dnes je 6.7.2020

Input:

Řízení distribučních sítí 06: Regulace napětí

23.6.2020, , Zdroj: Verlag Dashöfer

4.7.6
Řízení distribučních sítí 06: Regulace napětí

Doc. Ing. Petr Toman, Ph.D. a kolektiv autorů

Pro stanovení skutečné odchylky napětí (tj. rozdílu mezi skutečným napětím v daném místě sítě a napětím jmenovitým) je třeba určit úbytek napětí - tj. rozdíl napětí mezi dvěma různými místy v síti – např. mezi začátkem a koncem vedení nebo mezi primární a sekundární stranou transformátoru (při napětích přepočtených na stejnou stranu).

Úbytek napětí U se určí jako rozdíl velikostí napětí (7.1):

Při návrhu distribuční sítě je třeba stanovit úbytky napětí, které vzniknou na venkovních nebo kabelových vedeních a na transformátorech při předpokládaném výpočtovém zatížení. Při výpočtu úbytku napětí na vedeních vn a nn a na transformátorech lze zanedbat příčné admitance. Přehledně je postup výpočtu uveden v Tab. 7.1.

Tab. 7.1: Postup výpočtu úbytku napětí

Pro podélné reaktance, kde je X  R, lze hodnotu zanedbat – platí pro vedení. Naopak pro transformátory, kde X  R je potřeba tuto hodnotu ve výpočtu uvažovat jak uvádí kapitola a kde je dále uvedeno také odvození výše uvedených vztahů pro výpočet U.

Úbytek napětí v rozvodech k motorickým spotřebičům

Důležitá je otázka přípustného poklesu napětí na svorkách motoru. Při rozběhu motorů se zvýší proud a tím i úbytek napětí v přívodu k motoru. Sníží se napětí na svorkách motoru, případně i na přípojnicích v rozvodně nebo na napájecím transformátoru. Napětí na svorkách motoru může při rozběhu poklesnout pod přípustnou mez. Prodlouží se tím doba rozběhu nebo se motor vůbec nerozběhne.

Pokles napětí u motorických spotřebičů určených pro trvalý, přerušovaný nebo krátkodobý chod způsobený jejich jmenovitým proudem nemá způsobit menší svorkové napětí motoru než 95% jeho jmenovitého napětí. Pokud je úbytek napětí větší, nesmí být na závadu bezpečného provozu zařízení.

U pohonů s těžkým rozběhem je nutno kontrolovat napětí na svorkách spouštěného motoru v okamžiku spouštění. Pro pokles napětí způsobený spouštěcím proudem neplatí hodnoty minimálního napětí a musí se vycházet pouze z bezpečného rozběhu zařízení. Aby došlo k rozběhu motoru, musí být záběrný moment motoru při poklesu napětí Mz větší než záběrný moment potřebný k rozběhu poháněného zařízení Mr (Obr. 7.1).

Obr. 7.1: Momentové charakteristiky

Musí tedy platit, že (7.2):

Obr. .: Momentové charakteristiky

Musí tedy platit, že (7.2):

kde

Mzn je záběrný moment motoru při jeho nominálním napětí Un,

Mz je záběrný moment motoru při napětí Un,

Mr je záběrný moment potřebný pro rozběh poháněného zařízení.

Zapsáno v poměrných hodnotách (7.3):

mu2 ≥ k

z čehož lze pro hodnotu napětí na svorkách motoru odvodit podmínku (7.4):

a pro úbytek napětí musí platit (7.5):

Bude-li pokles napětí na začátku rozběhu způsobený rozběhovým proudem motoru Iz s účiníkem cosz splňovat uvedenou podmínku, bude splněna výchozí podmínka Mz  Mr, motor se rozběhne.

Eliminace odchylek napětí

Průřez elektrického vedení i výkon napájecích transformátorů se volí tak, aby nedocházelo k nepřípustnému poklesu napětí a aby se omezilo kolísání napětí v síti. Pro zajištění požadované hodnoty napětí ve všech místech distribuční sítě lze dále využít:

  • automatickou regulaci napětí u transformátorů vvn/vn,

  • přestavení odboček distribučních transformátorů vn/nn,

  • kompenzace parametrů vedení,

  • kompenzace jalového výkonu,

  • zařazení dalšího regulačního transformátoru nebo autotransformátru,

  • rekonstrukcí elektrického vedení,

  • zvýšením počtu napájecích stanic.

Regulace transformátorů 110 kV/vn

Sítě 110 kV tvoří spojovací článek mezi přenosovou soustavou (PS) a mezi distribučními soustavami vysokého napětí. Tyto sítě v současné době nejsou provozovány paralelně s vedeními PS a tvoří uzlové oblasti (UO) 110 kV, které jsou paprskovitě napojeny přes rozdělovací transformátory PS/110 kV na PS. V UO 110 se provádí autonomní regulace v jednotlivých pilotních uzlech 110 kV napojených na příslušnou transformovnu PS nebo elektrárnu. Aktuální identifikaci jednotlivých UO110, koordinaci činností všech akčních členů v regulačních procesech zajišťuje nadřazená stanice automatické regulace napětí ARN, která je umístěna na dispečincích REAS.

Posledním článkem regulace napětí v distribuční síti je transformátor 110kV/vn, na kterém lze provádět změnu napětí pod zatížením. Většina těchto transformátorů je provedena s odbočkovým přepínačem na straně vyššího napětí v rozsahu 110kV  8x2%/vn. a automatickým regulátorem napětí, který reguluje napětí na sekundární straně podle charakteristiky (7.6):

kde

u2 napětí na výstupu

uz nastavená hodnota napětí

In jmenovité zatížení transformátoru

I2 skutečné zatížení transformátoru

proudová kompaundace

Proudová kompaundace umožňuje zvýšení napětí na výstupu transformátoru při vyšším zatížení a tím eliminaci úbytku napětí na samotném transformátoru i v síti vn a dosažení potřebného napětí i na koncích delších vedení.

Nastavení převodu distribučních transformátorů vn/nn

Distribuční transformátory jsou vybaveny odbočkami na primární straně, které lze přepínat ve stavu bez napětí:

  • 3 stupně - +5%, 0%, -5% (starší transformátory)

  • 5 stupňů - +5%, +2,5%, 0%, -2,5%, -5%

Napětí na výstupu transformátoru je (7.7):

kde

u2 napětí na sekundáru

u1 napětí na primáru

uT odchylka nastavením odbočky

uT úbytek napětí na transformátoru

Na základě uvedených možností regulace napětí lze profil napětí v distribuční síti jednoduše popsat pomocí .

Obr. .: Průběh odchylek a úbytků napětí v sítích 110 kV, vn a nn

Charakteristický (kontrolní) bod

V distribuční soustavě zpravidla jeden transformátor 110 kV/vn napájí samostatně dílčí oblast. Pro účely regulace se tato oblast nahradí tzv. charakteristickým bodem, jehož napětí nejlépe reprezentuje napětí v oblasti. V kontrolním bodě je nutno udržovat takové napětí, aby byly splněny požadavky všech spotřebitelů napájených od tohoto kontrolního bodu. Stanovení mezních napětí v kontrolních bodech je ukázáno na příkladu kontrolního bodu (napětí Uk) zásobujícího několik spotřebitelských napájecích