Регулирование питающего напряжения трансформаторных подстанций промышленных предприятий и стабилизация напряжения у потребителей является важной задачей в вопросе снижения потерь электроэнергии и повышения качества электроснабжения. Допустимая величина отклонения напряжения от номинального значения является одним из показателей качества электроснабжения (ПКЭ). Согласно ГОСТ 13109-97, величина нормально допустимого положительного δU(+) и отрицательного δU(‒) отклонения напряжения не должна превышать ±5 % от номинального напряжения Uном:
где: Um(‒), Um(+) – значения напряжения электропитания, меньшие и большие Uном соответственно.
Однако в обновленном стандарте ГОСТ 32144-2013 уже сделаны допущения в сторону предельно допустимой величины отклонения напряжения равной ±10 %, что зачастую неприемлемо для современных промышленных электроустановок.
Причинами отклонения напряжения в сети являются нелинейные нагрузки (вентильные преобразователи), дуговые печи, ударные нагрузки при включении мощных электроприводов, протяженные линии электропередачи.
Поддерживать величину отклонения напряжений без применения специальных мер и устройств невозможно. Наиболее эффективным способом является применение местных средств регулирования напряжения установленных на трансформаторных подстанциях, т. е. вблизи потребителей. В большинстве случаев такими средствами являются регуляторы под нагрузкой (РПН), регуляторы без возбуждения (ПБВ), автотрансформаторы (АТР), вольтодобавочные трансформаторы (ВДТ).
Приведенные устройства имеют свои конструктивные особенности, в которых процесс регулирования напряжения чаще всего происходит путем механического (дискретного) переключения отпаек. Недостатком такого способа является низкое быстродействие, невысокая точность регулирования добавочного напряжения, возникновение переходных процессов в момент переключения, как следствие, быстрый износ контактов.
В зависимости от графика нагрузок предприятия и времени рабочей смены, отклонение напряжения на выходе ТП может изменяться в диапазоне больше чем ±10 % от номинальной величины, а для большинства современных электроприемников условия нормальной работы определены в диапазоне отклонения напряжения ±5 % и менее. Для поддержания требуемого значения применяют устройства регулирования напряжения, в основу которых заложены разные принципы работы. Один из таких принципов можно описать следующим выражением: