ЮЛКОР-ЭЛЕКТРО
Применение устройств плавного регулирования напряжения
В разветвлённой электрической сети, каковыми являются городские, сельские и промышленные электросети, невозможно обеспечить высокое качество электроэнергии у всех электропотребителей. Из-за падения напряжения в линиях и трансформаторах, создаваемого нагрузками, напряжение в начале линии всегда выше, чем в конце её и никогда не остаётся неизменным, так как мощности электропотребителей всё время изменяются. уровни напряжения у удалённых потребителей всегда ниже номинального, а у ближайших к подстанции - ниже. Чем слабее линия (меньше сечение провода и больше его длина) и чем больше нагрузка, тем больше разница напряжений в начале и в конце линии. Для обеспечения приемлемого напряжения у потребителей, подключённых в конце линии энергосистема вынуждена повышать напряжение, из-за чего подключённые в начале линии электропотребители несут ущерб от повышенного напряжения, тогда как удалённые- от пониженного. Сюда нужно добавить суточные и сезонные изменения нагрузки, вызывающие медленные отличия напряжения от номинального - отклонения напряжения, и быстрые его изменения - колебания, вызванные, например, электросваркой.
Наиболее подверженными влиянию отклонений и колебаний напряжения являются осветительные электроприёмники. Так световой поток ламп накаливания пропорционален напряжению в четвёртой степени 3,6, F=(U/Uн)3,6, тогда как срок службы- в четырнадцатой - T=(U/Uн)14. На рис.1 приведены зависимости основных характеристик ламп накаливания и люминисцентных от отклонений напряжения V. Как видно из рисунка, все технико-экономические показатели работы ламп ухудшаются при отклонении напряжения от номинального. Однако наибольший ущерб в условиях возросшей стоимости ламп возникает за счёт сокращения их срока службы при некачественном напряжении.
При наличии колебаний напряжения основным фактором его отрицательного влияния является воздействие на зрение изменений освещённости, вызываемой колебаниями напряжения, что учитывается дозой колебаний (фликера) за заданный промежуток времени.
Установлено, что степень влияния колебаний напряжения на зрение зависит от их частоты, которая определяет и частоту мигания ламп. Наиболее неблагоприятной является частота миганий 10 Гц. Следовательно, быстродействие устройств, устраняющих колебания напряжения - регуляторов и стабилизаторов напряжения - должно быть не ниже (0,05-0,1) сек, что возможно лишь при плавной быстродействующей стабилизации напряжения.
Влияние небольших отклонений напряжения на асинхронные и коллекторные асинхронные электродвигатели бытовых машин и аппаратов сводится к ухудшению технико-экономических показателей их работы. Так, при понижении напряжения возрастают потребляемый ток и потери мощности, а при повышении напряжения - возрастает потребляемая реактивная мощность асинхронных двигателей из-за увеличения тока намагничивания.
При значительных понижениях напряжения уменьшение критического и пускового моментов электродвигателей, пропорциональное квадрату напряжения, может приводить к переходу их в режим короткого замыкания при заторможенном роторе. В условиях частых отключений электроэнергии, когда имеет место одновремённый пуск электродвигателей холодильников, кондиционеров и др., в результате дополнительного снижения напряжения сети возможен выход из строя однофазных электродвигателей из-за длительного включения их пусковых обмоток.
Влияние отклонений напряжения на нагревательные приборы сводится, в основном, к уменьшению отдаваемой ими тепловой мощности примерно пропорционально квадрату напряжения, что вынуждает потребителя увеличивать установленную мощность нагревателей и может приводить к дополнительному перерасходу электроэнергии.
В случае электрических печей, например, в высотных домах, процесс приготовления пищи затягивается, что также приводит к перерасходу электроэнергии.
Современная радиоэлектронная аппаратура и вычислительная техника, в основном, комплектуются импульсными блоками питания, что обеспечивает её работоспособность в широком диапазоне изменения напряжений электрической сети. Однако рабочий диапазон в сторону повышения напряжения ограничен узкими пределами и поэтому повышения напряжения сети свыше (240 -250) В могут приводить к выходу из строя блоков питания радиоэлектронной аппаратуры в результате пробоя входного конденсатора или силового транзистора.
Блоки питания телевизоров с экраном более 80 см по диагонали наиболее критичны к отклонениям, и особенно, колебаниям напряжения. Учитывая их высокую стоимость, ущерб при выходе из строя подобной аппаратуры является существенным.
Для таких потребителей, как ксероксы, линии по обработке цветной фотопродукции, понижения напряжения сети приводят к ухудшению качества производимой продукции, а ниже допустимого предела - даже к браку.
В то же время, благодаря применению импульсных блоков питания в радиоэлектронной аппаратуре и в компьютерах, указанное оборудование в значительной мере стало нечувствительным к искажениям формы кривой питающего напряжения и, как показывает опыт применения регулирующих устройств и бесперебойных источников питания, значительно искажающих форму выходного напряжения, никаких отрицательных последствий при искажении формы кривой напряжения с содержанием высших гармоник до 10% и более не наблюдается.
Высшие гармоники практически не влияют на электроосвещение, электронагревательные приборы, и, в очень малой степени, на электродвигатели бытовых машин и аппаратов.
Таким образом, можно сделать вывод, что ущерб от отклонений и колебаний напряжения является определяющим по сравнению с искажением формы кривой напряжения, возникающим при регулировании напряжения с помощью тиристорных устройств, при условии их ограниченного содержания высших гармоник - (5-10)%.
Наибольшее распространение в настоящее время получили бытовые корректоры напряжения со ступенчатым переключением отпаек вольтодобавочного автотрансформатора с помощью управляемых элементов - симисторов либо электромеханических реле, которые часто неправомерно называют стабилизаторами переменного напряжения. Подобные корректоры напряжения могут поддерживать напряжение, близкое к номинальному, с точностью, не превышающей величину ступени регулирования. Однако устранение колебаний напряжения ступенчатыми корректорами невозможно, так как при колебаниях напряжения внутри ступени регулирования корректор полностью воспроизводит их либо даже усиливает если колебания напряжения происходят на границах переключения ступеней из-за явления перерегулирования. Указанный недостаток усугубляется тем, что с целью уменьшения числа управляемых элементов ступень регулирования выполняют достаточно большой- 15%, из-за чего мигания ламп становятся значительными.
Наилучшими характеристиками обладают плавнорегулируемые стабилизаторы переменного напряжения (СПН), простыми и надёжными среди которых являются СПН с естественной коммутацией тиристоров. Благодаря способности быстродействующей реакции измерительного и исполнительного органов подобных стабилизаторов на изменение входного напряжения его выходное напряжение остаётся практически неизменным даже при быстрых и глубоких колебаниях напряжения питающей сети. Именно такими свойствами обладают стабилизаторы СПН1-220 "Юлкор-Электро".