Анализ способов симметрирования напряжения в сетях 0,4/0,23 кВ

Page 1
background image

Page 2
background image

56

воздушные линии

Способы снижения 

несимметрии 

напряжения

Организационные

Применение 

замкнутых 

схем

Перераспределение 

нагрузок по фазам

Технические

Снижение 

сопротивления 

сети

Выбор схем 

трансформаторов

Снижение 

длины 

сети

Увеличение 

сечения 

проводов

Вольтодобавочные 

устройства

Бустеры, 

стабилиза-

торы

Симметри-

рующие 

устройства

Анализ способов 
симметрирования напряжения 
в сетях 0,4/0,23 кВ

УДК 621.311.1:621.316

Рост

 

величины

 

и

 

несимметрии

 

нагрузок

 

потребителей

удлинение

 

линий

распредсети

 

напряжением

 0,4/0,23 

кВ

 

за

 

счет

 

новых

 

абонентов

 

приводят

 

к

 

не

-

соблюдению

 

ГОСТ

 32144-2013 

на

 

качество

 

электроэнергии

Статья

 

посвящена

 

анализу

 

результатов

 

экспериментального

 

исследования

 

различных

 

способов

 

симметрирования

 

напряжений

 

и

 

предложению

 

оптимальных

 

решений

 

проб

-

лемы

 

несимметрии

 

напряжений

 

комплексно

минимизируя

 

затраты

потери

простыми

 

средствами

 

с

 

перспективой

 

развития

 

сетей

Предложено

 

включение

 

на

 

холостом

 

ходу

 

в

 

конце

 

линии

 

трансформатора

 

со

 

схемой

 Y

0

/

Δ

Это

 

решение

 

не

 

только

 

симметрирует

 

напряжения

но

 

защищает

 

от

 

обрыва

 

нулевого

 

прово

-

да

 

и

 

повышает

 

чувствительность

 

защит

 

линии

Рассматриваемая

 

проблема

 

уже

 

давно

 

интересна

 

специалистам

 

электросетевого

 

комплекса

.

Орлов

 

В

.

В

.,

к.т.н., профессор ака-

демии военных наук, 

преподаватель ЧОУ 

ДПО «УЦ Энергетик»

Орлова

 

Э

.

О

.,

к.э.н., доцент кафед-

ры региональной 

экономики ВоГУ

Ключевые

 

слова

:

несимметрия нагрузок, 

несимметрия напря-

жений, отклонение 

напряжения, длин-

ный фидер, способы 

симметрирования 

напряжения, центр 

электрических нагру-

зок, симметрирующий 

трансформатор, воль-

тодобавочный транс-

форматор

И

сследование  схем  сель-

ских  распределительных 

электрических  сетей  на-

пряжением 0,4/0,23 кВ сви-

детельствует  об  их  неоптимальном 

построении. Такая ситуация сложи-

лась  вследствие  изменения  струк-

туры  нагрузок:  в  советское  время 

в большинстве деревень, кроме ком-

мунально-бытовой  нагрузки,  была 

и  производственная  сфера  в  виде 

небольших  молочных  ферм,  ком-

плексов  по  откорму  крупного  рога-

того  скота,  свинарников,  птичников 

и  др.  Комплектные  трансформа-

торные  подстанции  (КТП),  установ-

ленные  вблизи  бывших  производ-

ственных  объектов,  оказались  на 

окраине электрических нагрузок, что 

при большой длине линии напряже-

нием 0,4/0,23 кВ и несимметрии на-

грузок приводит к большим потерям 

электрической энергии и недопусти-

мым отклонениям напряжения. При-

соединение новых абонентов увели-

чивает эту проблему. При отсутствии 

должного  качества  электрической 

энергии  в  конце  линии  региональ-

ные  сетевые  организации,  как  пра-

вило,  используют  неэффективные 

дорогостоящие  способы  симметри-

рования  напряжения,  увеличиваю-

щие при этом потери электрической 

энергии в сети. 

Для  снижения  несимметрии  на-

пряжений  в  сетях  напряжением 

0,4  кВ  с  глухозаземленной  нейтра-

лью  разработаны  разнообразные 

способы  и  технические  средства, 

различающиеся по эффективности, 

стоимости,  экономичности,  слож-

ности, принципу действия и доступ-

ности  для  их  применения.  Следует 

отметить,  что  достигать  симметрии 

напряжений  необходимо  одновре-

менно со снижением затрат на реа-

лизацию и эксплуатацию. На рисун-

ке  1  представлена  классификация 

Рис

. 1. 

