив-
ной мощности предприятия машиностроитель-
ной промышленности.
грузки (рис. 3). Таких графиков необходимо иметь не-
сколько, для наиболее характерных месяцев (январь,
июнь) и наиболее характерных дней ©тих месяцев.
График электрической нагрузки позволяет наиболее
правильно подойти к вопросу регулирования напряжения.
Если такого графика нет, что следует его получить, запи-
сывая круглосуточно через каждые 15—20 мин в специаль-
2 А. В. Михалков. 9
но заготовленную таблицу одновременные показания
вольтметра, амперметра и счетчиков активной и реактив-
ной энергии, включенных в рассечку линии.
2. ЧТО ТАКОЕ ПОТЕРЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ПОЧЕМУ
НАПРЯЖЕНИЕ У ПОТРЕБИТЕЛЯ МОЖЕТ СТАТЬ
НЕДОПУСТИМЫМ ПО ВЕЛИЧИНЕ
Для уяснения вопроса, что такое потеря напряжения,
рассмотрим векторную диаграмму трехфазной линии пе-
ременного тока (рис. 4) с одной нагрузкой в конце ли-
н ш (7).
Предположим, что вектор тока разложен на состав-
ляющие (/а и 7р). На рис. 5 в масштабе построены век-
li [км]
Щв]
K = rol [ом]
X = хп1[ом1
Рис. 4. Схема с одной нагрузкой на конце.
торы фазного напряжения в конце линии U2ф и тока (/),
отстающего от него по фазе на угол <р2. Для получения
вектора напряжения в начале линии С7,ф следует у конца
вектора Т/2ф построить в масштабе напряжения треуголь-
н IK падений напряжения в линии (abc). Для этого
вжтор ab, равный произведению тока на активное со-
противление линии (//?), отложен параллельно току, а
вектор Ьс, равный произведению тока на реактивное со-
противление линии (IX), —перпендикулярно вектору тока.
При этих условиях прямая, соединяющая точки о и с,
соответствует величине и положению в пространстве век-
тора напряжения в начале линии (Цф) относительно век-
тора напряжения в конце линии (и2ф). Соединив концы век-
торов [ и Т/ф2, получим вектор падения напряжения
на полном сопротивлении линии ac—IZ.
Условились называть потерей напряжения ал-
гебраическую разность фазных напряжений в начале и
10
конце линии, т. е. отрезок ад или почти равный ему отре-
зок ас'.
Векторная диаграмма и выведенные из нее со-
отношения показывают, что потеря напряжения зависит
от параметров сети, а также от активной и реактивной со-
ставляющих тока или мощности нагрузки.
Рис. 5. Векторная диаграмма напряжений для линии
с одной нагрузкой.
При расчете величины потери напряжения в сети актив-
ное сопротивление необходимо учитывать всегда [Л. 3],
а индуктивным сопротивлением можно пренебречь в осве-
тительных сетях и в сетях, выполненных сечениями прово-
дов до 6 лои2 и кабелей до 35 лш2.
Потерю напряжения для трехфазной системы принято
обозначать для линейных величин символом At/ и опреде-
лять по формуле
At/ = p/3t(r0cos<p-]-x0sin<f]/ [в], (8)
где / — протяженность соответствующего участка се-
ти, км.
Если заменить ток мощностью, то формула примет
вид:
A U = +-Q-*011 [в], (9)
где Р — активная мощность, кет;
Q — реактивная мощность, квар;
I — протяженность участка, км;
Un — номинальное напряжение сети, кв.
2’
11
Пример 1. На территории завода проложена трехфазная воздуш-
ная линия к насосной станции проводом марки Л 16. Протяженность
линии 300 м. Расстояние между проводами отдельных фаз 600 мм.
На насосной установлено два электродвигателя общей мощностью
Р = 20 кет с коэффициентом мощности 0,8. Напряжение между фазами
500 в. Определить потерю напряжения в линии.
Решение. Для расчета воспользуемся формулой (9). По табли-
цам [Л. 4] определяем значение г0=1,96 о м/км и хо=О,358 ом/км. Опре-
делим реактивную составляющую мощности Q:
Р 20
S =------=7,-5 = 25 кеа.
cosy 0,8
По заданному cos у = 0,8 определим sin у = 0,6. Следовательно,
Q = S sin у = 25-0,6 = 15 квар.
Отсюда.
(20-1,96 + 15-0,358)-0,3 __ 11,72 + 1,62
ДС7— 0>5 0>5 —26,68 б
или
26,68-100
Д(7°/о = FTjrj = 5,35%.
Как мы уже видели, для каждого приемника электро-
энергии допускаются определенные отклонения напряже-
ния (табл. 1). Например, асинхронные электродвигатели
в нормальных условиях допускают отклонение напряже-
ния 6t/±5°/0. Это значит, что если номинальное напря-
жение данного электродвигателя составляет 380 в, то
напряжение t/^on= 1 >05С/н = 380 X 1,05 = 399 в и t/"on =
= 0,95(7н = 380-0,95 = 361 в следует считать его предельно
допустимыми значениями, которые в дальнейшем будем
называть желаемыми. Естественно, что все промежуточ-
ные напряжения, заключенные между значениями 361 в и
399 в, также будут удовлетворять потребителя и соста-
вят некоторую зону, которую назовем зоной желае-
мых напряжений.
Так как при работе предприятия имеет место по-
стоянное изменение нагрузки, под которой будем пони-
мать мощность или ток, протекающий по проводам в
данное время суток, то в сети будут иметь место и раз-
личные потери напряжения, изменяющиеся от максималь-
ных значений, соответствующих режиму максимальной
нагрузки Д£/макс, до минимальных ДС7МИН, соответствую-
щих минимальной нагрузке потребителя. Для подсчета
величины этих потерь напряжения следует восполь-
12
зоваться формулой (9), подставив в нее соответствующее
режиму значение активной и реактивной мощности, т. е.
*п _______ 1Рмаксг° + Фмакс*»!1 г i. ktj у_______ А£7макс'100
Л макс (7н Д макс {7н
Д7 7 __1Рминго + Z г , д£у о/ ______Д{7мин'100
Л(7мин Щ П1Умин /О— UH
Из векторной диаграммы напряжений (рис. 4) следует,
что действительное напряжение у приемника 1/2ф можно
получить, если из напряжения в начале линии 1/)ф вы-
честь величину Д£/ф или, переходя к линейным, т. ее.
междуфазовым напряжениям, получим U2 — Ul — LU.
Пример 2. Потребитель, состоящий из асинхронных электродви-
гателей, подключей к шинам трансформаторного пункта завода, на
которых поддерживается постоянное в течение суток напряжение
1/1 = 400 в.
Максимальная нагрузка потребителя отмечена в 11 ч утра, при
этом потеря напряжения Д17макс = 57 в, или Д7/макс% = 15°/в. Мини-
мальная нагрузка потребителя соответствует обеденному перерыву, при
этом Д£7МИН = 15,2 в, или Д(7МНН % = 4»/с.
Определить действительное напряжение у потребителя в режимах
минимальной и максимальной нагрузок и проверить, лежит ли оно в
зоне желаемых напряжений.
Решение. Определяем действительные значения напряжений
^макс = - ДС/макс = 400 - 57 -= 343 а;
^мии = - Д^мии = 400 - 15.2 = 384,8 в.
Желаемые напряжения для асинхронных электродвигателей
g с UK =380 в должны удовлетворять условию: 399 5= H2jKeJ[^>361
(где >—условный знак, соответствующий определению «больше или
равно»).
Подставив в неравенство вычисленные значения напряжений, убеж-
даемся, что для режима максимальных нагрузок соотношение
399>343>361 не удовлетворяется, а для минимальных нагрузок
399>384,8>361 удовлетворяется.
Вывод. В режиме максимальных нагрузок потеря напряжения
настолько велика, что напряжение у потребителя выходит за пределы
зоны желаемых напряжений (снижается) и не удовлетворяет потреби-
теля..
Пример 2 можно проиллюстрировать графически потенциальной
диаграммой рис. 6. При отсутствии тока напряжение у потребителя
будет численно равно напряжению на питающих шинах.
Так как потеря напряжения пропорциональна длине питающей ли-
нии, то напряжение при наличии нагрузки изменяется вдоль линии по
наклонной прямой от величины U t = 400 е до величины П2макс = И1 —
— ДПмакс= 343 е и величины С/?иин = Ui—^UnKa= 384,8 в. Как видно
13
из диаграммы, напряжение в режиме максимальной нагрузки вышло
из зоны желаемых напряжений (точка Б графика).
Первой и наиболее вероятной причиной снижения напряже-
ния у потребителей является чрезмерная потеря напряжения в
сети. Второй причиной может явиться недопустимый уровень на-
пряжения на шинах, питающей подстанции (центра питания).
и,
О--
I [км]
г-0 [ом/км]; хо [ом/км]
иг
----- а)Р=О',Ол=О
б) (малс ')О-макс
б) Риик’О-мик
Рис. 6. Потенциальная диаграмма для линии с одной
нагрузкой (пример 2).
Может оказаться, что при изменениях режима нагрузки от днев-
ного максимума до ночного минимума напряжение на шинах питаю-
щего центра претерпевает изменение в таких широких пределах, что
никакими снижениями величины потерь напряжения в сети, питающейся
от этих шин, не удается сохранить напряжение у потребителя в допу-
стимых пределах.
В обоих этих случаях следует прибегнуть к регулированию напря-
жения.
