Изучение существующих методов обеспечения качества электрической энергии на концах, протяженных ВЛЭП

Введение
     Электроэнергия является одной из важнейших составляющих экономики и повседневной жизни. В условиях современного развития техники и для постоянно растущего числа удаленных энергопотребителей протяженные воздушные линии электропередачи (ЛЭП), спроектированные по нормам электропотребления более 25 лет назад [1], уже не обладают требуемой согласно ПУЭ пропускной способностью. [2] В электрических сетях Российской Федерации ограничение пропускной способности ВЛ 6 и 10 кВ в большей степени связано с невозможность обеспечения нормального уровня напряжения в конце линии. [3] Потеря напряжения в воздушной протяженной ЛЭП с учетом эксплуатации и проектирования электрических сетей может составлять в среднем 8%. [4] Поскольку отклонение напряжения являются одним из показателей качества ЭЭ, то вопрос регулирования напряжения для обеспечения потребителей качественной ЭЭ в настоящее время актуален как для потребителя, так и для поставщика. 
     Основной целью регулирования [5] напряжения в распределительных сетях, находящихся в непосредственной электрической близости от потребителей, является поддержание отклонений напряжения в пределах, установленных ГОСТ Р 32144-2013 [6]. В противном случае произойдет отклонение в работе электроприемников, вплоть до отключения, а также уменьшение эффективности функционирования системы электроснабжения в целом. Следовательно, вопрос обеспечения качества ЭЭ на концах, протяженных ЛЭП актуален и требует решения.
      В настоящее время различают передачу ЭЭ по воздушным и кабельным ЛЭП, строительство которых в основном осуществлялось во второй половине прошлого века. В 20-х годах прошлого века передача ЭЭ осуществлялась в основном по воздушным линиям электропередачи (ВЛЭП), в связи с более экономичной по сравнению с кабельными линиями (КЛ) стоимостью установки. Однако построенные ВЛЭП рассчитывались на определенную нагрузку, зависящую от присоединенного количества потребителей к электрической сети. В современных условиях число потребителей существенно возросло, а вслед за этим выросла нагрузка, появилась потребность в разгрузке линии в связи с ее старением, а также строительстве новых воздушных линий. В условиях развития промышленности появлялись новые энергообъекты, удаленное расположение которых потребовало возведение новых протяженных ВЛЭП [29].
     В настоящее время наиболее простым и распространённым способом передачи ЭЭ на большие расстояния является передача по протяженным воздушным линиям.  За счет передачи ЭЭ на большие расстояния, а также в следствии изменения нагрузки потребителей, напряжения на концах протяженных линий снижается ниже допустимого по ГОСТ 32 144-2013 [6], что приводит к снижению качества электрической энергии. В свою очередь происходит ухудшение работы электрооборудования и нарушение технологических процессов. Таким образом, на основании всего вышесказанного вопрос повышения качества ЭЭ на концах, протяженных ВЛЭП является актуальным. 
     Целью данной работы: изучение существующих методов обеспечения качества электрической энергии на концах, протяженных ВЛЭП и апробация выбранного метода на реально существующей линии.
     Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач: 
 обзор существующих, методов обеспечения качества ЭЭ на концах протяженных воздушных линий;
 поиск варианта решения данной проблемы; 
 технико-экономическое обоснование выбранного варианта. 
     
     
     В результате проведенного исследования будет приведен обзор методов, выбран наилучший метод обеспечения качества ЭЭ на конце протяженной воздушной линии 10 кВ на реальной схеме, а также произведен технико-экономический расчет выбранного метода. 
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    1 Актуальные вопросы обеспечения потребителей качественной электрической энергией 
     1.1 Основные показатели качества электроэнергии 
      Обеспечение потребителей качественной ЭЭ приводит к повышению эффективности работы электрических приемников и электроэнергетических систем. Качество электроэнергии [30] определяется совокупностью параметров, при которых электроприемники (ЭП) нормально работают в установленных по паспорту установки пределах. Следовательно, для корректной работы ЭП требуется соблюдать определенные требования по качеству ЭЭ, которые прописаны нормативными документами. В настоящее время в Российской Федерации единым стандартом качества является ГОСТ 32144-2013, который пришел на смену ранее существовавшим ГОСТ Р 54149-2010 и 
ГОСТ 13109-97. В таблице 1.1 приведены внесенные изменения в ГОСТ по качеству ЭЭ. 
     Таблица 1.1 – Изменения в ГОСТ по качеству ЭЭ
№ п/п
ГОСТ
Наименование ГОСТ
Внесенные изменения
1
2
3
4
1
23875-88
Качество электрической энергии. Термины и определения
- устанавливает термины и определения понятий качества ЭЭ, не устанавливает нормы и показатели качества ЭЭ;
2
13109-97
Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах 
- устанавливает нормы и показатели качества ЭЭ, в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока 


Продолжение таблицы 1.1
1
2
3
4


электроснабжения общего назначения
частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей электрической энергии, или приемники электрической энергии (точки общего присоединения); 
3
Р 54149-2010
Электрическая энергия.
Совместимость технических средств электромагнитная.
НОРМЫ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
- нормы установившегося отклонения напряжения в ГОСТ 13109-97 отнесены к выводам электроприемников, которые присоединены, как правило, к сетям потребителей, на которые не распространяется сфера ответственности сетевой компании;
- настоящий стандарт устанавливает показатели и нормы КЭ в точках передачи электроэнергии пользователям сетей низкого, среднего и высокого напряжения систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц;
- обязывает потребителя на своей стороне обеспечить условия, при которых отклонения напряжения питания на выводах электроприемников не превышают установленных для них допустимых значений, если выполняются требования настоящего стандарта к КЭ в точке передачи электрической 

Продолжение таблицы 1.1
1
2
3
4



энергии. То есть на потребителей также возлагается ответственность за обеспечение требуемого КЭ;
- нормы КЭ установлены как для электрических сетей систем электроснабжения общего назначения, присоединенных к Единой энергетической системе России, так и для изолированных систем электроснабжения общего назначения;
4
32144-2013
Электрическая энергия.
Совместимость технических средств электромагнитная.
НОРМЫ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
- изменён интервал времени, соответствующий расчетному интервалу времени на одну неделю;
- изменения характеристик электрической энергии разделены на две категории — продолжительные изменения характеристик напряжения и случайные события;
- процедура проведения контроля производится на основе ГОСТ Р 51317.4.30–2008 и ГОСТ Р 51317.4.7–2008. 
- введены интергармонические составляющие напряжения, хотя ни каких ограничений по их отклонению пока нет, они находятся на стадии разработки;
- есть отличия по времени интеграции показателей качества электроэнергии.
     
     На основании таблицы 1.1 можно сделать вывод о том, что 
ГОСТ 32144-2013 устанавливает более жесткие требования к показателям качества ЭЭ, которым в настоящее время достаточно сложно соответствовать поскольку требуется разработка новых высокоточных приборов по контролю качества ЭЭ. Согласно ГОСТ 32144-2013 показатели качества электроэнергии подразделяют на две категории – продолжительные изменения характеристик напряжения и случайные события. Продолжительные изменения характеристик напряжения представляют собой длительные отклонения характеристик напряжения от номинальных значений и обусловлены, в основном, изменениями нагрузки или влиянием нелинейных нагрузок.
     Случайные события представляют собой внезапные и значительные изменения формы напряжения, приводящие к отклонению его параметров от номинальных. На рисунке 1.1 представлены продолжительные характеристики изменения напряжения и случайные события (показатели качества ЭЭ).
      
Рисунок 1.1 – Продолжительные изменения характеристики напряжения
     Таким образом, продолжительные изменения характеристики напряжения:
     – отклонение частоты. Вне зависимости от условий, при производстве ЭЭ должно соблюдаться следующее правило: генерируемая мощность должна равняться потребляемой мощности в системе. Любое нарушение приводит к небалансу активной и реактивной мощности в электрической системе, а, следовательно, к отклонению от нормы показателей качества.
     Показателем качества баланса активной мощности является частота, в свою очередь отклонение частоты может приводить к серьезным последствиям, а именно снижению количества оборотов турбины, увеличению потерь активной мощности в ЛЭП, а, следовательно, уменьшается количество передаваемой энергии по ЛЭП у потребителей, что неминуемо означает уменьшение производительности агрегатов, сокращается срок службы оборудования. 
     Отклонение частоты вычисляется по формуле (1):
                        ?f=f_m-f_nom,                       			                           (1)
где f_m  – значение основной частоты напряжения электропитания, Гц, измеренное в интервале времени 10 с в соответствии с требованиями 
ГОСТ 30804.4.30-2013;
     f_nom  – номинальное значение частоты напряжения электропитания, Гц.
     Нормальным отклонением частоты по ГОСТ 13109-97 является ±0,2 Гц в течение 95?% времени интервала в одну неделю, максимальным отклонением 
частоты – ±0,4 Гц в течение 100% времени интервала в одну неделю.
     Отклонение частоты в изолированных системах электроснабжения с автономными генераторными установками, не подключенными к синхронизированным системам передачи электрической энергии, не должно превышать ± 1 Гц в течение 95 % времени интервала в одну неделю и ± 5 Гц в течение 100 % времени интервала в одну неделю;
     – отклонение напряжения. В случае если в сети происходят медленные изменения напряжения, по одной из следующих причин: или изменяется электрическая нагрузка потребителей, или мощность компенсирующих устройств, или схема электрических сетей с параметрами, то такие изменения принято характеризовать, следующими показателями качества электроэнергии: отрицательное ?U(-) и положительное ?U(+) отклонение напряжения электропитания в точке передачи ЭЭ от номинального значения. Вычисляется  ??U?_(m(-))  и ??U?_(m(+)) по формулам (2) и (3): 
                        ??U?_((-))=(U_0-U_(m(-)))/U_0 ?100%,                       			       (2)
                        ??U?_((+))=(U_(m(+))-U_0)/U_0 ?100%                       			       (3)
где ??U?_(m(-))  и  ??U?_(m(+)) – значения напряжения электропитания, меньшие U_0 и большие U_0 соответственно, усредненные в интервале времени 10 минут;
     U_0 – напряжение, равное стандартному номинальному 
напряжению U_nom.
     Передача ЭЭ по ВЛЭП сопровождается потерями напряжения, которые зависят от параметров схемы замещения и от его нагрузки. В режимах наибольших нагрузок потери напряжения больше, чем в режимах малых нагрузок, где потери напряжения меньше. Потеря напряжения в линии напрямую связана с отклонениями напряжения и равна разности между отклонениями напряжения в начале и в конце этой линии.
     На отклонения напряжения непосредственное влияние оказывают различные элементы электрической системы, а именно: генераторы, шины питающих подстанций, провода ВЛ, трансформаторы, поэтому для определения отклонения напряжения следует учитывать влияние всех этих элементов.
     Стоит отметить, по ГОСТ 32144-2013 установлены следующие: положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи ЭЭ не должны превышать 10% номинального или согласованного значения напряжения в течение 100% времени интервала в одну неделю;
     – колебания напряжения. Наравне с медленными изменениями, в электрических сетях протекают быстрые изменения. Вследствие аварийных ситуаций, например, происходят отключения элементов сети, возникновения коротких замыканий, резкого изменения нагрузки и т.д. Такие изменения напряжения называются колебаниями напряжения. Колебания напряжения снижают эффективность работы и срок службы оборудования, вызывают брак продукции, способствуют отключению автоматических систем управления и повреждению оборудования. Негативные последствия колебания напряжения электропитания, в том числе одиночных быстрых изменений напряжения, сказываются не только на работе оборудования, но и на здоровье людей: повышается утомляемость, ухудшается зрение такое влияние в ходе рабочего процесса оказывает фликер.
     Согласно ГОСТ 13109-97 фликер – субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети, питающей эти источники.
      
Рисунок 1.2 – Установленная доза фликера

     Как видно из рисунка 2, ГОСТ 32144-2013 устанавливаются нормы по дозе фликера. Соблюдение указанных норм, не будет обуславливать возникновение утомляемости и негативно сказываться на здоровье человека;
     – несинусоидальность напряжения. На качество энергии оказывает влияние несинусоидальность и несимметрия напряжения. Источником несинусоидальности в сетях являются ЭП с нелинейной вольт амперной характеристикой, формы кривой тока и напряжения отличаются от синусоидальной. 
     Нелинейная нагрузка, создает гармоники, отличающиеся от гармоники основной частоты, выдаваемой источником питания. При подключении нелинейной нагрузки (НН) в электрическую сеть происходит потребление нелинейного тока, гармоники от НН накладываются на гармонику основной частоты, образуя искажённый сигнал, что может негативно сказаться на работе источниках питания и релейной защиты, измерительных приборах и устройствах управления. При несинусоидальности увеличивается передача активной мощности, однако снижается коэффициент мощности сети (КМС), от которого зависят потери в проводах ВЛЭП. Чем больше КМС, тем меньше потери в проводах и наоборот.
     Показателями несинусоидальности напряжения являются:
а) коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения K_(U(n)) определяется по формуле (4):
                   K_(U(n))=U_(n)i/U_(1(i)) ?100	%,		   		                           (4)
где U_(n)i  – действующее значение n-ой гармонической составляющей напряжения, В, кВ;
     U_(1)i – действующее значение напряжения основной частоты, кВ;
     б) коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения K_Ui определяется по формуле (5):
                         K_Ui=?(?_(n=2)^40?U_(n)i^2 )/U_(1)i ?100%,                  	                                     (5)
где  U_(1)i- действующее значение междуфазного (фазного) напряжения основной частоты, В, кВ.
     Причины выхода показателей за пределы норм состоят в использовании различных нелинейных приемников электрической энергии.
      
