Содержание материала

Электрическая система в течение суток и в течение года работает в различных режимах нагрузок. Однако в любом режиме нагрузок электросистемы должен соблюдаться баланс (соотношение) активной и реактивной мощностей.
Современные генераторы, питающие электросистему, имеют сравнительно высокий коэффициент мощности (порядка 

0,8—0,9), поэтому их реактивная мощность сравнительно невелика.
Реактивная мощность в электрических сетях значительно превышает потерю активной мощности, так как основная нагрузка потребителей состоит из асинхронных электродвигателей, работающих с недогрузкой, кроме того, потребление реактивной мощности имеет место в трансформаторах, стоящих между генераторами и потребителями.
Баланс активной и реактивной мощностей в системе регулируется несколькими способами: установкой у потребителей статических конденсаторов, повышающих коэффициент мощности;
заменой асинхронных электродвигателей синхронными; установкой в системе синхронных компенсаторов (генераторов реактивной мощности).
Согласно ПУЭ средневзвешенный коэффициент мощности электроустановок, присоединяемых к шинам 6—10 кВ подстанций электросистем, должен быть не ниже 0,92—0,95.
Регулирование активной нагрузки генераторов электростанций, работающих на общую систему, производят в соответствии с графиками нагрузок, заданными диспетчером системы.
Приняв мощность генератора по отношению к мощности системы неизмеримо малой, можно считать напряжение на шинах генератора неизменным.

Регулирование активной нагрузки при Uф = const иллюстрирует диаграмма напряжения (рис. 3-1).
В качестве начального значения принимаем фазовое напряжение Uф генератора, падение напряжения U1 в индуктивном сопротивлении генератора и э. д. с. Е генератора. В этом случае отрезок АС пропорционален величине активной мощности, а отрезок ВС — реактивной мощности генератора.
Если увеличить вращающий момент на валу генератора при неизменном токе возбуждения, то вектор э. д. с. ОА займет положение OA1. При этом с увеличением активной мощности изменится и реактивная мощность генератора (отрезок BC1). Для сохранения реактивной мощности при увеличении активной мощности потребуется увеличение тока возбуждения генератора и увеличение его э. д. с. до значения E1 (отрезок ОА2).

Регулирование реактивной нагрузки генератора, работающего на общую систему с неизменным напряжением, осуществляется путем изменения тока возбуждения. Если увеличить ток возбуждения генератора, сохраняя вращающий момент на его роторе, то э. д. с. генератора возрастет (векторы ОА и OA1 на рис. 3-2). Реактивная нагрузка генератора при. этом также возрастет (векторы ВС и BC1). Должна была бы возрасти и активная нагрузка (векторы АС и , но поскольку вращающий момент на валу остается неизменным, то вектор э. д. с. займет положение ОА2, реактивная мощность возрастет от значения ВС до ВС2.
Регулирование частоты генераторов, работающих на общую систему, должно быть таким, чтобы колебания не превышали ±0,1—0,2 гц. Такое жесткое требование к постоянству частоты в энергосистеме связано с тем, что изменение частоты влияет на скорость вращения двигателей и может вызвать нарушение технологического процесса на предприятии.
Регулирование частоты в современных генераторах осуществляют при помощи автоматических устройств, воздействующих на изменение скорости вращения первичных двигателей.
Следующим важным показателем электрической системы является ее устойчивость.
Под устойчивостью системы понимают обеспечение параллельной работы электростанций на общую систему при тех или иных нарушениях в электросистеме. Существуют два вида устойчивости — статическая и динамическая.

 Статической устойчивостью системы называется способность системы автоматически восстанавливать исходный режим (напряжение, частоту) при малых возмущающих факторах. Например, удаленное короткое замыкание, внезапное отключение от системы некоторых не особенно мощных потребителей.
Динамической устойчивостью системы называется способность системы выдерживать (без отключения электростанций и генераторов) значительные нарушения нормального режима работы, вызванные коротким замыканием вблизи электростанций, отключением мощных потребителей.
При внезапном отключении мощных потребителей мощность турбины превысит нагрузку генератора. На валу турбины возникнет избыточный момент. Запасенная в турбине кинетическая энергия увеличит скорость вращения генератора и он может выйти из синхронизма. В этом случае система будет динамически неустойчивая.
Аналогичное явление произойдет и при трехфазном коротком замыкании вблизи генератора. В момент короткого замыкания мощность генератора резко снижается, а в турбине остается запасенная кинетическая энергия. Для увеличения динамической устойчивости системы при коротких замыканиях применяют форсировку возбуждения генератора, а также быстрое отключение поврежденной линии.
Примером развала системы электроснабжения может служить «авария века», происшедшая в районе Нью-Йорка 9 ноября 1965 г.: в 5 ч 28 мин прекратилась подача электроэнергии всего высокоиндустриального северо-востока США, а также южной части Канады. Последствия этой аварии были весьма ощутимы. Люди застряли в скоростных лифтах многоэтажных зданий и в душных тоннелях метрополитена; город лишился не только света, но и воды; застыли поезда на вокзалах; прекратили работу радио- и телевизионные станции, прекратилась сигнализация городских светофоров; телефонная связь работала с перебоями. Жизнь многих штатов США была парализована почти на 10 ч.
Подобного рода аварии происходят, конечно, очень редко и тем не менее они могут быть полностью предотвращены путем тщательного расчета и надлежащей эксплуатации электрических систем.