3. КАК ПОДОЙТИ К ВОПРОСУ РЕГУЛИРОВАНИЯ
НАПРЯЖЕНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИИ
Для успешного решения задачи регулирования напря-
жения на предприятии необходимо установить: полные
данные о питающей сети и о потребителе (нагрузке), фак-
14
тическое значение величины напряжения в заданной точке
и на шинах питающей подстанции или трансформаторного
пункта и его изменение в течение суток.
Электроснабжение промышленных предприятий осуще-
ствляется от энергетической системы, как правило, по рас-
пределительной воздушной или кабельной сети напряже-
ниями 35, 10 или 6 кв. Нормированных значений величин
потерь ^напряжения для сетей не существует Однако на
основе опыта проектирования и эксплуатации электриче-
ских сетей можно указать на следующие величины допу-
стимых потерь напряжения, при которых сеть может счи-
таться правильно спроектированной:
Допустимые потери напряжения
Воздушная сеть высокого напряжения:
а) нормальный режим......................... 8%
б) аварийный режим........................12°/0
Кабельная сеть высокого напряжения:
а) нормальный режим....................... 6»/о
б) аварийный режим.........................10%,
Воздушная сеть низкого напряжения:
а) от шин трансформатора до потребителя . . 6>/>
б) от трансформатора до ввода в дом .... 4»/0
в) от ввода до потребителя................ 2°/0
• Если потребитель ощущает недостаточную величину
напряжения круглосуточно, т. е. независимо от изменения
нагрузки, следует, используя данные допустимых потерь
напряжения, проверить правильность выбора сечения про-
водов сети. При этом сети высшего и низшего напряжения
рассматриваются как два независимых звена и проверяют-
ся отдельно.
Известно, что каждое изменение нагрузки в сети низше-
го напряжения вызывает изменение тока в сети высшего
напряжения, поэтому, ставя перед собой задачу регулиро-
вания напряжения в низковольтной сети (например, 380 в),
не следует забывать, что результаты регулирования на-
пряжения будут зависеть также от параметров сети более
высоких напряжений (10—35 кв).
После поверочного расчета сети необходимо составить
полную схему ее замещения, включив в нее трансформатор
и рассматривая всю сеть как цепочку последовательно со-
единенных сопротивлений.
При этом действительную величину сопротивлений про-
15
воДов следует предварительно пересчитать к одному на-
пряжению, принятому за «базисное» по формулам
(Ю)
(И)
где R'; Хг—приведенная величина активного и реактив-
ного сопротивлений, a U' — базисное напря-
жение, обычно высшее.
После такого преобразования сеть, имеющую одну сту-
пень трансформации, можно рассматривать как сеть одно-
го «базисного» напряжения (рис. 7).
В случае необходимости получения действительных на-
пряжений на стороне низшего напряжения из расчетных
Рис. 7. Схема замещения для трансформатора и участ-
ков сети двух различных напряжений.
значений следует произвести обратное преобразование, де-
ля приведенное напряжение на коэффициент трансфор-
мации.
Возможности регулирования напряжения у потребителя
воздействием на параметры сети весьма ограниченны.
К ним следует отнести следующие:
а) Отключение одного из параллельно работающих
трансформаторов в режиме минимальной нагрузки. При
этом за счет увеличения сопротивления звена трансформа-
тора вдвое напряжение у потребителя может быть несколь-
ко снижено. Отключение загруженных трансформаторов
приводит к изменениям параметров сети; это мероприятие
возможно только в случае наличия параллельно работаю-
16
щих трансформаторов и влечет за собой некоторое сниже-
ние требований бесперебойности, так как в случае аварии
с оставшимся трансформатором неизбежен простой пред-
приятия на время, необходимое для оперативных переклю-
чений. В сетях высокого напряжения, требующих изве-
стных мер безопасности, чрезмерное увеличение числа опе-
ративных переключений также нежелательно.
Для определения нагрузки, при которой бывает целе-
сообразно отключение одного из параллельно работающих
трансформаторов с точки зрения затрат энергии на поте-
ри в обмотках трансформатора и в стали, можно восполь-
зоваться выражением
s=s./(12)
где п — число параллельно работающих транс-
форматоров;
ДДХХ = ДРСГ— потери мощности в стали, квт\
Д<2И —потери реактивной мощности в стали,
квар-,
ДРМ н = ДРк з — потери в меди при режиме короткого
замыкания, кет-,
&QT— потери реактивной мощности в обмотке
трансформатора, квар-,
k3 — экономический эквивалент реактивной
мощности, показывающий вели шну сни-
жения потерь активной мощности (от
источника до точки присоединения
трансформатора), приходящейся на 1 квар
уменьшения реактивной мощности. Для
сетей 380/220 в k3 = 0,1 — 0,15 квт]квар.
На практике при пользовании формулой (12) следует
отключать один из трансформаторов, если фактически по-
требляемая им мощность равна расчетной или меньше ее.
Это обстоятельство следует учитывать при регулировании
напряжения изменением -параметров сети.
б) Отключение параллельных незагруженных линий.
Этот способ применяется крайне редко, так как ставит под
угрозу бесперебойность электроснабжения. Иногда воз-
можно произвести такое переключение в сети, чтобы ис-
кусственно создать обходные цепи так, чтобы потребители,
расположенные ближе к центру питания, были искусствен-
удалены и наоборот,
17
но электрически
а.
в) Продольная компенсация. Известным способом воз-
действия на параметры сети является метод «продольной
компенсации» реактивного сопротивления включением по-
следовательно в сеть конденсаторов. Более тодробно этот
способ рассмотрен ниже.
Наличие данных о потребителе является
обязательным условием успешного решения задачи регу-
лирования напряжения. Судить о потребителе сети можно
по суточному графику изменения активной и реактивной
составляющих тока сети или мощности. Из графика должны
быть выявлены значения максимального и минимального
активного и соответствующего им по времени реактивного
тока. График может считаться полноценным, если установ-
лено, что он является характерным для данного предприя-
тия, цеха или отдельного приемника.
Из графика должны быть удалены все случайные
«скачки» длительностью меньше 15 мин, так как их учет
может осложнить задачу расчета.
Верным признаком того, что причиной недопустимых
уровней напряжения у отдельных потребителей является
нагрузка, служит отмеченное повышение напряжения в пе-
риод минимальной нагрузки (например, ночью) или сни-
жение напряжения при максимальной нагрузке, когда по-
тери в сети велики.
Уместно подчеркнуть, что большое значение в вопросе
регулирования. напряжения могут иметь организационные
мероприятия. Мы уже говорили, что уровень напряжения
в сети зависит не только от данного предприятия и графи-
ка его нагрузки, но и от работы соседних предприятий.
Вопрос регулирования напряжения должен решаться ком-
плексно, Во всех случаях для уменьшения отклонения на-
пряжения целесообразно координировать нагрузку отдель-
ных предприятий или цехов одного предприятия так, чтобы
были возможно более равномерно загружены вечерние и
ночные смены.
При значительных колебаниях нагрузки в дневное и
ночное время в первую очередь следует выравнять гра-
фик суточной нагрузки. На ночную работу целесообразно
перевести часть цехов и энергоемкие потребители. В том
случае, когда от шин центральной распределительной под-
станции питается смежное предприятие, по согласованию
между директорами можно построить взаимно приемлемый
график нагрузки обоих предприятий, так что потери напря-
жения на общих для обоих предприятий участках сети уве-
18
дичатся в ночное время и соответственно снизятся днем.
После того как возможности выравнивания графика
нагрузки исчерпаны, можно по схеме замещения сети
и по данным Р ,акс и Рмин, QMaKC и QMHH подсчитать очень
важную для регулирования напряжения величину Д[7ма1с
и ДПмин. С помощью этих величин, зная „желаемое”
напряжение у потребителя (П2жел), находят необходимое
значение напряжения на шинах питающей подстанции:
^1макс Д^Атакс I 2жел.макс* ^Амнн ^2жел.мни I ^^мин’
Напряжение источника питания в большинстве случаев
является причиной недостаточного или чрезмерно большого
напряжения у потребителя.
Для обеспечения достаточно высоких уровней напряже-
ния на шинах питающих подстанций энергосистем исполь-
зуются средства централизованного регулирования напря-
жения. При этом в ряде случаев осуществляется встречное
регулирование напряжения, под которым следует понимать
такое регулирование, когда на шинах понизительных под-
станций в часы максимальной нагрузки (при возросших
потерях напряжения в распределительной сети) напряже-
ние с помощью специальных трансформаторов, имеющих
встроенную регулировку, повышается, а в часы минималь-
ной нагрузки снижается.
Согласно § 1-2-43 ПУЭ при нормальном режиме работы
энергосистемы на шинах вторичного напряжения подстан-
ций 35 кв и выше должно быть обеспечено встречное ре-
гулирование напряжения в пределах от 1,0 до 1,05 номи-
нального напряжения сети.
Поясним сущность встречного регулирования на приме-
ре. Представим себе нормально работающую энергосисте-
му с ее многочисленными потребителями и станциями.
Предположим, что рано утром не все предприятия рабо-
тают на полную мощность. Допустим, что при таком режи-
ме работы напряжение на шинах всех подстанций близко
к номинальному. В течение суток мощность потребителей
растет и, наконец, достигнет максимума; при этом за счет
увеличения потерь напряжения во всех звеньях передачи
напряжение на шинах подстанций, а значит и у потреби-
теля снижается. Согласно ПУЭ в этот период суток следует
повышать напряжение на шинах подстанций на 5 и даже
10% сверх номинального, если это не будет отрицательно
сказываться на ближайших потребителях.