Классификация

 

способов

 

снижения

 

несимметрии

 

напряжений


Page 3
background image

57

Табл. 1. Сравнение параметров разных типов трансформаторов марки ТМГ и ТМГСУ

Марка, схема, параметр

Сопротивление петли «фаза-нуль-трансформатор-линия»

Длина провода А-35 ВЛ-0,4 кВ (км)  0,05

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

ТМГ-100, схема Υ/Υ

0

Z

0

 = 0,78 Ом

0,36

0,46

0,65

0,85

1,04

1,24

1,44

1,63

1,83

2,02 2,22

ТМГ-100, схема 

/Υ, Υ/Z

0

Z

0

 = 0,23 Ом

0,17

0,27

0,47

0,66

0,86

1,06

1,25

1,45

1,64

1,84 2,04

ТМГ-100, МЭТЗ, схема Υ/Υ

0

Z

0

 = 1,3 Ом 0,53

0,63

0,83

1,02

1,22

1,41

1,61

1,81

2

2,2

2,39

ТМГСУ-100, схема Υ/Υ

0

,  

Z

0

 = 0,36 Ом

0,22

0,32

0,51

0,71

0,9

1,1

1,3

1,49

1,69

1,88 2,08

способов  улучшения  качества 

электрической  энергии  по  уровню 

несимметрии  напряжений,  приме-

няемых в настоящее время. 

Цель  исследования  —  экспе-

риментальное  исследование  ос-

новных  способов  симметрирова-

ния напряжений, анализ способов 

и  предложение  оптимальных  ре-

шений  проблемы  несимметрии 

напряжений  в  сельских  элек-

трических  сетях  напряжением 

0,4/0,23 кВ.

При  проектировании  трехфаз-

ных  четырехпроводных  электри-

ческих сетей необходимо распре-

делять  мощность  однофазных 

потребителей по фазам как можно 

более равномерно, чтобы достичь 

симметрии  токов  [1].  Следует  от-

метить, что при выполнении дан-

ной процедуры в современных ус-

ловиях проектировщики обречены 

на провал, так как новые потреби-

тели  льготного  технологического 

присоединения  заказывают  мак-

симальную мощность 15 кВт, а не 

расчетную.  Никому  не  известно, 

с  каким  максимумом  они  входят 

в существующую или новую сеть. 

Значительно  выросла  оснащен-

ность электрическими приборами 

коммунально-бытовых 

абонен-

тов,  выросли  единичные  мощ-

ности  применяемых  приборов, 

но  это  явление  не  исследовано 

и слабо отражено в нормативных 

документах,  на  основании  кото-

рых  принимают  решения  проек-

тировщики.  Расчет  нагрузок  стал 

самым  неблагодарным  делом… 

Отметим  очевидные  недостатки 

выполнения организационных ме-

роприятий (схема рисунка 1).

РУЧНОЕ

 

СИММЕТРИРОВАНИЕ

 

НАГРУЗКИ

По  результатам  измерений  токов 

в  фазах  линии  во  время  макси-

мальных  нагрузок  периодически, 

но  не  реже,  чем  раз  в  полгода, 

или  при  возникновении  жалоб 

абонентов на нарушение ГОСТ по 

качеству  электрической  энергии 

мастера  региональных  сетевых 

компаний  (РСК)  могут  перерас-

пределять нагрузки по фазам для 

обеспечения  большей  равномер-

ности,  обеспечивая  тем  самым 

уменьшение  несимметрии  токов 

и  напряжений.  Недостатки  этого 

способа:

 

– выполнение измерений и пере-

ключений  необходимо  делать 

в  период  максимума  нагрузок 

коммунально-бытовых абонен-

тов,  а  это  вечерний  максимум 

(нерабочее  время  для  масте-

ров РСК);

 

– для  объективного  исследо-

вания  требуется  установка 

на  цикл  изменения  графика 

нагрузки  (семь  дней)  прибора 

контроля  качества  (например, 

«Ресурс-UF»  2М),  что  значи-

тельно  повышает  временные 

и материальные затраты;

 

– в силу переменного характера 

нагрузки  полученный  в  итоге 

проведенных операций резуль-

тат  всегда  имеет  весьма  вре-

менный успех.

ПРИМЕНЕНИЕ

 

ЗАМКНУТЫХ

 

СХЕМ

 

СЕТИ

В результате научных исследова-

ний  [2]  установлено,  что  исполь-

зование  полностью  или  частично 

замкнутых  схем  в  электрических 

сетях (например, линии с двухсто-

ронним  питанием)  дает  возмож-

ность улучшить их режим работы, 

что  выражается  в  уменьшении 

потерь  мощности  и  напряжения, 

снижении  уровня  несимметрии 

напряжений в сети, потому что на-

грузки отдельных фаз выравнива-

ются. Недостатки способа:

 

– реализация  довольно  сложна,

особенно в сельских распреде-

лительных  сетях  с  коммуналь-

но-бытовой нагрузкой, которые 

характеризуются большой про-

тяженностью,  наличием  мно-

жества ответвлений и неполно-

фазных  участков,  и  требует 

часто  немалых  капитальных 

вложений;

 

– в  замкнутых  схемах  усложня-

ется выполнение систем защит 

линий  сети  от  токов  короткого 

замыкания,  так  как  требуются 

специальные  меры  и  техниче-

ские средства;

 

– практически 

неприменима 

в  случае  неразвитых  сетей 

и тупиковых подстанций.

СНИЖЕНИЕ

 

НУЛЕВОГО

 

СОПРОТИВЛЕНИЯ

 

ТРАНСФОРМАТОРОВ

В сельских распределительных се-

тях  в  подавляющем  большинстве 

применяются трансформаторы на-

пряжением 10/0,4 кВ со схемой со-

единений  обмоток  Y/Y

0

,  («звезда/

звезда с нулем») как самые деше-

вые, но с большим сопротивлени-

ем  нулевой  последовательности. 

Существует  мнение,  что  умень-

шить  сопротивление  нулевой  по-

следовательности  сети  можно, 

заменив  эти  трансформаторы  на 

трансформаторы со схемами сое-

динения обмоток Δ/Y

0

, («треуголь-

ник-звезда  с  нулем»), Y/Z

0

  («звез-

да-зигзаг с нулем»). Да, на начало 

линии 0,4/0,23 кВ влияет сопротив-

ление трансформатора, но обсуж-

даемая  проблема  касается  конца 

сети, где напряжение может не со-

ответствовать  ГОСТ  32144-2013, 

а  здесь  определяющим  является 

сопротивление петли «фаза-нуль» 

провода линии. Для объективного 

ответа на вопрос об эффективно-

сти данного решения в таблице 1 

приведено  сравнение  параметров 

разных  типов  трансформаторов 

марки  ТМГ  и  ТМГСУ  мощностью 

100  кВА  и  сопротивлением  петли 

«фаза-нуль» провода ВЛ 0,4 кВ.

 2 (59) 2020


Page 4
background image

58

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

Табл. 2. Расчет потерь электрической энергии и напряжения в сети 0,4 кВ

Расчет потерь электроэнергии и напряжения в фидере 0,4 кВ КТП-10/0,4 с трансформатором ТМГ-100 кВА

Потеря электроэнергии за месяц

Вариант 

расчета

I

a

А

I

b

А

I

c

А

I

n

А

Марка 

провода

Длина

линии, км

R

Ом

K

зап

K

ф

2

T

пер

ч

W

a

кВт·ч

W

b

кВт·ч

W

c

кВт·ч

W

N

кВт·ч

W

кВт·ч

W

W

*

%

1

40 40 40 0

А-35

0,8

0,68 0,5 1,33 744 269,8 269,8 269,8

0

809,4

20623 3,92

2

20 40 60 35

А-35

0,8

0,68 0,5 1,33 744 67,46 269,8 607,1 206,5 1151

20623 5,58

3

0 40 80 70

А-35

0,8

0,68 0,5 1,33 744

0

269,8 1079 826,3 2175

20623 10,55

Потеря напряжения при максимальной нагрузке

Вариант 

расчета

I

a

А

I

b

А

I

c

А

I

n

А

Марка 

провода

Длина

линии, км

R

Ом

K

зап

X

н

cos

sin

U

a

,

B

U

b

,

B

U

c

,

B

U

N

,

B

U

c-N

,

B

U

a

%

1

40 40 40 0

А-35

0,8

0,68 0,5 0,24 0,94 0,341 28,84 28,84 28,84

0

202,2

12,49

2

20 40 60 35

А-35

0,8

0,68 0,5 0,24 0,94 0,341 14,42 28,84 43,26 25,24

162,5

29,65

3

0 40 80 70

А-35

0,8

0,68 0,5 0,24 0,94 0,341

0

28,84 57,68 50,47

122,8

46,82

Расчет потерь электроэнергии и напряжения при установке КТП в центре электрических нагрузок

Потеря электроэнергии за месяц

Вариант 

расчета

I

a

А

I

b

А

I

c

А

I

n

А

Марка 

провода

Длина

линии, км

R

Ом

K

зап

K

ф

2

T

пер

ч

W

a

кВт·ч

W

b

кВт·ч

W

c

кВт·ч

W

N

кВт·ч

W

кВт·ч

W

W

*

%

1

20 20 20 0

А-35

0,4

0,34 0,5 1,33 744 33,73 33,73 33,73

0

101

20623 0,98

2

10 20 30 17

А-35

0,4

0,34 0,5 1,33 744 8,432 33,73 75,89 24,3

142

20623 1,38

3

0 20 40 35

А-35

0,4

0,34 0,5 1,33 744

0

33,73 134,9 103

271

20623 2,64

Потеря напряжения при максимальной нагрузке

Вариант 

расчета

I

a

А

I

b

А

I

c

А

I

n

А

Марка 

провода

Длина

линии, км

R

Ом

K

зап

X

н

cos

sin

U

a

,

B

U

b

,

B

U

c

,

B

U

N

,

B

U

c-N

,

B

U

a

%

1

20 20 20 0

А-35

0,4

0,34 0,5 0,12 0,94 0,341 7,21

7,21

7,21

0

223,8 3,12

2

10 20 30 17

А-35

0,4

0,34 0,5 0,12 0,94 0,341 3,61

7,21 10,82 6,13

214,1 7,34

3

0 20 40 35

А-35

0,4

0,34 0,5 0,12 0,94 0,341

0

7,21 14,42 12,62

204 11,71

Как видно из данных, приведен-

ных  в  таблице  1,  независимо  от 

схемы  соединения  обмоток  сило-

вого трансформатора сопротивле-

ния  нулевой  последовательности 

в конце линии отличаются незначи-

тельно:  замена  трансформаторов 

на более дорогие в длинной сель-

ской  электрической  сети  с  малым 

сечением провода бесполезна.

