Вплив відхилень напруги на роботу споживачів електричної енергії. Допустимі відхилення напруги

Найефективніше споживачі електричної енергії працюють при номінальній напрузі. Проте забезпечити подавання номінальної напруги до всіх споживачів практично не можливо. Всякий провідник має певний опір, тому проходження електричного струму по електричній мережі пов’язане із втратами напруги. Ці втрати не залишаються сталими, так як навантаження мережі постійно змінюється на протязі доби, сезону, року і т.д.

Внаслідок зміни навантаження змінюється і втрата напруги в мережі, і як наслідок, змінюється напруга на затискачах у споживачів. Ці зміни можуть бути швидкими і короткочасними (наприклад під час пуску асинхронного двигуна із короткозамкненим ротором) або повільними і тривалими (при поступовій зміні навантаження на протязі доби або року і при плавному регулюванні напруги).

Короткочасні і швидкі зміни напруги в мережі називають коливанням напруги.

Поступову зміну напруги називають відхиленням напруги. Відхилення напруги – це алгебрагічна різниця між напругою в даній точці і номінальною напругою мережі. Відхилення напруги виражають у вольтах або у відсотках від номінальної напруги мережі.

При розподілі навантаження вздовж мережі, що виконана проводом постійного перерізу, відхилення напруги в різних точках мережі буде різними (рисунок 7.1). На початку мережі (точка А) напруга найбільша, а в кінці (точка В) – найменша. Номінальною напруга буде лише в точці С.

Рисунок 7.1 – Графік розподілу напруги в лінії із рівномірним навантаженням

Відхилення напруги у вольтах на початку лінії (точка А):

. (7.1)

Відхилення напруги у вольтах в кінці лінії (точка В):

. (7.2)

Відхилення напруги від номінальної впливає на роботу споживачів електричної енергії. Найбільш чутливі до зміни напруги лампи розжарювання. При зміні напруги лише на 1% потужність лампи змінюється на
1,5 %, світловий потік на 3,5 %, світлова віддача на 1,8 %, строк служби на 13…14%. Із сказаного слідує, що для ламп розжарювання відхилення напруги від номінальної є дуже не бажаним.

Люмінесцентні лампи менш чутливі до зміни напруги. При зміні напруги на 1% їх світловий потік змінюється на 1 %, а світлова віддача на 0,5 %. Проте при зниженні напруги на 6…7 % вони не загоряються, а при збільшенні напруги на 6…7 % перегріваються дроселі та інша допоміжна апаратура.

Нагрівальні прилади (плити, праски, електропечі та ін.) відносно мало реагують на зміну напруги. Але потрібно враховувати те, що їх електрична потужність змінюється пропорційно квадрату напруги (). Це означає, наприклад, що при напрузі 90 % від номінальної, електрична праска потужністю 400 Вт розвиває потужність лише 324 Вт (81%).

Зниження напруги веде до зменшення потужності електродвигунів. Важливо відмітити, що момент на валу асинхронного електродвигуна змінюється пропорційно квадрату прикладеної напруги (наприклад, при напрузі 90 % від номінальної момент обертання становитиме 81 % від номінального. Тому при зниженні напруги нормально завантаженого двигуна він може зупинитися (перекинутися), при цьому ізоляція виходить із ладу.

В діючих нормах встановлено, що в сільських електричних мережах напруга на затискачах струмоприймачів не повинна перевищувати більше ніж на 5% і знижуватися також більше ніж на 5% від номінальної напруги мережі, тобто знаходитися в межах ± 5% від U_н. Допускається максимально допустиме короткочасне відхилення напруги до ± 10%.

Напруга (відхилення напруги) у споживачів в значній мірі залежить від втрати напруги в елементах електричної мережі. Рівень напруги можна дещо підвищити шляхом підвищення напруги на шинах джерела живлення. Зменшити коливання напруги можна також шляхом збільшення перерізу проводів, але це веде до збільшення вартості лінії. Доцільніше за все підтримувати рівень напруги в мережі шляхом регулювання.

Електричні мережі необхідно проектувати таким чином, щоб найбільші відхилення напруги не перевищували допустимі значення і були якомога ближчими до них, щоб запобігти зайвих витрат металу проводів.

Втрата напруги в лінії пов’язана безпосередньо із відхиленням напруги. Для лінії (рисунок 7.1) відхилення напруги виражається наступним чином (7.1), (7.2):

. .

Віднімемо із першого виразу другий, і отримаємо:

. (7.3)

Із виразу (7.3) видно, що втрата напруги в лінії дорівнює різниці між відхиленням напруги на початку і в кінці даної лінії.

Як відмічалося вище, навантаження в лінії не залишається незмінним, а постійно і плавно змінюється.

Спостереження показали, що мінімальне навантаження в сільських електричних мережах не знижується менш ніж до 25 % від максимального, тобто .

Відповідно, розрахунок електричних мереж виконують для двох випадків: для навантаження 100 і 25 % максимуму. В першому випадку втрата напруги в мережі буде максимальною і напруга у найбільш віддалених споживачів буде найнижчою. Відповідно, лінію розраховують таким чином, щоб відхилення напруги було більше – 5%, тобто

. (7.4)

І навпаки, при навантаженні 25 % від максимуму втрата напруги в мережі приблизно в 4 рази менша, тому напруга в мережі, а особливо у споживачів, що розташовані поблизу підстанції може значно перевищувати номінальну. В цьому випадку приймають заходи, щоб відхилення напруги при 25% навантаженні не були більшими +5%, тобто

. (7.5)