2*
19
Ночью значительное число предприятий прекращает ра-
боту, нагрузки сети и потери напряжения снижаются. За
счет этого напряжение на шинах подстанций начинает воз-
растать. Согласно § 2-2-44 ПУЭ при снижении суммарной
нагрузки до 30% и ниже от максимального ее значения
напряжение на шинах подстанций должно быть снижено
до номинального. Такие операции по централизованному
изменению напряжения не могут быт ь обеспечены без по-
мощи самих потребителей. Местные средства регулирова-
ния напряжения, находящиеся в распоряжении предприя
тия, должны дополнять централизованное регулирование
напряжения.
4. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
И СРЕДСТВА ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Регулированием напряжения называется
преднамеренное воздействие на напряжение источника, па-
раметры сети или составляющие тока с целью поддержа-
ния напряжения на уровне номинального или в пределах
допустимых отклонений его от номинального.
Регулирование напряжения в промышленных электри-
ческих сетях может производиться следующими способами:
а) регулированием напряжения на шинах центра пита-
ния (изменением напряжения генераторов, изменением ко-
эффициента трансформации под нагрузкой или при отклю-
ченном трансформаторе); б) изменением параметров сети
(оперативным изменением конфигурации сети и компенса-
цией индуктивного сопротивления); в) изменением потока
реактивной мощности (генерацией реактивной мощности
вблизи потребителя с помощью конденсатора или синхрон-
ных электродвигателей; г) наложением на основное напря
жение дополнительного (вольтодобавочными трансформа-
торами или потенциал-регуляторами).
Влияние различных средств регулирования на величину
напряжения у потребителя (t/2) можно иллюстрировать
рис. 8, показывающим, на какие величины расчетной фор-
мулы могут повлиять те или иные средства. На схеме под
различными номерами указаны все возможные средства
регулирования. За основу схемы принята развернутая рас-
четная формула напряжения у потребителя, полученная из
векторной диаграммы рис 4:
U2 = U- PR + QX , (13)
20
где Ut— линейное напряжение на шинах питающей йод-
станции, соответствующее напряжению в нача-
ле схемы замещения, кв;
Р — активная составляющая потока мощности, кет;
Q - реактивная составляющая потока мощности,
квар;
R — активное суммарное сопротивление всех звеньев
схемы замещения сети, ом;
X — реактивное суммарное сопротивление всех
звеньев схемы замещения сети, ом;
UH — номинальное базисное напряжение сети.
На схеме рис. 8 показано, что величина Ui может быть
изменена в пределах ±5% регулированием напряжения
генераторов, средство 1. Изменение напряжения ЕЛ в тех
же пределах может быть достигнуто средством 2, т. е.
изменением коэффициента трансформации.
Рис. 8. Схематическое изображение воздей-
ствия средств регулирования на напряже-
ние у потребителя.
/ — регулирование напряжения генераторов; 2—из-
менение коэффициента трансформации; 3—приме-
нение вольте добавочных трансформаторов; 4— при-
менение индукционных регуляторов; 5—примене-
ние регулируемых автотрансформаторов; 6 —при-
менение синхронных двигателей; 7—использование
конденсаторов; 8 — последовательное включение
конденсаторов; 9—отключение параллельно рабо-
тающих трансформаторов
При наличии трансформаторов со встроенной регули-
ровкой напряжения под нагрузкой пределы изменения на-
пряжения могут быть увеличены! до ±10—12% от номи-
нального. Применение таких трансформаторов значительно
облегчает задачу централизованного регулирования напря-
жения.
Если указанные средства отсутствуют, то можно ввести
вольтодобавочные средства 3, 4 или 5, создающие добавоч-
ную э. д. с. в линии. Средства 6, 7 (перевозбужденные син-
хронные электродвигатели и конденсаторы,), подключаемые
21
параллельно к сети, являются генераторами реактивной
мощности. С точки зрения электромагнитного процесса сни
представляют собой своеобразные резервуары для потока
реактивной мощности, которая освобождается из магнитно-
го поля приемника и стремится к источнику, загружая сеть
реактивным током. Включенный параллельно конденсатор
заставляет поток преобразовываться в электрическое по-
ле, которое в следующую четверть периода снова преобра-
зовывается в магнитное поле приемника. Таким образом,
протяженность участка, по которому перемещается реак-
тивная мощность, будет ограничена зоной потребитель —
конденсатор, а вся оставшаяся часть сети, освобожденная
частично или полностью от реактивного тока, будет иметь
соответственно меньшую потерю напряжения.
Средство 8 компенсирует реактивное сопротивление в
сети; это средство заключается в использовании конденса-
торов, включенных последовательно в рассечку линии.
Средство 9 — отключение параллельно работающих транс-
форматоров, в равной степени воздействует на активное и
реактивное сопротивления звена трансформатора, чем мо-
жет быть снижено напряжение в режиме минимальной на-
грузки.
Основные средства регулирования и их характеристики
даны в последующих разделах.
5. ВЫБОР НАИБОЛЕЕ ВЫГОДНОГО КОЭФФИЦИЕНТА
ТРАНСФОРМАЦИИ
Современные силовые трансформаторы напряжением до
35 кв включительно и мощностью до 5 600 ква имеют на
стороне обмотки высшего напряжения регулировочные от-
ветвления, позволяющие изменением положения рукоятки
переключателя (при отключенном трансформаторе) уста-
новить три различных коэффициента трансформации.
При неизменном напряжении, подводимом к трансфор-
матору, изменение коэффициента трансформации вызывает
изменение напряжения на выводах низшего напряжения в
пределах ±5%.
У более мощных трансформаторов, от 7 500 ква и вы-
ше, имеется пять ответвлений, позволяющих изменять на-
пряжение более мелкими ступенями в пределах ±2X2,5%.
Изменение коэффициента трансформации требует пол-
ного отключения трансформатора и принятия специальных
мер безопасности, поэтому производится либо при суще-
22
ственном изменении параметров сети, либо 1—2 раза
в год — перед летним и зимним сезоном.
Наивыгоднейшим коэффициентом трансформации назо-
вем тот коэффициент, при которой трансформатор обес-
печивает наименьшие отклонения напряжения от номи-
нального напряжения у потребителя и одновременно наи-
меньшие потери энергии в распределительной сети.
Правильная его установка снижает затраты да допол-
нительные средства регулирования, .применение которых
необходимо в том случае, если регулирующие возможности
трансформатора исчерпаны, а напряжение у потребителя
все же выходит за пределы зоны желаемых напряжении
Выбор коэффициента трансформации для трансформа-
торов заводских сетей должен производиться в следующих
случаях:
а) при необходимости поддержать напряжение у потре-
бителя в заданных пределах по заранее известным или по-
лученным из расчета значениям его на стороне низшего на-
пряжения;
б) при переходе с зимнего графика работы на летний
и наоборот;
в) при определении минимальной необходимой мощно-
сти синхронного компенсатора, служащего для регулиро-
вания напряжения;
г) при расчете мощности батарей статических конден-
саторов, служащих для тех же целей.
Для расчета наивыгоднейшего коэффициента трансфор-
мации существует несколько методов. Рассмотрим наибо-
лее простые из них.
а) Расчетный метод определения коэф-
фициента' трансформации. Метод этот является
наиболее простым и рациональным для заводских сетей.
Рассмотрим его на примере сети рис. 9.
Предположим, что изображенный на схеме трансформа-
тор, связывающий сеть 10 кв с заводской сетью 0,38 кв,
имеет мощность меньше 5 600 ква и, следовательно, три
коэффициента трансформации:
£ _ 10500 — 26 25' k —10 °°°—25' k — 9 500 — 23 75
400 ZD’Z0’ к2 400 zo, r3 400
Для упрощения дальнейших рассуждений предположим
также, что потребитель допускает отклонение напряжения
в пределах ±5% от Дн=380 в.
Определив параметры линейных элементов и трансфер
Матора по приведенным выше формулам и зная активную
23
и реактивную составляющие мощности нагрузки для режи-
мов максимальной и минимальной нагрузок, можно опре-
делить фактическую потерю напряжения в сети, рассматри-
вая ее по отдельным участкам или, в данном случае, как
одно звено передачи, по которому протекает одна и та же
мощность.
,, U2 макс ..
V1 макс , г , 2 1 г -I и?жел лсакс
_________lf[nM]________ I I 1г[км] I
UH=1Oti6 И\_Х_УТ Un=3806 Fi
Uimuh ^гжел -кич
^2хан
Рис. 9. Расчетная схема сети двух различных напряжений.
Так как в рассматриваемой цепи участки разделены
трансформатором, то для правильности расчета необходи-
мо сопротивление на участке низшего напряжения (380 в)
пересчитать или привести к высшему напряжению по изве-
стным формулам. Зная напряжение в начале сети высшего
напряжения (^|Макс; Цмин) и вычитая из него потери на-
пряжения в сети для соответствующих режимов, можно
получить напряжение на выводах потребителя ^2макс и
£7 2мцн • Это напряжение приведено к высшему, принятому
за базисное, и поэтому называется приведенным.
Так как желаемые напряжения по условию заключе-
ны между значениями
= С. =361 «
И
V, = 399
а приведенное напряжение у потребителя предположим
равным
^.акс = ^1Макс ~ ^макс = П ООО - 1 650 = 9 350 в
И
= ^„н-Д^,„н =10000 — 550 = 9450 в,
то в соответствии с рекомендованной формулой [Л. 4].
2иакс + ^2мин <
2 —Й
^2ж ел.макс ^2жел.мин
2
где kx — искомый коэффициент трансформации.