     Рисунок 1.3 – Нелинейные приемники ЭЭ
     На рисунке 3 указаны различные нелинейные приемники ЭЭ, которые в процессе работы потребляют энергию основной частоты, расходуемую не только на совершение полезной работы и покрытие потерь, но и на образование потока высших гармонических составляющих, «выбрасываемых» во внешнюю сеть. Следовательно, ухудшается качество ЭЭ, а значит техническое состояние и работа электрооборудования;
     – несимметрия напряжения. Основной причиной несимметрии напряжений является неравномерное распределение нагрузки по фазам. В случае если в трехфазную сеть подключены однофазные нагрузки, то сопротивление в разных фазах неодинаковые, следовательно, фазные напряжения также будут отличаться друг от друга. Такое явление приводит либо к недостаточному напряжению для работы оборудования, либо напряжение станет выше номинального при этом подключенное оборудование может выйти из строя. Для выравнивания напряжения используется нейтраль. По нейтрали течет ток компенсирующий разность токов в отдельных фазах. Поэтому напряжение в отдельных фазах выравнивается, что обеспечивает нормальную работу оборудования.
     В сетях высокого напряжения несимметрия может быть обусловлена конструкцией линии из-за неравенства ее сопротивлений по фазам. Для симметрирования сопротивлений фаз линии проводят транспозицию фазных проводов. Несимметрию напряжения характеризуют составляющими основной частоты прямой, обратной и нулевой последовательности.
     Показатели нессиметрии напряжения:
     а) коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности (K2u) определяется по формуле (6):
                      K_2Ui=U_2(1)i/U_1(1)i ?100%,                       	                                     (6)
где U_2(1)i – действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В, кВ;
     U_1(1)i – действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты, В, кВ.
     б) коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности (K0u) определяется по формуле (7):
             K_0ui=??3 U?_0(1)i/U_1(1)i ?100% ,                                				       (7)
где U_0(1)i – действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В,  кВ;
U_(1(1)i       )?   действующее значение междуфазного напряжения прямой последовательности основной частоты, В, кВ.
     Случайные события представляют собой внезапные и значительные изменения формы напряжения, приводящие к отклонению его параметров от номинальных.
     Случайные события:
     – прерывание напряжения. Прерывания напряжения делят на создаваемые преднамеренно и случайно. Если пользователь электрической сети информирован о предстоящем прерывании напряжения, то прерывание напряжения намеренное, как правило, обусловленное проведением запланированных работ в электрических сетях. Если прерывание вызываемо длительными или кратковременными неисправностями, обусловленными, в основном, внешними воздействиями, отказами оборудования или влиянием электромагнитных помех, то такое прерывание напряжение случайное.
     В свою очередь случайные прерывания подразделяют на длительные (длительность более 3 мин) и кратковременные (длительность не более 3 мин);
     – провал напряжения. Провал напряжения – внезапное понижение напряжения в точке электрической сети ниже 0,9Uном, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток вре­мени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд .
     Параметром провала напряжения является длительность провала напряжения (??t?_п), рассчитываемая как разница между временем восстановления напряжения t_к и временем начала провала напряжения t_н:
                         ?t_п=t_к-t_н ,      						          	(8)
где t_к,  t_н ? начальный и конечный моменты провала напряжения.
     По ГОСТ 13.109-97 длительность восстанавливаемого провала напряжения не может превышать 30 с;
     – временное перенапряжение. Временное перенапряжение характеризуется коэффициентом временного перенапряжения (K_перU) – это величина, равная отношению максимального значения огибающей амплитудных значений напряжения за время существования временного перенапряжения к амплитуде номинального напряжения сети, вычисляется по формуле (9):
                         K_перU=U_(a max)/(?2 U_nom )	.						       (9)
где U_(a max)  ? максимальное амплитудное значение напряжения на каждом полупериоде основной частоты, В, кВ.
     Также вычисляют длительность временного перенапряжения t_(пер U) по формуле (10):
                        t_(пер U)=t_(к пер)-t_(н пер)        		                                   (10)
где  t_(к пер)  ?   момент времени превышения действующим значением напряжения уровня, равного ?1,1U?_nom;
t_(н пер      )? момент времени спада действующим значением напряжения уровня, равного ?1,1U?_nom.
     – импульсное перенапряжение. 
Импульсное перенапряжение (ИП) – кратковременный значительный скачок напряжения, а также появление на металлических конструкциях электродвижущей силы. Перенапряжения в электросети выводят из строя стандартные простые схемы защиты от импульсных помех (например, варисторы) и импульсные блоки питания.
     Таким образом, на основании изученных основных показателей качества была составлена таблица 1.2.
     Таблица 1.2 – Влияние показателей на качество ЭЭ
№ 
Наименование показателя качества ЭЭ
Показатель КЭ
Негативные последствия
1
2
3
4
1
Отклонение частоты
?f=f_m-f_nom
– снижение количества оборотов турбины;
– увеличение потерь активной мощности;
– уменьшение производительности агрегатов;
– сокращается срок службы оборудования.



Продолжение таблицы 1.2
1
2
3
4
2
Отклонение напряжения
??U?_((-))=(U_0-U_(m(-)))/U_0 ?100%,
??U?_((+))=(U_(m(+))-U_0)/U_0 ?100%
– ухудшение или срыв технологического процесса;
– снижение срока службы ламп освещения;




– снижение пускового момента двигателя;
– снижение срока службы двигателя;
– увеличение потребляемой двигателем, реактивной мощности.
3
Колебания напряжения
?
– появление фликер эффекта;
? ухудшение работы оборудования;
? увеличение потерь ЭЭ, вследствие колебания момента на валу электрических машин;
? ложная работа устройств релейной защиты и автоматики.












Продолжение таблицы 1.2

1
2
3
4
4
Несинусоидальность напряжения
K_U(n) =U_(n)i/U_1(i)  ?100
K_Ui=?(?_(n=2)^40?U_(n)i^2 )/U_(1)i ?100
?  ухудшение изоляции ЛЭП;
– пробой конденсаторов;
? увеличение потерь в трансформаторах;
? увеличение потерь в электрических машинах;
? неправильная работа счетчиков ЭЭ;
? ложное срабатывание устройств релейной защиты и автоматики.
5
Несимметрия напряжения
K_2Ui=U_2(1)i/U_1(1)i ?100,
K_0ui=??3 U?_0(1)i/U_1(1)i ?100
? снижение срока службы электрических машин;
? снижение скорости вращения асинхронных двигателей;




? возрастание вибраций вала двигателя, шум;
?  перегрев оборудования;
?  технологический ущерб.
6
Прерывания напряжения
?
? отказ работы оборудования;
7
Провалы напряжения
?t_п=t_к-t_н
?  отказ работы оборудования;
? сбой в работе микропроцессоров;
? ухудшается качество продукции, полученной в ходе технологического процесса.
8
Временное перенапряжение
K_перU=U_(a max)/(?2 U_nom )
t_(пер U)=t_(к пер)-t_(н пер)

?  выход из строя оборудования;
?   разрушение изоляции.
9
Импульсное перенапряжение
?
?  выход из строя оборудования;
?   разрушение изоляции.
     