СНИЖЕНИЕ

 

ДЛИНЫ

 

СЕТИ

Известно, что признаком постро-

ения  экономической  и  надежной 

электрической  сети  является 

установка  источника  питания 

в  условном  центре  электриче-

ских нагрузок (УЦЭН). Такую сеть 

можно  считать  оптимальной. 

Этот  принцип  определяет  поло-

жительные  свойства  распреде-

ленной генерации в умных элек-

трических сетях.

Ниже приведен расчетный при-

мер  эффективности  реализации 

Т

Т

QF

Фидер 1
ВЛ 0,4 кВ 

Фидер длиной 

L

, сечением провода 

F

ВЛ 0,4 кВ 

Фидер 2
ВЛ 0,4 кВ 

FU1

FU

FU2

ВЛ 10 кВ

ВЛ 10 кВ

QF

Условный центр нагрузок

Рис

. 2. 

Варианты

 

схем

 

электроснабжения

установки  КТП  в  зоне  УЦЭН.  На 

рисунке  2  приведены  варианты 

схем существующего электроснаб-

жения населенного пункта и опти-

мального, в центре нагрузок.

В таблице 2 приведен расчет по-

терь  электрической  энергии  и  на-

пряжения  в  сети  0,4  кВ  с  симме-

тричной  и  несимметричной  рас-

пределенной  нагрузкой.  Параме-


Page 5
background image

59

тры  сети  среднестатистические: 

провод А-35, длина линии — 800 м, 

расчетный период потребления — 

месяц,  коэффициент  заполнения 

графика К

ЗАП

 = 0,5. Расчет потерь 

выполнен пофазно.

Из  расчета  видно,  что  потери 

энергии резко возрастают при уве-

личении асимметрии нагрузки: при 

50% несимметрии — в 1,42 раза, 

а  при  100%  —  в  2,7  раза.  Поте-

ри  напряжения  в  конце  линии  во 

2  и  3  вариантах  расчета  недопу-

стимо велики.

Замена  провода  с  увеличени-

ем  сечения  до  А-70  (требуется 

3,2  км  провода)  весьма  дорого-

стояща,  но  не  приводит  к  поло-

жительному результату при 100% 

несимметрии  нагрузок.  Описан-

ная  проблема  ложится  на  плечи 

сетевой организации, которой при 

этом не позволяют проводить оп-

тимальную  реконструкцию  сетей 

(экономия затрат).

В сложившейся ситуации опти-

мальным следует считать перенос 

КТП в зону условного центра элек-

трических нагрузок. Для реализа-

ции такого решения экономичнее 

всего выполнить совместную под-

веску на опоре СИП-3 напряжени-

ем 10 кВ и проводов сети напря-

жением  0,4/0,23  кВ  (что  сейчас 

практикуется не только в Финлян-

дии,  но  и  в  России)  и  установку 

КТП в охранной зоне ЛЭП, чтобы 

не  арендовать  землю.  На  рисун-

ках  3  и  4  приведены  варианты 

таких  действий.  Положительный 

эффект  от  деления  линии  на-

пряжением  0,4/0,23  кВ  пополам 

представлен  во  второй  половине 

таблицы 2:

 

– в 2 раза снижается длина каж-

дой линии; 

 

– в  2  раза  снижается  зона  воз-

можной аварии; 

 

– в  2  раза  снижается  токовая 

нагрузка; 

 

– в  4  раза  снижаются  потери 

электрической энергии; 

 

– в  4  раза  снижаются  потери 

напряжения; 

 

– в  4  раза  повышается  чувстви-

тельность  защит  к  токам  1-ф 

короткого замыкания; 

 

– не требуется симметрирование 

нагрузок,  так  как  отклонение 

напряжения  приходит  в  соот-

ветствие с ГОСТ 32144-2013;

 

– допустимо подключение новых 

потребителей в концах линий.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ

 

ИССЛЕДОВАНИЕ

 

СПОСО

-

БОВ

 

СИММЕТРИРОВАНИЯ

 

НАПРЯЖЕНИЙ

 

В  производственной  деятельно-

сти мастера и главные инженеры 

РЭС постоянно наталкиваются на 

две проблемы: как выполнить тре-

бование ГОСТ 32144-2013 по до-

пустимому  отклонению  напряже-

ния в конце длинной нагруженной 

линии 0,4/0,23 кВ с несимметрич-

ной  нагрузкой  и  как  исключить 

негативное  влияние  обрыва  ну-

левого провода на приемники по-

требителей? 