24
Подставляя найденные значения, получим:
1 __ ^2макс ”Ь ^2мин _____ 9 350 Д-9 450_ 18 800 _94 8
"“^жел.макс + ^жел.мин 361 +399 760~ 4’6’
Сравнивая полученный коэффициент со стандартными
(26,25; 25; 23,75), принимаем ближайший из них за наи-
выгоднейший.
б) Графический метод. Рассмотренный ниже
графический способ выбора наивыгйднейшего коэффициен-
та трансформации основан на применении метода потен-
циальных диаграмм и позволяет производить не только вы-
бор, но и последующий анализ полученньк коэффициентов
трансформации.
Применение графического способа определения наивы-
годнейшего коэффициента трансформации поясним на при-
мере.
Пример 3. От шин распределительной подстанции напряжением
6 кв по воздушной линии протяженностью 7 км и выполненной прово-
дом марки А-25 питается ТП предприятия, на котором установлен
трансформатор типа ТМ-320/6. Максимальная нагрузка потребителя
составляет 90% паспортной мощности трансформатора, а минималь-
ная 25% от максимальной при постоянном коэффициенте мощности 0,8.
Предельно допустимое отклонение напряжения на шинах потребителя
определено в ±5% от номинального напряжения в 500 в и составляет
475 и 525 в соответственно.
Необходимо определить тот коэффициент трансформации, при ко-
тором нет необходимости в дополнительных средствах регулирования
напряжения.
Решение. По паспортным данным трансформатора и проводов
произведем расчет параметров:
^к.а^и’10’ _ 6.07-6М03
2 3202 2>14 ом,
5.5-6М0
320
6,2 ом;
Rt2 = r0l= 1,27-7 = 8,9 ом;
Х13 = Х0/ = 0,35-7 = 2,45 ом;
Лчакс = 5 cos • 0,9 = 230 кет;
Р2мин=57.5 Квт>
Q,4aKC = Ssin <р-0,9 = 320-0,6-0,9 = 173 квар;
<22мин = 43«3 кеаР-
3 А. В. Михалков.
25
Приняв за условие, что напряжение на шинах питаю-
щей подстанции постоянно для всех режимов и равно
6 300 в, производим расчет приведенного (к напряжению
на стороне ВН) напряжения в точке 2' расчетной схемы
для двух режимов:
,, Р2макс 1^12 + Ят] + <22макс 12 + * 1) _
'Лмакс— U1 (7н
сопл 230-11,04173-8,65 с олп сот_______kpqo
= 6 300---------—i-----— — 6 300 — 667 = 5 633 в
о
И
П'мнн = 6 300 — 167 = 6 133 в.
Указанное напряжение сохраняется на шинах вторичного
напряжения при любом коэффициенте трансформации.
Используя стандартное значение всех возможных
,, . «. 6300 , 6 000
коэффициентов трансформации: ; д2 = - ;
□Zo OZu
, 5 700
k, = —gOg- и умножая их последовательно на предельно
ozo
допустимые значения напряжения на шинах потреби-
теля, определим значения и зоны приведенных желае-
мых напряжений для соответствующих коэффициентов
трансформации.
Полученные данные используем для построения по-
тенциальной диаграммы.
Коэффициенты трансформа- ции . 6 300 . 6 000 *”-“525 . 5 700 *8=~525
^2жел.макс 5 700 5 420 5150
^2жел.мин 6 300 6 000 5 700
Порядок построения диаграммы.
1. Проводим горизонтальную ось, соответствующую
значению приведенного напряжения у потребителя
(5 633 в) в режиме максимальных нагрузок.
2. Принимаем масштаб для напряжений, например,
100 в = 10 мм, и проводим в масштабе вторую горизонталь-
ную ось, соответствующую значению приведенного напря-
жения у потребителя в режиме минимальной нагрузки
(6 133 в). Указанные напряжения сохраняются неизменньР
ми при любом коэффициенте трансформации.
3. Вертикальными секущими линиями отделим на про-
веденных осях участки, соответствующие всем возможным
коэффициентам трансформации — k\, k2, k3 (в рассматри-
ваемом случае всего три коэффициента).
4. В пределах каждого участка в ранее принятом мас-
штабе для напряжения проводим горизонтальные оси, со-
бзоов
I ।
5420
I । । 5150
1 Л, ' «г 1 «j 1
Рис. 10. Потенциальная диаграмма к графиче-
скому методу определения коэффициента транс-
формации k.
ответствующие приведенным желаемым напряжениям для
двух режимов.
Расстояние по вертикали между двумя последними ося-
ми соответствует «зоне приведенных желаемых напряже-
ний».
Полученная потенциальная диаграмма позволяет про-
изводить анализ последствий перехода с одного коэффици-
ента трансформации на другой. На рис. 10 построена по-
тенциальная диаграмма применительно к рассмотренному
числовому примеру. Анализируя ее, можно установить сле-
дующее:
а) Ни один из располагаемых коэффициентов транс-
формации не удовлетворяет требованиям потребителя, так
з* 27
как во всех случаях одно из приведенных напряжении
(6133, 5633 в) оказывается вне зоны желаемых напряже-
ний.
б) Если принять за наиболее приемлемый коэффи-
циент klt то в режиме максимальных нагрузок оказывает-
ся необходимым повысить напряжение у потребителя при-
мерно на 70 в, что может быть достигнуто уменьшением
потерь напряжения в сети с помощью батареи конденса-
торов. Тех же результатов можно достигнуть, применив
синхронный компенсатор или вольтодобавочный трансфор-
матор.
в) Применение коэффициента k2 приводит к противо-
положным результатам. Напряжение, в режиме минималь-
иой нагрузки оказывается слишком высоким, и его необхо-
димо снизить минимум на 133 в. Это может 'быть достигну-
то увеличением потерь в сети, например, с помощью того
же СК, работающего в режиме недовозбуждения или с по-
мощью противоэлектродвижущей силы вольтодобавочного
трансформатора.
г) Коэффициент k3 наихудший из всех трех, так как
требует снижения напряжения на выводах потребителя
в режиме минимальной нагрузки на 433 в.
В соответствии с графическим построением наиболее
выгодным коэффициентом можно считать ki.
Пр имечание. В том случае, если потребитель не до-
пускает отклонений напряжения, «зона желаемых напря-
жений» на диаграмме сливается в одну черту
6. КАК СИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
И КОНДЕНСАТОРЫ ВОЗДЕЙСТВУЮТ НА НАПРЯЖЕНИЕ
Синхронным компенсатором или вращающимся конден-
сатором в отличие от статического,*т. е. неподвижного, кон-
денсатора называется синхронный электродвигатель, рабо-
тающий в режиме холостого хода. В условиях промышлен-
ных предприятий функции синхронного компенсатора обыч-
но выполняют синхронные двигатели, работающие с недо-
грузкой. Кроме целей регулирования напряжения, такие
синхронные двигатели используются для улучшения коэф-
фициента мощности.
Обычно в сетях преобладает индуктивная нагрузка, так
как асинхронные двигатели и трансформаторы имеют на-
магничивающие токи, отстающие по фазе от напряжения
на некоторый угол. Чем больше доля индуктивных токов
в общем токе, тем меньше коэффициент мощности и про-
28
пускная способность линий, тем больше потери напряжения
в самой сети.
Синхронные машины обладают свойством превращаться
из потребителей реактивной мощности в источники или
генераторы реактивной мощности. Тот или иной режим ра-
боты синхронного двигателя зависит от степени его воз-
буждения, т. е. от величины постоянного тока в обмотке
возбуждения ротора.
На тех промышленных предприятиях, где постоянно
ощущается пониженная величина напряжения, как средство
регулирования могут быть в широких масштабах примене-
ны обычные синхронные электродвигатели. Электродвига-
тели этого типа выпускаются стандартной серии СМ 'на
напряжение 380—500 в, в нормальном режиме они рабо-
тают с коэффициентом мощности 1 или опережающим,
равным 0,8. Незначительное распространение таких элек-
тродвигателей до сих пор объяснялось недостатками рабо-
чих характеристик и недопустимостью прямого пуска их от
заводской сети. Однако многочисленные опыты показы-
вают, что современные синхронные электродвигатели, снаб-
женные «беличьим» колесом для асинхронного пуска и
имеющие усиленное крепление лобовых частей обмоток,
нисколько не уступают распространенным асинхронным
электродвигателям. Наибольшее применение в промышлен-
ности могут найти следующие синхронные электродвига-
тели:
Тип двига-
теля
СМ-114-6
СМ-125-6
СМ-136-8
Номинальная
мощность,
кет
56
113
146
Тнп двпга
теля
СМ-116-6
СМ-127-6
СМ-137-8
Номинальная
мощность,
кет
87
158
170
Питание их обмоток возбуждения осуществляется от
специального генератора постоянного тока, расположенно-
го на одном валу с электродвигателем. Для включения
синхронных электродвигателей в сеть существует несколько
способов: непосредственное включение (асинхронный
пуск), пуск через реактор, создающий в момент пуска по-
ниженное напряжение на выводах, и пуск через специаль-
ный автотрансформатор.
Все синхронные электродвигатели независимо от спосо-
ба пуска изготавливаются с демпферной (пусковой) обмот-
кой из латунных стержней, пропущенных сквозь башмаки
полюсов ротора и соединенных накоротко кольцами. Такое
29
устройство и обеспечивает непосредственный асинхронный
пуск.
Свойство синхронных электродвигателей регулировать
напряжение основано на перераспределении или ограниче-
нии участка, на котором происходит периодическое переме-
щение реактивной энергии между потребителем и синхрон-
ным двигателем так, что вся оставшаяся часть сети ча-
стично или полностью освобождается от реактивной мощ-
ности. Эффект от такого действия тем больший, чем боль-
ше величина общего реактивного сопротивления сети.
В том случае, если синхронный электродвигатель уста-
навливается для целей регулирования напряжения, жела-
тельна его работа не только в режиме перевозбуждения,
но и в режиме недовозбуждения, так как повышать напря-
жение в сети можно с успехом и с помощью обычных кон-
денсаторов, подключив их к сети параллельно по схеме
«звезда» или «треугольник». Между синхронными двига-
телями и конденсаторами, несмотря на большое различие
их конструкции, с точки зрения их воздействия на напря-
жение очень много общего. Синхронный электродвигатель
в режиме перевозбуждения так же, как и батарея конден-
саторов, является генератором реактивной мощности, кото-
рая непосредственно отдается потребителю, сеть при этом
освобождается от перетока реактивной мощности, улуч-
шается коэффициент мощности и снижается потеря напря-
жения.
Конденсаторы собираются в батареи из отдельных гер-
метически заваренных «банок». Конденсатор состоит из
системы проводящих обкладок (алюминиевая фольга),
разделенных слоем диэлектрика—конденсаторной бумаги,
пропитанной минеральным маслом. Конденсаторы высокого
напряжения на 3, 6 и 10 кв выпускаются однофазными, а
напряжением 220, 380 и 500 в — трехфазными с соедине-
нием в треугольник. Для удобства регулирования напря-
жения батареи разбиваются на группы, которые включают-
ся в сеть независимо друг от друга по мере надобности.
При этом напряжение изменяется ступенями в отличие от
плавного регулирования в случае установки синхронных
электродвигателей.
Потери мощности в конденсаторах составляют 0,25—
0,5% их мощности, что меньше потерь в синхронных дви-
гателях. Конденсаторы не имеют вращающихся частей и
не требуют непрерывного ухода и наблюдения. Батареи
конденсаторов могут быть выполнены как передвижные,
30
что облегчает их использование по мере надобности в раз-
личных точках сети.
Реактивная мощность отдельного конденсатора при
прочих равных условиях зависит от квадрата подведен-
ного напряжения, что является существенным недостатком
конденсаторов:
Qc — U22nfC-10~9 квар, (14)
где U — рабочее напряжение, в,
f — частота, гц,
С — емкость, мкф.
Некоторые технические данные бумажно-масляных
конденсаторов приведены в табл, 2
Таблица 2
Основные технические характеристики
конденсаторов
Тип конденса- тора Номинальное напряжение, в Емкость, Мкф Мощность типовая, квар
к МО, 4-9-3 400 180 9
к МО, 525-9-3 525 105 9
К МО, 6-8-1 600 75 8,5
кмз, 15-10-1 3 150 3,22 10
К Мб, 3-10-1 6 300 0,80 10
КМ10,5-10-1 10 500 0,29 10
КМ10,5-25-1 10 500 0,724 25
КП МО, 6-50-1 600 440 50
7. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ КОНДЕНСАТОРАМИ,
ВКЛЮЧЕННЫМИ В ЛИНИЮ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО
Из рассмотрения расчетной формулы потери напряже-
ния в сети (9) видно, что одним из ее членов является
произведение реактивной мощности или тока (/р) на ре-
активное сопротивление X, состоящее из индуктивных
сопротивлений трансформатора и проводов линии. Из-
вестно, что в последовательной цепи, состоящей из ин-
дуктивного сопротивления XL и емкостного сопротивле-
ния Хс = , общее сопротивление будет опреде-
ляться их разностью, т. е. А"общ==^£ — Хс. Такой способ
изменения реактивного сопротивления в технике получил
название „продольной компенсации*.
31
Для изменения реактивного сопротивления линии кон-
денсаторы включаются в рассечку каждой фазы линии
электропередачи. Изменяя емкость конденсаторов, а вместе
с <ним и емкостное сопротивление Хс, можно получить лю-
бую величину потери напряжения в линии, доведя ее даже
до отрицательной величины, когда напряжение 'в конце ли-
нии окажется выше, чем в начале. При равенстве индук-
тивного сопротивления линии емкостному сопротивлению
конденсаторов величина потери напряжения в сети опре-
деляется только ее активным сопротивлением.
Последовательное включение конденсаторов в сеть для
целей регулирования напряжения является целесообраз-
ным при относительно невысоких коэффициентах мощно-
сти и в сетях со сравнительно крупными сечениями прово-
дов, так как при малых сечениях проводов потеря напря-
жения в линии определяется в основном ее активным со-
противлением и включение конденсаторов мало повлияет
на величину отклонений напряжения у потребителей. В тех
случаях, когда потребитель имеет резко переменный ре-
жим, включение последовательных конденсаторов является
почти единственным средством регулирования, так как все
другие средства требуют для перехода от одного режима
к другому некоторого времени, что приводит к запаздыва-
нию регулирования. Конденсаторные батареи при их уста-
новке в рассечку линии должны рассчитываться на про-
ходную мощность линии, так как напряжение между их
обкладками определяется не рабочим напряжением сети,
а произведением тока на сопротивление. В том случае,
если в рассечку линии, например 10 кв, включаются кон-
денсаторы на более низкое напряжение, все батареи долж-
ны быть надежно изолированы от земли.
Пример 4. Определить число и общую мощность батареи конден-
саторов, примененных для регулирования напряжения воздушной сети,
если известно, что в режиме максимальной нагрузки потери напряже-
ния в сети при этом должны быть снижены на 50%.
Напряжение сети 3 кв. Активное сопротивление сети 7?=4 ом. Ре-
активное сопротивление сетиХ/, =4 ом. Передаваемая по линии мощ-
ность Р= 100 кет. Коэффициент мощности нагрузки равен 0,8.
Проверим возможность использования конденсаторов типа
К МО,6-8-1, имеющих рабочее напряжение 600 в, типовую мощность
8,5 квар, емкость 75 мкф.
Решение. Используя исходные данные и формулу (9), опреде-
лим необходимую емкость и реактивное сопротивление конденсаторов.
Потеря напряжения до компенсации
PR+QXL 100-4 4-75-4
ДС/ = ----;-----= ------А-----.
32
где
Q = р tg !f = 100 - 0,75 = 75 квар.
Потеря напряжения после компенсации определится из формулы
‘'в
Вводя в формулу числовые величины, получим:
100-4 + 75-4 100-4 + 75(4 — Хс)
3,0 °*5-----------зд----------
350
Отсюда искомое емкостное сопротивление Хс — = 4,67 ом.
Необходимая емкость одной фазы определится из выражения
1
ХС~ 2itfC *
откуда Ю6
С = 314-4,67 = ®®2 мкф.
Зная емкость одного конденсатора Са = 75 мкф, определим иуж"
ное число их при параллельном соединении:
n = -gr=-yg-=9. побщ = 3-п = 3-9 = 27.
Рабочий ток одной фазы линий электропередачи будет:
Р _ 100
/раб = у-з{/нСО8? 173-3-0.8 - 24 °-
Ток в каждой ветви батареи будет:
/„ = {р^=^ = 2,67 а.
с п 9
Сопротивление каждого конденсатора
/ _ 10’
Хс,г- 2nfCa ~ 314 • 75 = 42,5 °м'
а напряжение на конденсаторах в рабочем режиме
Ur = 1ГХГ = 2,67• 42,5 = 113 в.
С С> С<о
Общая мощность батареи конденсаторов
Сс = 37рабХс-10'а = 3-242-4-67'10'’ = 8-05 кваР.
Отсюда следует, что нет никакой необходимости уста-
навливать для целей компенсации индуктивного сопротив-
ления конденсаторы, рассчитанные на рабочее напряжение
сети.
33
Если даже учесть возможность аварии в сети с появ-
лением тока короткого замыкания двух- и трехкратной
величины, то напряжение на конденсаторах останется
в пределах 500 в.
Установки продольной емкостной компенсации (УПК)
могут с успехом использоваться в линиях, питающих сва-
рочные аппараты, которые иногда создают в сети значи-
Рис. 11. Принципиаль-
ная схема последова-
тельного включения
конденсаторов и их
защита разрядником.
/—конденсаторы; 2—шун-
тирующее устройство;
3 — разрядник защитный.
тельные и кратковременные колебания напряжения. УПК
могут найти свое применение также при включении на па-
раллельную работу линий с различным отношением Xdr0,
по которым нагрузка может распределиться не наивытод-
нейшим образом, т. е. не обратно пропорционально актив-
ным сопротивлениям. На случай возможных перенапряже-
ний УПК при токах короткого замыкания большой крат-
ности необходимо параллельно с конденсаторами устанав-
ливать разрядник, пробивное напряжение которого должно
лежать в пределах допустимых перенапряжений конден-
саторов (Л. 6}. Схема включения конденсаторов (УПК)
показана на рис. 11.
8. ТРАНСФОРМАТОРЫ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ
ПОД НАГРУЗКОЙ
Для централизованного и местного регулирования на-
пряжения отечественной электропромышленностью выпу-
скаются трансформаторы с автоматическим переключением
ответвлений под нагрузкой. Основным преимуществом та-
ких трансформаторов является возможность изменения
коэффициента трансформации под нагрузкой, т. е. без
предварительного отключения его от сети. Это изменение
осуществляется автоматически от датчика (реле напряже-
ния), дистанционно — со щита управления или от руки,
34
При этом сигнал на переключение передается электродви-
гательному (или соленоидному) приводу, воздействующе-
му через приводной механизм на переключатель ответвле-
ний. Переход с одной ступени напряжения на другую осу-
ществляется без разрыва цепи рабочего тока, что дости-
гается закорачиванием секции витков регулировки в мо-
мент переключения на специальное токоограничивающее
сопротивление (реактор со стальным сердечником, реже —
активное сопротивление). Регулировочные ответвления
у таких трансформаторов выполняют, как правило, в об-
мотке высшего напряжения (ВН). Для трехобмоточных
трансформаторов имеется возможность регулировать на-
пряжение также в обмотке среднего напряжения при от-
ключенном от сети трансформаторе в пределах ±2-2,5%.