     Таким образом, на основании таблицы 1.2, ухудшение качества ЭЭ приводит к негативным последствиям, следовательно, присутствует необходимость в повышение качества ЭЭ.
     
     1.1.1 Способы повышения качества электрической энергии на концах, протяженных воздушных линий электропередачи при помощи изменения структуры линии
     
     Увеличенные потери напряжения в протяженных сельских сетях, существенные колебания нагрузки, использование в большинстве случаев на потребительских подстанциях трансформаторов без РПН делают задачу регулирования напряжения в сельских сетях более сложной, чем в городских. По результатам анализа режимов напряжения и электропотребления для обеспечения требуемого режима напряжения на зажимах потребителей могут быть использованы реконструкция протяженной ВЛЭП с увеличением сечения провода и сохранением номинального напряжения и применение реклоузера.
     ?  реконструкция протяженной воздушной ВЛЭП с увеличением сечения провода и сохранением номинального напряжения. [12] Передача ЭЭ по протяженным ВЛЭП сопровождается потерями ЭЭ. Потери ВЛЭП определяются по формуле (11):
                       ?P=3?I^2?L/(??F)  ,                                                                                (11)
     где L  ?  длина линии, м;
     ?    ?  удельная проводимость материала провода, м/(Ом??мм?^2 );
     F  ?   сечение провода, ?мм?^2.
      Формула (11) показывает, что потери ЭЭ зависят от пути передачи ЭЭ, (чем короче путь получения энергии потребителем, тем меньше потери ЭЭ), а также зависят от удельной проводимости материала провода (чем больше пропускная способность и сечение провода, тем меньше потери ЭЭ).
     Исходя из вышесказанного для повышения качества ЭЭ в линиях 10 кВ следует либо уменьшать длину, либо увеличивать сечения провода. Первый вариант исключается по причине того, что поскольку требуется протяженная линия 10 кВ. Второй вариант экономически нецелесообразен, так как при увеличении сечения на напряжении 10 кВ возникает высокая недогруженность линии вследствие подключения маломощных потребителей.  Также возникают потери, увеличивается стоимость монтажа (строительство дорогостоящих ВЛЭП, увеличение массы провода). Реконструкция ВЛ предусматривает замену опор, провода и линейной арматуры, что ведет к значительным финансовым и временным затратам. 
     ? использование реклоузеров. Реклоузер  ?  автоматический пункт секционирования сети, в состав которого входит шкаф высоковольтной аппаратуры с вакуумным выключателем, шкаф управления с микропроцессорной релейной защитой и автоматикой. 
     Реклоузер производит оперативные переключения в распределительной сети, а также автоматическое:
     ?   отключение поврежденного участка; 
     ?   повторное включение линии; 
     ?   выделение поврежденного участка; 
     ?   восстановление питания на неповрежденных участках сети;
     ?   сбор информации о параметрах режимов работы сети.
     Внедрение реклоузеров позволяет снизить недоотпуск ЭЭ. Но применение данного метода для обеспечения качества ЭЭ на концах, протяженных ВЛЭП не целесообразно, так как данное устройство обеспечивает только надежность.
     На основе проведенного анализа данных методов можно сделать вывод, что изменение структуры сети потребителей и применение реклоузера ведет к значительным затратам.
     
