Чувствительность потребительских аппаратов.
Номинальные напряжения распределительных сетей СН и НН выбираются из ограниченного набора величин. Аппараты, габаритные размеры которых соответствуют некоторому номинальному напряжению, удовлетворительно работают и в области напряжений, близкой к номинальному значению.
Приближенно можно характеризовать чувствительность аппарата шириной этой области. Так, области допустимых напряжений равны: ± 5% для приборов бытовых нужд (кухонных плит, утюгов, водо- подогревателей и т. д.) и ламп накаливания (ламп бытового освещения и прожекторов);
от ± 8 до ± 9% для люминесцентных ламп двигателей (стиральных машин, вентиляторов, кондиционеров), радио- и телевизионных приемников.
Эти области не всегда сконцентрированы вокруг номинального напряжения, а чаще даже вокруг несколько меньшего напряжения (например, для некоторых двигателей). Условия пуска (для двигателей) и зажигания (для люминесцентных ламп) обычно определяют нижнюю границу напряжения.
Внутри областей эффективность приборов изменяется в зависимости от величины напряжения.
Потребляемая мощность меняется следующим образом: в асинхронных двигателях пропорционально напряжению;
в других типах двигателей в меньшей степени; в люминесцентных лампах в большей, чем пропорционально второй степени;
для бытовых нужд пропорционально квадрату напряжения; для освещения с помощью ламп накаливания пропорционально кубу напряжения.
Однако изменения мощности отражаются только частично на потреблении электроэнергии, поскольку срок службы ряда аппаратов (в частности, двигателей) зависит в большей степени от использованной ими энергии, чем от мощности.
Энергия, потребляемая в течение достаточно длительного времени (недели, года), изменяется в зависимости от значения среднего напряжения у потребителя; уточнить закон, который их связывает, затруднительно, но приближенно полагают, что относительное изменение энергии пропорционально диапазону, заключенному между величиной напряжения и значением квадратного корня из этого напряжения.
Регламентирование ограничений отклонений напряжения.
Установление целесообразных областей напряжения приводит к поиску средств поддержания напряжения распределительных сетей. Так появилось понятие максимальных допустимых отклонений.
По техническим условиям в сетях НН максимальные отклонения напряжения принимаются равными ± 5% в городских сетях и ± 10% в сельских местностях. Для сетей СН пределы установить более сложно.
Следовательно, качество обслуживания в вельских местностях недостаточно.
Однако в конце линии наблюдаются максимальные отклонения, воздействующие на малое число потребителей, поставка электроэнергии которым обходится дорого. Следовательно, принимается компромисс между высокой стоимостью и ограниченным качеством обслуживания.
Убытки, вызываемые медленными изменениями напряжения распределительных сетей.
1. Рассмотрим распределительную сеть с номинальным напряжением UH0M. Напряжения, являясь функцией времени, меняются также при переходе от данной точки сети к другой; потребитель, следовательно, получает напряжение, меняющееся во времени, вероятное значение которого (среднее в пространстве и во времени) равно U0.
Например, в сетях Франции U0 - Uном, в сетях ряда стран (ФРГ, США и др.) стараются иметь U0 > Uном, а в малоэлектрифицированных странах U0< Uном.
В связи с этим аппараты конструируются на напряжение U0.
Рассмотрим какую-либо точку сети в момент времени, когда напряжение в ней равно U. Пусть заранее не известно, какие нагрузки включены в этой точке, но, исходя из их вероятностной природы, можно определить средние характеристики всего множества потребителей.
Напряжение U0 должно находиться в области напряжений, которые можно рассматривать как оптимальные (см. §6.2); при этом для каждого момента времени можно записать уравнение (6.10), принимая за напряжение U не среднее напряжение, а его конкретное значение.
Для любой нагрузки, подключенной в рассматриваемой точке, уменьшение выгоды В является функцией:
отклонения напряжений U и U0 (или, более Точно, относительной величины этого отклонения AU/U0);
фактически произведенной электроэнергии в рассматриваемое время или отношения потребляемой мощности к номинальной мощности аппарата.
Итак, можно записать
(6.11)
Для всех аппаратов, включенных в той же самой точке,
Если аппараты однотипны, то отношения В01 /Р„, равны (исключительный случай). На практике обычно имеется некоторая аналогия между всеми потребителями, присоединенными к распределительной сети.
Вследствие этого можно с хорошим приближением вынести за скобки член Р, отражающий величину мощности, потребляемую в рассматриваемый момент.
Если в точке М сети напряжение равно U, а потребляемая мощность равна Р в течение промежутка времени dt, то за этот промежуток времени элементарный экономический убыток
(6.12)
Чтобы избежать путаницы между понятием изменения выигрыша dB (выведенного из условия использования потребительских аппаратов) и более расплывчатым понятием экономического убытка g, определенного только через параметры режима сети (напряжение, потребляемую мощность, промежуток времени), в формуле (6.12) изменены обозначения.
Коэффициент b является единичной стоимостью, которая зависит только от природы потребителей (но не от приборов, которыми они пользуются).
Отметим, что произведение Pdt есть энергия d3, поставленная потребителю при напряжении U. Для некоторого промежутка времени Т, в течение которого напряжение U изменяется, можно записать выражение для полного убытка:
(6.13)
В более или менее развитой сети относительные отклонения напряжения меняются от одной точки к другой. Полный убыток для всей сети можно определить как сумму убытков, найденных в каждой точке:
Двойное суммирование во времени и в пространстве (во всей сети), которое фигурирует в рассмотренных формулах, приводит к сложным расчетам. Очевидно, что суммирование в пространстве — более тяжелая операция, поскольку суммирование во времени осуществляется автоматически с помощью регистрирующих приборов или счетчиков.
Поскольку коэффициент b в формулах (6.12) и (6.13) взят с приближением, то и измерение напряжения производится приближенно, что существенно упрощает расчеты, обеспечивая в целом правильный результат.
В общем случае нагрузки в сети меняются во времени примерно одинаково. Изменения напряжения в различных точках сети в функции времени представляются вследствие этого кривыми, которые можно рассматривать как подобные. Положение точки, в которой отклонение напряжения по отношению к номинальному напряжению в точности равно средней величине отклонений всего множества потребителей (при учете равновесия в зависимости от мощностей),
мало меняется во времени. Это так называемая характерная то ч к а изменений напряжения сети.
Напряжение, измеренное в этой точке, дает возможность определить ущерб G, вызываемый отклонениями напряжения A U/:
(6.14)
Здесь b — единичная стоимость, величина которой будет уточнена ниже; Ai//Uном — отклонение напряжения в характерной точке по отношению к номинальному напряжению сети Uном (приравненному к E/0); Э — энергия, потребляемая множеством потребителей, питающихся от сети в промежуток времени Т = idt, для которого производится расчет.