Для исследования всех спосо-

бов, отвечающих на заданные во-

Рис

. 4. 

Установка

 

КТП

 

в

 

охранной

 

зоне

 

ЛЭП

просы, создана физическая (элек-

трическая) модель длинной линии 

напряжением  0,4/0,23  кВ.  Схема 

в  масштабе  (62,5/1)  моделиру-

ет  участок  сети,  изображенный 

на  рисунке  2.  В  качестве  питаю-

щего  применен  трансформатор 

разделительный  сухой  ТРСЗ-1,6 

380/380  со  схемой  соединения 

обмоток Y/Y

0

, номинальным током 

вторичной  обмотки  2,4  А.  Линия 

моделирована  проводом  ПВС-

4×0,75 длиной 400 м, нагрузка ак-

тивная, подключаемая ступенчато 

на любые фазы (полюса). С ее по-

мощью исследованы процессы:

 

– в существующей сети; 

 

– с переносом КТП в УЦЭН; 

 

– с сосредоточенной и распреде-

ленной нагрузкой; 

 

– с применением вольтодобавоч-

ных устройств;

 

– с  применением  симметрирую-

щих устройств; 

 

– при обрыве нулевого провода.

В таблице 3 приведены данные 

экспериментов  на  модели.  В  пе-

риод  проведения  эксперимента 

питающее  напряжение  имеет  не-

симметрию  по  фазам  и  изменя-

ется  во  времени  в  соответствии 

с нагрузкой — все как в реальной 

сети.  В  таблице  приведены  наи-

более проблемные режимы с 48% 

и  99%  нагрузкой  фаз  по  сравне-

нию с почти симметричной (4%). 

Исследование 

показывает, 

что  проблемы  с  отклонением  на-

пряжения  возникают  при  макси-

мальной нагрузке и несимметрии, 

которая  достигает  50÷100%  (две 

Рис

. 3. 

Совместная

 

подвеска

 

на

 

опоре

 

СИП

-3 

напряжением

 10 

кВ

 

и

 

проводов

 

сети

 

напряжением

 

0,4/0,23 

кВ

 2 (59) 2020


Page 6
background image

60

Радиатор охлаждения

Направление токов нулевой
последовательности в первичной
и вторичной обмотках

Намагничивающие силы токов
нулевой последовательности
в первичной и вторичной обмотках

Кожух

Сердечник

Табл. 3. Данные экспериментального исследования способов симметрирования напряжений

Условия

экспери-

мента

Напряжение на 

шинах КТП, В

Ток нагрузки в полю-

сах, А

Напряжение 

в конце линии, В

Загрузка 

транс-

форма-

тора, %

Несим-

метрия 

нагру-

зок, %

Потери 

энергии 

в ли-

нии, %

Изме-

нение 

потерь, 

разы

U

a

U

b

U

c

I

a

I

b

I

c

I

n

U

a

U

b

U

c

КТП

в начале 

длинной 

линии

225,8 220 236,5 1,617 1,588 1,7 0,229 214 209,5 223,5

71

4

6,8

1

230 220,5 233,5 0,857 1,583 2,38

1,27

234 206,7

198,1

66

48

9

1

231,6 216,2 232,8

0

1,562 3,068

2,545

243,8 206,3

194,7

68

99

16,4

1

КТП

в УЦЭН

225

223 234,6 0,83 0,81 0,87 0,15

221

219

230

71

4

1,74

0,26

232,5 224

229

0,42 0,81 1,25 0,74

232

221 219,6

66

48

2,44

0,27

230

225

229

0

0,81

1,6

1,37

235

221

216

68

99

4,36

0,27

Включение 

бустера 

в конце 

линии

223,5 219,6 234,2 1,71 1,71 1,72 0,21

220

220

220

71

4

7,17

1,05

226

220

230

0,87 1,71

2,7

1,57

220

220

220

66

48

10,57

1,17

228

220 227,5 0,12 1,71 3,47

2,85

220

220

220

68

99

18,2

1,11

последние строки) — оно выходит 

за  рамки  допустимого  по  ГОСТ 

32144-2013  (выделено  красным 

цветом).  За  счет  роста  нагрузки 

в фазе «С» и нулевом проводе ра-

стут  потери  электрической  энер-

гии,  как  было  показано  в  расчет-

ном примере (таблица 2).

При переносе КТП в УЦЭН под-

тверждаются все выводы расчета 

(таблица 2). А главное, в этом слу-

чае  отпадает  необходимость  по-

стоянно симметрировать нагрузки 

по фазам.