Ответвления в обмотке низшего напряжения не преду-
смотрены.
Регулируемые трансформаторы для напряжений обмо-
ток ВН 35 и 110 кв выполняются номинальной мощностью
от 10000 ква и выше (типов ТДН, ТДНГ и ТДТНГ с фор-
сированным воздушным охлаждением), что определяет их
применение на крупных промышленных предприятиях и
в энергосистемах. Трансформаторы типов ТМН мощностью
от 560 до 5 600 ква изготавливаются1 на первичное напря-
жение 35 кв и вторичное 6 или 10 кв. Регулирование на-
пряжения под нагрузкой у таких трансформаторов осу-
ществляется восемью ступенями в пределах ±4-2,5(2) %.
В отличие от более крупных трансформаторов последние
снабжаются полностью автоматизированной схемой управ-
ления на оперативном переменном токе (напряжением 220
пли 380 в). Вся аппаратура управления переключающим
устройством смонтирована в отдельном отсеке на транс-
форматоре вместе с приводным механизмом. Для контроля
за работой переключающего устройства имеются стрелоч-
ный указатель положений переключателя и счетчик числа
•переключений. Схема управления работает от чувствитель-
ного реле напряжения типа РРН, однако управление пере-
ключателем трансформаторов типа ТМН может осуще-
ствляться также дистанционно, с пульта управления. Такие
трансформаторы применяются для регулирования напря-
жения в протяженных рас1пределительны!х сетях и могут
быть применены на промышленных предприятиях. В этих
случаях за счет изменения коэффициента трансформации
1 Московским трансформаторным заводом им. В. В. Куйбышева.
3* 35
под нагрузкой могут быть скомпенсированы потерн напря-
жения в питающих предприятие линиях (до места уста-
новки трансформатора) и улучшены уровни напряжения
в отходящих заводских сетях 6 и 10 кв.
Более мелкие трансформаторы типа ТСМН (изготов-
ляемые Армэлектрозаводом) на мощности 20, 35, 60,
100 ква напряжением 10/0,4—0,22 кв имеют одноступенча-
<s------------, тое регулирование напряжения
в размере 5% ‘между суще-
ствующими ответвлениями в
Р* обмотке ВН. Схема переклю-
]________чающего устройства таких
трансформаторов показана на
Рис. 12. Схемы переключающих устройств транс-
форматоров со встроенным регулированием напря-
жения под нагрузкой (одной фазы).
а — при многоступенчатом регулировании; б— то же, при
одноступенчатом регулировании напряжения-
1 — обмотка трансформатора; 2 — устройство автоматиче-
ского упрааления; 3—электромагнит; 4—переключатель;
5—токоограничивающее сопротиаление (реактор); 6— то
же (активное сопротивление).
рис. 12,а, б, а основные технические данные приведены в .при-
ложении 5. Одноступенчатое регулирование напряжения
оказывается особенно целесообразным, когда отклонения
напряжения у потребителей выходят за пределы нормы
в каком-либо одном режиме нагрузки. Тогда трансформа-
тор, работающий, например, на ответвлении +5%, пере-
ключается устройством на соседнее ответвление 0%, что
будет соответствовать увеличению вторичного напряжения
на 5%- При снижении нагрузки, когда такой уровень на-
пряжения окажется неприемлемым, устройство переклю-
чит обмотку трансформатора на ответвление +5%, осу-
ществив тем самым снижение напряжения.
36
В схеме управления таких трансформаторов исполь-
зуется магнитный усилитель, воздействующий на соленоид
привода переключателя. В зависимости от условий
эксплуатации переключающее устройство может быть
подключено к любой паре ответвлений обмотки трансфор-
матора: +5 и 0% или 0 и —5%. Эти подключения выпол-
няются предварительно при отключенном трансформаторе,
так как эта операция требует снятия крышки бака (все
устройство размещено в масле, в общем баке). В дальней-
шем переключения обмотки с одного ответвления на дру-
гое осуществляются автоматически.
Отечественная промышленность выпускает также не-
сколько серий автотрансформаторов в однофазном и трех-
фазном исполнении с подвижной катушкой для плавного
регулирования напряжения. Наиболее распространенными
являются типы АОСК, АТСК и АТМК (сухие и маслона-
полненные) на напряжение 220, 380 и 500 в. Принцип дей-
ствия автотрансформаторов этого типа основан на измене-
нии относительного положения обмоток, т. е. на изменении
индуктивной связи между ними.
Перемещение обмоток осуществляется ручным или мо-
торным приводом. Регулирование напряжения произво-
дится в пределах от 10% до 100% под нагрузкой. Относи-
тельно небольшая мощность таких автотрансформаторов
(10—100 ква), а также чрезмерно широкие пределы регу-
лирования напряжения затрудняют применение этих транс-
форматоров в распределительных сетях. Наибольшее при-
менение они могут найти там, где регулирование напря-
жения производится не с целью поддержания его на за-
данном уровне, а обусловлено режимом работы самого по-
требителя, например, в испытательных установках, в пуско-
вых устройствах и т. д.
9. ВОЛЬТОДОБАВОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
К вольтодобавочным устройствам регулирования напря-
жения могут быть отнесены индукционные регуляторы, ре-
гулируемые автотрансформаторы и вольтодобавочные
трансформаторы.
Такие устройства воздействуют на результирующее на-
пряжение у потребителя путем создания дополнительной
электродвижущей силы, вектор которой накладывается на
основное напряжение согласно, встречно или под некото-
рым углом, как это имеет место в некоторых схемах вольто-
37
добавочных трансформаторов, осуществляющих «попереч-
ное» регулирование.
Индукционный регулятор или потенциал-регу-
лятор является механически заторможенным асинхронным
электродвигателем с фазным ротором. Торможение осу-
ществляется червячной передачей, позволяющей произво-
дить плавный поворот обмотки ротора относительно обмот-
ки статора.
Схема трехфазного индукционного регулятора изобра-
жена на рис. 13. Трехфазная обмотка статора расчленяет-
* потоебителю
Рис. 13. Схема включения об-
моток индукционного регулято-
ра в трехфазную сеть.
ся на отдельные фазы и вклю-
чается в сеть последовательно
с потребителем. Обмотка фаз-
ного ротора замыкается на-
глухо на кольцо, а началами
подключается параллельно об-
мотке статора в сеть. При та-
кой схеме обмотка ротора ока-
зывается первичной и трехфаз-
ный намагничивающий ток соз-
дает в ней вращающееся маг-
нитное поле.
Обмотка статора через воз-
душный зазор оказывается
магнитно связанной с вращаю-
щимся полем, и в обеих обмот-
ках наводятся э. д. с. Е\ и Е2,
совпадающие по фазе. Одна
из этих э. д. с. Е\ всегда на-
правлена встречно фазному напряжению сети, а вторая Е2,
наводимая в обмотке статора, складывается с напряже-
нием потребителя. Если предположить, что питающее на-
пряжение и частота сети остаются постоянными, то при
повороте ротора на некоторый угол относительно обмотки
статора соответственно будет меняться и пространственный
угол, под которым э. д. с. Е2 накладывается на напряжение
/71, образуя напряжение U2.
Управление индукционным регулятором осуществляет-
ся вручную или дистанционно от вспомогательного элек-
тродвигателя.
Таким образом, результирующее напряжение у потре-
бителя можно плавно регулировать. Величина фазного на-
пряжения у потребителя может меняться в пределах
38
(/2ф = ^]ф zt£2, где Е2 соответствует добавочному напря-
жению (рис. 14).
Индукционные регуляторы могут быть применены для
регулирования напряжения в линиях, питающих отдельные
приемники. Так как в основу их устройства положен про-
мышленный асинхронный электродвигатель, то его приме-
нение ограничивается сетями 6—10 кв. Недостатками
индукционных регуляторов являются их относительная
дороговизна, большое (потребление реактивной 'мощности,
снижающей общий коэф-
фициент мощности потре-
бителя, а также образо-
вание некоторого сдвига
фаз между питающим и
результирующим напря-
жениями, который может
быть устранен искус-
ственной схемой из двух
сдвоенных регуляторов.
Отечественной про-
мышленностью выпуска-
ются 'маломощные индук-
Рис. 14. Векторная диаграмма э. д. с.
индукционного регулятора для одной
фазы.
ционные регуляторы типа
ТПР-22, ТПР-221 в трехфазном исполнении и однофазные
типа ОПР-22. Трехфазные регуляторы типов ТПР рассчи-
таны на мощность 3,05—14,5 ква и имеют первичное на-
пряжение 127—220 в. При повороте ротора на 180 градусов
вторичное напряжение может изменяться от нуля до двой-
ного значения (практически в пределах 25—400 в).
Мощные трехфазные 'индукционные регуляторы серии
МА-195 применяются как для поддержания напряжения на
выводах приемника постоянным, так и для плавного регу-
лирования напряжения в распределительных сетях про-
мышленного предприятия. В этом случае напряжение
изменяется от величины, близкой к нулю, до максимальной
в следующих пределах:
Регуляторы на более высокое напряжение (до 10 кв)
могут изготавливаться по согласованию с заводом-изгото-
вителем.