     
     1.1.1 Способы повышения качества электрической энергии на концах, протяженных воздушных линий электропередачи при помощи специальных регулирующих устройств
     
     Регулирование напряжения при помощи специальных регулирующих устройств в электрических системах обеспечивает требуемое качества электроэнергии, отпускаемой потребителям, повышает экономичность эксплуатации систем и управления энергосистемами в нормальных и аварийных режимах. Под регулированием понимается текущее изменение параметров системы (напряжения, коэффициентов трансформации и потерь напряжения), применяемое в целях обеспечения желательного режима напряжений. Принципиально способы регулирования напряжения можно разделить на две основные группы:
     1) регулирование изменением потерь напряжения в элементах сети;
      2) регулирование напряжения на питающем или приемном конце сети (регулирование возбуждения генераторов или коэффициента трансформации трансформаторов с РПН).
     Выбор исходных положений для регулирования напряжения во многом зависит от местных условий, типа сети, состава электроприемников и т. п. На практике широкое распространение централизованное и местное регулирование. При централизованном регулировании в ЦП одновременно поддерживаются допустимые уровни напряжения для группы потребителей. Централизованное регулирование напряжения подразделяется на три типа в зависимости от характера графиков нагрузок: стабилизация напряжения; двухступенчатое регулирование; встречное регулирование напряжения. В таблице 1.3 приведены типы централизованного регулирования напряжения.
Таблица 1.3 – Типы централизованного регулирования напряжения
Тип регулирования
Описание
Графическое представлени
1
2
3
Стабилизация напряжения
применяется для потребителей с неизменным графиком нагрузки, где необходимый уровень напряжения требуется поддерживать на одном уровне в течение суток

Двухступенчатое регулирование
применяют для нагрузок, график которых имеет два явно выраженных уровня. При этом способе регулирования поддерживаются два требуемых уровня напряжения соответствии с графиком нагрузок.

Встречное регулирование
регулирование напряжения, при котором напряжение повышается с увеличением нагрузки и снижается при ее уменьшении. Встречное регулирование напряжения применяется для потребителей с многоступенчатым графиком нагрузок. Для поддержания требуемых уровней напряжений на шинах потребителя напряжение следует регулировать в соответствии с графиком нагрузок. Сущность встречного регулирования напряжения заключается в поддержании максимально допустимого напряжения в электрических сетях на период наибольших нагрузок, и в уменьшении его до номинального значения в период наименьших нагрузок. Таким образом, напряжение на зажимах потребителей находится в допустимых пределах.

     
     Местное регулирование предполагает поддержание требуемых уровней напряжения непосредственно на шинах потребителя. Для регулирования напряжения на шинах потребителей с целью обеспечения стабильности технологических процессов, а значит и качества выпускаемой продукции используются генераторы на электростанциях, трансформаторы с устройствами регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) и без нагрузки (ПБВ); вольтодобавочные трансформаторы;  компенсирующие устройства, вырабатывающие (батареи конденсаторов, синхронные компенсаторы в перевозбужденном режиме) и потребляющие (реакторы, синхронные компенсаторы в недовозбужденном режиме) реактивную мощность. Некоторое участие в регулировании напряжения принимают и нагрузки, снижающие потребление активной и особенно реактивной мощности при снижении напряжения на их шинах (регулирующий эффект нагрузки). 
     Регулирование коэффициента трансформации трансформаторов, автотрансформаторов и линейных регуляторов - наиболее распространенный метод регулирования напряжения на шинах потребителей. Изменение коэффициента трансформации трансформаторов и автотрансформаторов под нагрузкой производят при наличии встроенного устройства для регулирования напряжения (РПН). Коэффициент трансформации для трансформаторов с ПБВ изменяется в пределах ±2*2.5 %, для РПН регулировочный диапазон может достигать ±16%, а для регулировочных трансформаторов ±25%.
     Устройства ПБВ трансформаторов общего назначения выполняются с ручным приводом, выполненным в виде рукоятки выведенной, как правило, на крышку трансформатора. Этот привод снабжается приспособлением, надежно фиксирующим устройство ПБВ в каждом его рабочем положении, соответствующем выбранному ответвлению обмотки. Устройство ПБВ состоит из избирателя (переключателя ответвлений) и привода. Переключающее устройство ПБВ выполняется обычно в виде кругового реле, принципиальная схема обмоток и переключателя трансформатора с ПБВ в однофазном исполнении приведена на рисунке 1.4.
     