В третьем эксперименте (вклю-

чение  бустера  в  конце  линии) 

применены  три  однофазных  ав-

тотрансформатора  (ЛАТР),  вклю-

ченные на часть нагрузки в конце 

линии. Схема опыта и режим изме-

нения  нагрузки  для  объективного 

сравнения  способов  симметриро-

вания  совпадает  с  первым  и  вто-

рым  экспериментами.  Установка 

вольтодобавочного  трансформа-

тора  поднимает  и  выравнивает 

напряжение  фаз  за  местом  уста-

новки,  но  при  этом  увеличивает 

асимметрию  нагрузок  фаз,  увели-

чивает ток в нейтральном проводе 

и  потерю  электрической  энергии 

в сети при несимметричной нагруз-

ке.  Эффективность  применения 

ТВМГ по мнению производителя:

 

– повышает (до 20%) и стабили-

зирует напряжение;

 

– не  снижает  мощность  КЗ 

(в случае короткого замыкания  

ТВМГ переключается на режим 

байпас);

 

– устраняет  аварийный  режим 

работы  трехфазной  сети  у  по-

требителя  при  обрыве  нулево-

го провода перед ТВМГ. 

В  условиях  технологического 

присоединения  к  длинной  линии 

новых  абонентов  в  конце  линии 

с  еще  большим  ее  удлинением 

и  при  жалобах  потребителей  на 

некачественное  напряжение  РСК 

не  идут  на  реконструкцию  сети, 

а  устанавливают  дорогостоящие 

вольтодобавочные 

трансфор-

маторы  (бустер,  ТВМГ)  в  конце 

линии,  изготовленные  с  исполь-

зованием  норвежской  техноло-

гии  «Управляемая  индуктивность 

Mag tech» (MCI).

В  настоящее  время  также 

практикуется  установка  стаби-

лизаторов  напряжения,  которые 

могут пофазно, в диапазоне ±50 В 

со  ступенью  10  В  регулировать 

напряжение. Ступень переключе-

ния велика, эффект меньше, чем 

у бустера.

Оба устройства имеют 2 боль-

ших  недостатка  —  сложность 

и  большую  стоимость  данных 

устройств.

СИММЕТРИРУЮЩИЕ

 

УСТРОЙСТВА

Электротехнические  расчеты  по-

казали,  что  включение  стандарт-

ного  трансформатора  со  схемой 

Y

0

/Δ  или  Y

0

/Z

0

  на  холостом  ходу 

в  конце  линии  приводит  к  эф-

фекту  симметрирования  нагрузки 

и  напряжения  в  конце  линии.  На 

рисунке  4  представлена  картина 

направлений  токов  и  магнитных 

потоков  нулевой  последователь-

ности  в  трансформаторе  со  схе-

мой соединения обмоток Y

0

/Δ.

  В  таких  трансформаторах 

токи прямой, обратной и нулевой 

последовательностей  протека-

ют как в первичной, так и во вто-

ричной  обмотках.  При  этом  токи 

нулевой 

последовательности 

в первичной обмотке замыкаются 

внутри  нее  и  в  сеть  не  выходят. 

Создаваемые  токами  нулевой 

Рис

. 4. 

Направления

 

токов

 

и

 

магнитных

 

потоков

 

нулевой

 

последовательно

-

сти

 

в

 

трансформаторе

 

со

 

схемой

 

соединения

 

обмоток

 Y

0

/

Δ

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ


Page 7
background image

61

Табл. 4. Результаты эксперимента симметрирующего трансформатора со схемой соединения обмоток Y

0

Условия

экспери-

мента

Напряжение на 

шинах КТП, В

Ток нагрузки, А

Напряжение 

в конце линии, В

Токи в обмотках транс-

форматора Y

0

/Δ, А

Несим-

метрия 

нагру-

зок, %

cos

U

a

U

b

U

c

I

a

I

b

I

c

I

n

U

a

U

b

U

c

Ток 

в Δ

I

a

I

b

I

c

Включение 

СТ в конце 

линии на 

ХХ

223 222 232 1,67 1,53 1,96 0,9

211

215

216 0,154 0,34 0,37 0,53

4

0,97

225 224 230 1,38 1,53 2,34 0,88 217

215 209,8 0,334 0,68 0,35 0,7

48

0,95

228 222 227

0,92

1,43 2,91 1,3

221

216

206 0,466

0,9

0,45 0,81

99

0,94

Обрыв 

нулевого 

провода в 

начале ЛЭП

230 220 229 1,38 1,65 2,29 0,87

312

224

142

 

 

 

 

48

 

226 222 231 0,97 1,62

2

0,45

263

215

175

 

 

 

 

99

 

Обрыв 

нулевого 

провода 

в начале 

ЛЭП с СТ

225 224 230 1,38 1,53 2,34 0,88 217

215 209,8 0,334 0,68 0,35 0,7

48

0,95

228 222 227

0,92

1,43 2,91 1,3

221

216

206 0,466

0,9

0,45 0,81

99

0,94

последовательности  первичных 

и вторичных обмоток намагничи-

вающие  силы  (ампер-витки)  на-

правлены встречно и почти пол-

ностью компенсируют друг друга 

за  счет  связанного  электромаг-

нитного поля.  