Индукционные регуляторы серии МА-195 для напря-
жения 380—500 в изготавливаются мощностью 100—
570 ква, а на напряжение 3 000—6000 в'—мощностью
400—520 ква.
39
Необходимая для регулирования Мощность определяет-
ся по формуле
т///доб , j (J5)
где т — число фаз;
1г — ток номинальный потребителя, а;
17доб— наибольшее значение добавочного напряже-
ния, в.
Для случая поддержания напряжения постоянным
величина фазного добавочного напряжения может быть
определена, как
^доб = ^-^ или UAo6 = Ua-Ur
Вольт о добавочным трансформатором на-
зывается устройство, служащее для регулирования напря-
жения и состоящее из двух самостоятельных агрегатов —
последовательного трансформатора, первичная обмотка
которого включается последовательно в рассечку линии,
и специального регулировочного трансформатора или авто-
трансформатора. Условное обозначение и схема включения
вольтодобавочного трансформатора изображена на рис.45.
Вольтодобавочный трансформатор применим как для
местного, так и для централизованного регулирования на-
пряжения. Напряжение в регулируемой линии отличает-
ся от напряжения питающей сети на величину добавочной
э. д. с. последовательного трансформатора.
Обычно регулирование напряжения осуществляется
ступенями; плавность его зависит от числа регулировочных
ответвлений питающего трансформатора. Преимуществом
вольтодобавочного трансформатора является возможность
получить добавочную э. д. с., сдвинутую по фазе относи-
тельно основного напряжения. Угол сдвига зависит от схе-
мы включения регулировочного трансформатора и для
простейших схем равен 0, 30, 60 и 90°.
Трансформаторы, создающие добавочное напряжение,
совпадающее по фазе с основным, называются вольтодоба-
вочными трансформаторами с «продольным» регулирова-
нием, а создающие добавочное напряжение, сдвинутое на
некоторый угол, — с «поперечным» регулированием. Пре-
делы регулирования напряжения при продольном регули-
ровании обычно составляют ±10—12,5%, а для «попереч-
ного» эти пределы шире и доходят до ±40% от основного
напряжения. Вольтодобавочный трансформатор принято
40
характеризовать «проходной мощностью», т. е. мощностью,
передаваемой по линии, в которую включена последова-
тельная обмотка, и «собственной мощностью» — самого
подпиточного устройства.
Собственная мощность Sm связана с проходной S соот-
ношением:
о __ «•/’per0/»5
т ЮО
(16)
где п—число ступеней регулирования питающего транс-
форматора;
/’per0/» — процентное изменение напряжения каждой сту-
пени.
Потери напряжения
трансформаторе невелики
и соответственно равны
0,5-г-3 % и их можно не
учитывать Для местных и
заводских сетей вольтодо-
бавочные трансформато-
ры чаще всего использу-
ются для увеличения на-
пряжения, хотя при неко-
тором усложнении пере-
ключающего устройства
питающего трансформа-
тора их можно сделать
реверсируемыми, т. е. ре-
гулирующими напряже-
ние также в сторону сни-
жения.
Ввиду того что в на-
стоящее время промыш-
ленность не выпускает
маломощных регулируе-
мых трансформаторов вы-
сокого напряжения, необ-
ходимых для питания no-
li активной мощности в таком
Рис. 15. Схема включения вольтодо-
бавочниго трансформатора.
а—однолинейное изображение, б — трех-
линейное изображение
следовательного трансформатора, большое значение
приобретают схемы нерегулируемых «глухих» воль-
тодобавочных трансформаторов. Еще большее значение они
имеют в заводских сетях низкого напряжения. Существует
возможность создания таких устройств регулирования из
41
подручных средств, которыми практически располагает
каждое предприятие.
Нерегулируемые вольтодобавочные трансформаторы
создают надбавку напряжения независимо от режима на-
грузки сети. Благодаря этому приходится выбирать вели-
чину надбавки не по режиму минимального напряжения,
когда требуется наибольшая надбавка, а по режиму ми-
нимальной нагрузки, когда напряжение выше.
Рис. 16 Схема нерегулируемого вольтодобавоч-
иого трансформатора, собранного из трех одно-
фазных.
Этим объясняется, что нерегулируемая схема приемле-
ма там, где независимо от времени года и нагрузки во
всех режимах требуется повысить напряжение. Величина
надбавки определяется разностью между предельно допу-
стимым напряжением и наибольшим фактическим напря-
жением. Нерегулируемые вольтодобавочные трансформа-
торы могут применяться как в сетях высокого, так и в се-
тях низкого напряжения и могут быть установлены
в любой точке сети.
Особое применение они могут найти в протяженных за-
водских и сельскохозяйственных сетях.
Принципиальная схема такого вольтодобавочного
устройства изображена на рис. 16. В качестве примера ис-
пользования подручных средств для создания нерегули-
руемого вольтодобавочного трансформатора можно реко-
мендовать схему, состоящую из трех однофазных котель-
ных или сварочных трансформаторов. Вторичные обмотки
этих трансформаторов напряжением в 12—24 и 40—60 в
рассчитаны на большие токи и могут использоваться в ка-
честве последовательных для включения в рассечку линии.
В этих обмотках и создается добавочное напряжение.
Первичные обмотки этих трансформаторов являются воз-
42
буждающими и в сетях низкого напряжения могут вклю-
чаться по схеме звезда или треугольник непосредственно
в сеть. В том случае, если сеть имеет напряжение 3, 6 или
10 кв, можно для питания вторичной обмотки этих и после-
Рис. 17. Схема регу-
лирующего вольтодо-
бавочного трансфор-
матора, собранная из
двух нормальных си-
ловых трансформато-
ров.
I — трансформатор, ис-
пользуемый в качестве
сериесного; 2—трансфор-
матор, используемый в ка-
честве подпитывающего;
3 — 4 переключатели схе-
мы; 5—токоограничиваю-
щие сопротивления.
4006
довательных трансформаторов применить три тр п.сформа-
тора напряжения типа НОМ-3, НОМ-6 или НОМ-10, или
обычный силовой трансформатор небольшой мощности.
Необходимо проследить за тем, чтобы при установке
в сети высокого напряжения трансформаторов типа ко-
тельных их корпусы были надежно изолированы от земли
и при их обслуживании считать их находящимися под на-
пряжением. Такое устройство можно установить на спе-
циальной площадке на обычной опоре воздушной линии
или на вводе сети к приемнику. Примерный расчет исполь-
зования котельных трансформаторов в качестве сериесных
показал, что трансформатор 220/12,6, имеющий номиналь-
ный ток вторичной обмотки 20,8 а, пригоден для проходной
мощности в 13,7 ква и обеспечивает повышение напряже-
ния на 12,6 в, что для сети 380 в составляет 3,3%. В лите-
ратуре [Л. 7] описана схема простейшего регулируемого
трансформатора, изготовленного из двух силовых транс-
форматоров 10/0,4 кв. На схеме (рис. 17) под № 3 и 4
представлены рубильники с проскальзывающими контак-
тами, замыкающими обмотку при переключении на доба-
43
вочное сопротивление /?i и R2, чтобы избежать разрыва не
пи возбуждения. В зависимости от их положения вторич-
ная обмотка трансформатора, используемого в качестве
сериесного, т. е. последовательного, будет образовывать
различные схемы и питаться от разных фаз. В положении,
представленном на схеме, вторичная обмотка последова-
тельного трансформатора закорочена и ее первичная об-
мотка влияния на основное напряжение не оказывает. Та-
ким образом это положение можно принять за нулевое.
При переключении правого рубильника в нижнее положе-
ние возбуждающая обмотка соединена в «звезду» и соз-
дает добавочное напряжение в линии. При переводе левого
рубильника вниз дополнительно к правому возбуждающая
обмотка соединена в треугольник и создаваемая в линии
надбавка становится еще больше. Такая схема допустима
только в том случае, если ток не превышает допустимых
пределов, что следует проверить на опыте.
При переводе в положение «вниз» только одного левого
рубильника добавочное напряжение накладывается на
основное под углом 60°, так как в схеме «звезда» произой-
дет перестановка фаз по сравнению с «звездой», образо-
ванной при переключении правого рубильника. При этом
положении надбавка составит примерно 50% от той, кото-
рая создается при «звезде» с согласным положением фаз.
Указанная схема не является единственно возможной.
ЛИТЕРАТУРА
1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ), раздел 1, Гос-
энергоиздат, 1957.
2. С л а в н и н М. И., Электрические нагрузки и первичное распре-
деление электрической энергии в промышленных предприятиях, Гос-
энергоиздат, 1949.
3. К а р п о в Ф. Ф., Как выбрать сечение проводов и кабелей.
Библиотека электромонтера, Госэнергоиздат, 1959.
4. Р я б к о в А Я-, Электрические сети и системы, Госэнергоиздат,
I960.
5. Глазунов А. А., Электрические сети и системы, Госэнерго-
издат, 1954.
6. М а р ч е н к о Е. А., Р а з о в с к и й Ю. А, Шу р С. С, Про-
дольная емкостная компенсация линий электропередачи, Госэнерго-
издат 1957.
7. Холмский В. Г., Применение регулируемых трансформаторов
в электрических сетях, Госэнергоиздат, 1950.
8. А р х и п о в Н. К-, Расчет городских электрических сетей с уче-
том регулирующих устройств, Изд. Министерства коммунального хо-
зяйства РСФСР, 1957.