     Рисунок 1.4 – Трансформатор с устройством ПБВ
     Устройство ПБВ применяется в распределительных трансформаторах малой и средней мощности для переключения обмоток ВН (6, 10, реже 20 и 35 кВ), а также для переключения на стороне низшего напряжения мощных высоковольтных трансформаторов, у которых обмотки высшего напряжения переключаются под нагрузкой. Если кратковременное отключение питания является допустимым условием технологического процесса, применение устройства ПБВ является предпочтительнее применения более сложных и дорогостоящих устройств РПН; [7]
     Устройство РПН позволяет переключать ответвления и соответственно изменять коэффициент трансформации трансформатора под нагрузкой, обеспечивая требования ГОСТ Р 32144-2013 по уровням напряжений. [7]
     На рисунке 1.5 приведена схема переключения устройств РПН с реактором, РПН с резисторами.
     
     
     
      
     Рисунок 1.5 – Схема переключающих устройств:
     а – РПН с реактором;
     б – РПН с резисторами
     В качестве средств местного регулирования напряжения в городских и сельских сетях помимо устройств ПБВ и РПН могут использоваться вольтодобавочные трансформаторы.
     Последовательные регулировочные (вольтодобавочные) трансформаторы (ВДТ) используются для регулирования напряжения на шинах подстанций, где установлены трансформаторы и автотрансформаторы без устройств регулирования коэффициента трансформации под нагрузкой. Кроме того, они могут устанавливаться для регулирования напряжения на отдельных линиях и группах линий. Для регулирования напряжения на шинах подстанций регулировочные трансформаторы (РТ) включаются последовательно с силовым трансформатором (Т) без устройства РПН. Последовательный регулировочный трансформатор состоит из двух трансформаторов: последовательного (ПТ), который включается последовательно с обмоткой основного трансформатора или автотрансформатора и питающего регулировочного (ПРТ) (рисунок 1.6) который подключается к источнику питания. [7]
     
     
     Рисунок 1.6 - Схема последовательного регулировочного трансформатора (фаза А)
     На первичную обмотку 1 питающего регулирующего трансформатора может быть подано фазное напряжение одноименной или разноименной фаз или любое междуфазное напряжение. Вторичная обмотка ПРТ 2 содержит устройство переключения числа витков 3, подобное РПН. Первичная обмотка последовательного трансформатора 4 включена между средней точкой вторичной обмотки питающего трансформатора и переключающим устройством. Вторичная обмотка ПТ 5 включается последовательно с обмоткой высшего напряжения силового нерегулируемого трансформатора ВН. В настоящее время последовательные регулировочные трансформаторы (вольтодобавочные) изготавливаются в виде трёхфазных автотрансформаторов с высшим напряжением 220, 330 кВ и в виде однофазных автотрансформаторов с высшим напряжением 500, 750 кВ с широкими пределами регулирования. [7]
     Генерация реактивной мощности кроме трансформаторов ПБВ, РПН, ВДТ может быть обеспечена установками компенсации реактивной мощности (УКРМ). 
     Основным предназначением УКРМ является снижение действия реактивной мощности, служит для увеличения и поддержания на определенном нормативном уровне величины коэффициента мощности в трехфазных распределительных сетях. Главное предназначение УКРМ, является аккумуляция в конденсаторах реактивной мощности. Это действие помогает разгрузить электрическую сеть от перетоков реактивной мощности, происходит стабилизация напряжения, увеличивается доля активной мощности [8]. На рисунке 1.7 приведен внешний вид УКРМ-10 кВ.
     
     Рисунок 1.7 - Внешний вид УКРМ-10 кВ
     УКРМ подразделяются:
      батареи статических конденсаторов (БСК). БСК состоит из групп силовых конденсаторов, путем параллельно — последовательного соединения их в звезду или треугольник в зависимости от режима работы нейтрали. [8]
     Батареи статических конденсаторов (БСК) применяются для генерации реактивной мощности в узлах сети и включаются на шинах понижающих подстанций. БСК собираются из отдельных конденсаторов, соединенных последовательно и параллельно. Последовательное соединение конденсаторов поз.......................