Цель  четвертого  эксперимен-

та — определить глубину симме-

трирования, мощность симметри-

рующего  трансформатора  (СТ) 

и  выявить  другие  свойства  дан-

ного  способа.  Следует  отметить, 

что нет примеров и описаний при-

менения  стандартного  силового 

трансформатора  в  качестве  сим-

метрирующего.

В  конце  линии  на  холостой 

ход  включен  сухой  трансформа-

тор  разделительный  ТРСЗ-1,6 

380/380  со  схемой  соединения 

обмоток Y

0

/Δ. Для полноты экспе-

римента измерялись токи во всех 

фазах звезды первичной обмотки 

и ток в треугольнике вторичной об-

мотки. Параметры и несимметрия 

нагрузки, последовательность пе-

реключений соответствуют перво-

му эксперименту. В таблице 4 при-

ведены результаты эксперимента.

ВЫВОДЫ

 

ИЗ

 

ЭКСПЕРИМЕНТА

 

С

 

СИММЕТРИРУЮЩИМ

 

ТРАНСФОРМАТОРОМ

1.  Во  всех  режимах  работы  про-

является 

симметрирующее 

действие  трансформатора  со 

схемой  соединения  обмоток 

Y

0

/Δ.  По  сравнению  с  первым 

экспериментом 

напряжение 

симметрируется  около  номи-

нального, не выходя за преде-

лы,  допустимые  ГОСТ  32144-

2013.

2.  В  отсутствие  нагрузки  он  сим-

метрирует питающее напряже-

ние.

3.  Ток  в  фазах  при  отсутствии 

в ней активной нагрузки (в та-

блице  4  выделено  красным 

цветом) носит индуктивный ха-

рактер, и не учитывается счет-

чиком активной энергии, о чем 

свидетельствуют  параметры 

сosφ.

4.  При  несимметричных  нагруз-

ках уменьшаются потери элек-

трической энергии до 20%.

5.  Мощность  симметрирующего

трансформатора  при  100% 

несимметрии  нагрузки  может 

составлять  38%  мощности  пи-

тающего  трансформатора  по 

максимальному току.

Опыт  по  выявлению  величин 

токов  однофазного  короткого  за-

мыкания  в  конце  линии,  выпол-

ненный в реальной силовой сети 

с  установкой  СТ  в  Приморском 

РЭС филиала ПАО «МРСК Севе-

ро-Запада» — «Арх энерго», пока-

зал, что ток с включенным СТ вы-

рос втрое. Установка СТ приводит 

к  росту  чувствительности  защит 

к этому виду повреждений.

Во второй части данного экспе-

римента  (таблица  4)  был  создан 

режим  обрыва  нулевого  провода 

и  анализ  напряжений  на  нагруз-

ке при 100% и 50% несимметрии 

при отключении СТ (4 и 5 строки), 

и с включением СТ в том же режи-

ме (6 и 7 строки).

Несимметрия нагрузок при об-

рыве  питающего  нейтрального 

провода,  даже  при  нормативной 

величине  сопротивлений  повтор-

ных заземлителей, приведет к вы-

ходу из строя электроприемников 

потребителей  по  повышенному 

напряжению.  При  включении  СТ 

картина  иная:  СТ  формирует  на 

нагрузке симметричную нейтраль 

напряжений  и  сетевая  нейтраль 

для нагрузки не нужна. Это защи-

щает  электроприемники  абонен-

тов от выхода из строя, а сетевую 

организацию от ненужных затрат.

Преимущества способа приме-

нения СТ:

 

– симметрирует 

напряжение 

в сети до допустимого отклоне-

ния напряжения в конце линии 

при  любой  величине  и  несим-

метрии нагрузок;

 

– формирует для абонентов сим-

метричную нейтраль напряже-

ния;

 

– защищает  от  опасных  послед-

ствий  обрыва  нулевого  прово-

да;

 

– в 3 раза увеличивает ток одно-

фазного  короткого  замыкания 

в конце линии, а значит факти-

ческий  коэффициент  чувстви-

тельности защиты;

 

– приводит  к  росту  потребления 

электроэнергии;

 

– снижаются  потери  электро-

энергии в линии;

 

– применяется стандартно выпу-

скаемый  недорогой  трансфор-

матор;

 

– мощность трансформатора при

100%  несимметрии  нагрузок 

 2 (59) 2020


Page 8
background image

62

К

 

участию

 

в

 

конференции

 

приглашаются

 

специалисты

 

электросетевых

 

компаний

муниципальных

 

сетей

электросетевых

 

подразделений

 

нефтегазового

 

комплекса

отраслевых

 

ведомств

 

и

 

профильных

 

учреждений

.

По

 

вопросам

 

регистрации

 

обращайтесь

 

в

 

редакцию

 

журнала

 «

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ

Передача

 

и

 

распределение

»

+7 (495) 645-12-41, e-mail: info@eepir.ru

В

 

заявке

 

необходимо

 

указать

 

ФИО

 (

полностью

), 

должность

название

 

организации

контакты

.