9. Индукционные регуляторы напряжения МЛ-195. Каталог Мини-
стерства электропромышленности СССР, № 1618
10. Л и т в а к Л. В., Повышение коэффициента мощности на про-
мышленных предприятиях, Госэнергоиздат, 1957.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Значения sin <р и tg <р в зависимости от cosy
COS 'f sin *g 9 COS <P sin <p fg 9
1,00 0,000 0,00) 0,70 0,714 1,020
0,99 0,141 0,143 0,69 0,724 1,019
0,98 0,199 0,203 0,68 0,733 1,078
0,97 0,243 0,251 0,67 0,742 1,108
0,96 0,280 0,292 0,66 0,751 1,138
0,95 0,312 0,329 0.65 0,760 1,169
0,94 0,341 0,363 0,64 0,768 1,200
0,93 0,368 0,395 0,63 0,777 1,233
0,92 0,392 0,426 0,62 0,785 1,265
0,91 0,415 0,456 0,61 0,792 1,299
0,90 0,436 0,484 0,60 0,800 1,333
0,89 0,456 0,512 0,59 0,807 1,368
0,88 0,475 0,540 0,58 0,815 1,404
0,87 0,493 0,567 0,57 0,822 1,441
0,86 0,510 0,593 0,56 0,829 1,479
0,85 0,527 0,620 0,55 0,835 1,518
0,84 0,543 0,646 0,54 0,842 1,559
0,83 0,558 0,672 0,53 0,848 .1,600
0,82 0,572 0,698 0,52 0,854 1,643
0,81 0,586 0,724 0,51 0,860 1,687
0,80 0,600 0,750 0,50 0,866 1,732
0,79 0,613 0,776 0,45 0,893 1,984
0,78 0,626 0,802 0,40 0,917 2,290
0,77 0,638 0,829 0,35 0,937 2,676
0,76 0,650 0,855 0,30 0,954 3,180
0,75 0,662 0,882 0,25 0,968 3,873
0,74 0,673 0,909 0,20 0,980 4,899
0,73 0,684 0,936 0,15. 0,989 6,591
0,72 0,694 0,964 0,10 0,995 9,950
0,71 0,704 0,992 — — —
45
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ИНДУКТИВНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДОВ
ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ
Средние расстоя- ния меж- ду прово- дами, мм Номинальные сечения проводов, ммя
6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185
600 0,40 0,38 0,36 0,35 0,34 0,32 0,31 — — — —
800 0,41 0,40 0,38 0,36 0,35 0,34 0,33 0,32 — -— —
1 000 0,43 0,41 0,39 0,38 0,37 0,36 0,34 0,33 0,32 0,31 0,31
1 500 — 0,44 0,42 0,40 0,39 0,38 0,37 0,36 0,35 0,34 0,34
2 000 — 0,46 0,44 0,42 0,41 0,40 0,39 0,38 0,37 0,36 0,36
2 500 — — 0,45 0,44 0,42 0,41 0/0 0,39 0,38 0,38 0,37
3 000 — — 0,46 0,45 0,43 0,42 0,41 0,40 0,39 0,39 0,38
3 500 — — — — 0,44 0,43 0,42 0,41 0,40 0,40 0,39
4 000 — — — — 0,45 0,44 0,'3 0,42 0,41 0,41 0,40
4 500 — — — — 0,46 0,45 0,44 0,43 0,42 0,42 0,41
5 000 — — — — 0,47 0,46 0,45 0,44 0,43 0,42 0,41
ПРИЛОЖЕНИ Е 3
АКТИВНЫЕ И ИНДУКТИВНЫЕ
СОПРОТИВЛЕНИЯ ТРЕХЖИЛЬНЫХ
КАБЕЛЕЙ С МЕДНЫМИ ЖИЛАМИ
Сечение жил, мм3 Активное сопротивле- ние, ом!км Индуктивное сопротивление, ом}км, кабелей номинального напряжения, кв
6 10 35
10 2,100 0,100 0,113 —
16 1,320 0,094 0,104 —
25 0,840 0,085 0,094 —
35 0,600 0,078 0,088 —
50 0,420 0,075 0,082 —
70 0,300 0,072 0,078 0,132
95 0,220 0,069 0,076 0,126
120 0,175 0,068 0,075 0,119
150 0,140 0,066 0,072 0,116
185 0,114 0,065 0,069 0,113
46
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
ПРОВОДА МЕДНЫЕ ГОЛЫЕ, АЛЮМИНИЕВЫЕ
И СТАЛЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ
Номинальное сече- ние, ММ* Марка провода
М А АС
6 § - * га О « с} £ “ S Активное со- противление при темпера- туре +20°. не более, ом/км О О. qj о» . 5- S га <_> га га к о О. к Активное со- противление при темпера- туре +20°, не более, ом!км Расчетное сеченне сталь- ного сердеч- ника, мм* Расчетный диаметр провода, мм Активное со- противление при темпера- туре +20°, ио более, ом/км
4 2,2 4.С50 .—
6 2,7 3,060 —_ — .— —— —
10 3,5 1,840 — — —- — —
16 5,1 1,200 5,1 1,91 — —. —
25 6,3 0,740 6,3 1,27 —- — .—
35 7,5 0,540 7,5 0,91 4 8,3 0,910
50 9,0 0,390 9,0 0,63 7 9,9 0,630
60 10,4 0,320 .—. — — — —
70 10,6 0,280 10,6 0,45 9 И.7 0,450
95 12,4 0,200 12,4 0,33 18 13,9 0,330
120 14,0 0,150 14,0 0,27 22 15,3 0,270
150 15,8 0,123 15,8 0,21 27 17,0 0,210
185 17,5 0,103 17,4 0,17 34 19,1 0,170
240 20,0 0,078 — — 43 21,5 0,131
300 22,2 0,062 — —— 56 24,4 0,105
400 25,6 0,047 — — 72 27,8 0,078
ПРИЛОЖЕНИЕ t>
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕГУЛИРУЕМЫХ
ТРАНСФОРМ АТОРОВ
а) Типа ТМН с многоступенчатым регулированием
напряжения
Тип трансформатора Номинальная мощность, ква Номинальное напряжение, в Напряжение короткого за- мыкания, % Потерн холостого хода, вт Потерн ко- роткого за- мыкания, вт Полный вес, кг
вн НН
ТМН-560/35 560 35 000+ ±4X2.5% 400 6,5 3.200 10 500 6 650
ТМН-1000/35 1 000 35 000+ ±4x2,5% 10 500 или 6 300 6,5 6 000 14 000 8 780
47
П родолжение при лож. 5
Тип трансформатора Номинальная Мощность, ква Номинальное напряжение, в Напряжение короткого за- мыкания, % Потери хо- лостого хо- да, вт Потери ко- роткого за- мыкания, вт Полный вес, кг
ВН НН
ТМН-1800,35 1 800 35 0и0± ±4X2% 10 500 или 6 300 6,5 9 000 24 000 11 610
ТЧН-3200/35 3 200 35 000+ ±4X2% 10 500 или 6 300 7 13 200 34 000 17 260
ТМН-5600/35 5 600 35 000 + ±4Х2% 10 500 или 6 300 7,5 19 500 57000 22 300
5) Типа ТСМН с одноступенчатым регулированием
напряжения (в пределах 5%)
ТСМН-20/10 20 6 300 или 10 000 400 5 155 515 330
ТСМН-35/10 35 6 300 И 1И 10 000 400 5 230 830 390
ЛСМ Н-60/10 60 6 300 И1И 10 000 . 525 5 350 1 300 515
TCMH-100/10 100 6 300 или 10 000 525 5,5 500 2 070 675
тем 11-180/10 180 6 300 или 10 000 525 5,5 800 3 200 990
Цена 1 р. 10 fc'.
С 1/1 1961 г. цена 11 коп.
□= — - □
„БИБЛИОТЕКА ЭЛЕКТРОМОНТЕРА"
ВЫШЛИ ИЗ ПЕЧАТИ
Каминский Е. А., Как сделать проект простейшей элек-
троустановки (выпуск 19)
Камнев В. С., Подшипники качения в электрических ма-
шинах (выпуск 20)
Ави но в ицк и й И. Я, Оконцевание силовых кабелей (вы-
пуск 21)
Клюев С. А., Как рассчитать электрическое освещение про-
изводственного помещения (выпуск 22)
Хомяков М. В. и Якобсон И. А., Термитная сварка
многопроволочных проводов (выпуск 23)
Федотов Б. Н., Схемы включения электрических счетчиков
(выпуск 24)
Стешенко Н. Н., Техника безопасности при эксплуатации
электроустановок на строительстве (выпуск 25)
Жерве Г. К-, Как рассчитать обмотку статора асинхрон-
ного двигателя (выпуск 26)
А п т о в И. С. и Хомяков М. В., Уход за изоляционным
маслом (выпуск 27).
ГОТОВЯТСЯ К ПЕЧАТИ
Локшин М В., Ремонт высоковольтных изоляторов до
35 кв
Боярченков М А. и Шинянский А. В., Магнитные
усилители
Анастасиев П. И.. Сооружение и монтаж воздушных ли-
ний до 1000 в
Балуев В. К-, Техника безопасности при эксплуатации
передвижных электротехнических средств
Гуреев И. А., Шинопроводы напряжением до 1000 в
Дементьев В. С., Как определить повреждение в силовом
кабеле
Кожин А. Н., Релейная зашита линий 3—10 кв на пере-
менном токе
Ключе в В. И., Выбор электродвигателей для производ-
ственных механизмов
Мишустина Л. И., Воздушные автоматические установоч-
ные выключатели
Севастьянов М. И., Техника безопасности такелажных
работ при монтаже энергетических установок
Ермолин Н. П., Как, рассчитать маломощный силовой
трансформатор