ШЕСТАЯ

 

ВСЕРОССИЙСКАЯ

 

НАУЧНО

-

ТЕХНИЧЕСКАЯ

 

КОНФЕРЕНЦИЯ

«

РАЗВИТИЕ

 

И

 

ПОВЫШЕНИЕ

 

НАДЕЖНОСТИ

 

ЭКСПЛУАТАЦИИ

 

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

 

СЕТЕЙ

»

Основные

 

темы

 

конференции

:

•  Цифровая трансформация распреде лительных 

электрических сетей

•  Оптимизация электросетевой инфра структуры 

и технологических процессов

•  Развитие и повышение надежности распреде-

ли тельных электрических сетей. Обмен опытом

•  Перспективные направления работы 

распределительных электрических сетей

В течение двух дней работы конференции 
технические руко води тели Группы компаний 
«Россети» в расширенном со ставе совместно 
со специалистами других энергокомпаний 
обсудят имеющиеся наработки, рассмотрят 
инно вационные решения и выработают 
консолидированное мнение относительно 
дальнейших перспектив данных направлений.
Результаты обсуждения лягут в основу 
техничес кой программы МФЭС-2020.

составляет 38% мощности пита-

ющего трансформатора.

Стоимость такого сухого транс-

форматора  приведена  в  табли-

це 5.

ВЫВОДЫ

1.  Наиболее  эффективным  меро-

приятием  по  снижению  потерь 

напряжения  и  электрической 

энергии  следует  признать  уста-

новку  источника  питания  (КТП) 

в УЦЭН, в 4 раза снижаются как 

потери  напряжения,  так  и  поте-

ри  электрической  энергии.  По-

является реальная возможность 

соблюдения  требований  ГОСТ 

32144-2013. 

2.  При  невозможности  проведе ния 

реконструкции  сети  и  проблемах 

с  соблюдением  отклонения  на-

пряжения  в  допустимом  ГОСТ 

32144-2013  диапазоне  следует 

включить  в  конце  линии  симме-

трирующий  трансформатор  Y

0

/Δ 

или Y

0

/Z без нагрузки.

3.  При  значительном  удлинении 

сети  напряжением  0,4  кВ  имеет 

смысл  дробить  эту  сеть  и  уста-

навливать  дополнительную  КТП 

в новом УЦЭН.

4.  Остальные  мероприятия  могут 

использоваться как дополнитель-

ные. Установка бустера является 

мерой «от безысходности» — по-

зволяет достичь параметров КЭЭ, 

но  при  этом  стоимость  бустера 

на  порядок  больше  стоимости 

трансформатора,  а  кроме  того 

усиливается  асимметрия  нагруз-

ки и появляются дополнительные 

потери в сети.  

Табл. 5. Стоимость сухого трансформатора

Модель 

S,

кВ·А 

Напряжение 

сети, В 

Выходное

напряжение, В 

Вес,

кг 

Габариты,

мм (Д×Ш×В) 

Цена, руб. 

Цена

оптовая, руб. 

ТСЗИ-40,0 

40

3х380-220 

3х36,42,110,127,220,380

210

545×475×700 

46 593

42 627

ТСЗИ-50,0 

50

3х380-220 

3х36,42,110,127,220,380

250

630×530×830 

53 119

48 559

ТСЗИ-63,0 

63

3х380-220 

3х36,42,110,127,220,380 

280

630×530×830 

61 398

53 220

ЛИТЕРАТУРА

1.  Лещинская  Т.Б.,  Наумов  И.В. 

Электроснабжение  сельского 

хозяйства. М.: Колос С, 2008. 

655 с.

2.  Косоухов  Ф.Д.,  Наумов  И.В. 

Несимметрия  напряжений 

и  токов  в  сельских  распре-

делительных  сетях.  Иркутск: 

ИрГСХА, 2003. 257 с.

REFERENCES

1.  Leschinskaya T.B., Naumov I.V. 

Power  supply  of  agriculture. 

Moscow:  Kolos  S  Publ.,  2008. 

655 p. (In Russian)

2.  Kosoukhov  F.D.,  Naumov  I.V. 

Voltage and current asymmetry 

in  rural  distribution  networks. 

Irkutsk:  Irkutsk  State  Agrarian 

University  Publ.,  2003.  257  p. 

(In Russian)

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ


Читать онлайн

Рост величины и несимметрии нагрузок потребителей, удлинение линий распредсети напряжением 0,4/0,23 кВ за счет новых абонентов, приводит к несоблюдению ГОСТ 32144-2013 на качество электроэнергии. Статья посвящена анализу результатов экспериментального исследования различных способов симметрирования напряжений и предложению оптимальных решений проблемы несимметрии напряжений комплексно: минимизируя затраты, потери, простыми средствами с перспективой развития сетей. Предложено включение на холостом ходу в конце линии трансформатора со схемой Y/Δ. Это решение не только симметрирует напряжения, но защищает от обрыва нулевого провода и повышает чувствительность защит линии. Рассматриваемая проблема уже давно интересна специалистам электросетевого комплекса.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»