Энергосбережение при транспортировке электрической энергии по линиям 0,38 кВ при несимметричной нагрузке

Page 1
background image

Page 2
background image

64

Энергосбережение при 
транспортировке электрической 
энергии по линиям 0,38 кВ при 
несимметричной нагрузке

УДК

 631.371:621.316

Косоухов

 

Ф

.

Д

.,

д

.

т

.

н

., 

профессор

 

СПбГАУ

Васильев

 

Н

.

В

., 

к

.

т

.

н

., 

доцент

заведующий

 

кафедрой

 

Электроэнергетики

 

и

 

электрооборудования

 

СПбГАУ

Филиппов

 

А

.

О

.,

к

.

т

.

н

., 

советник

 

заместителя

 

генерального

 

директора

 

ПАО

 «

Квадра

»

Борошнин

 

А

.

Л

., 

инженер

генеральный

 

директор

 

ООО

 «

РКС

-

ЭНЕРГО

»

Горбунов

 

А

.

О

., 

инженер

В

 

статье

 

представлены

 

выполненные

 

с

 

целью

 

повышения

 

эффективности

 

энергосбережения

 

и

 

качества

 

электрической

 

энергии

 

в

 

сетях

 0,38 

кВ

 

при

 

не

-

симметричной

 

нагрузке

 

научно

-

исследовательские

 

и

 

опытно

-

конструкторские

 

разработки

Авторами

 

проведены

 

экспериментальные

 

исследования

разрабо

-

таны

 

метод

 

и

 

программа

 

для

 

ЭВМ

 «

Потери

 

энергии

» 

для

 

расчета

 

потерь

 

мощ

-

ности

электрической

 

энергии

 

и

 

показателей

 

несимметрии

 

напряжений

 

и

 

токов

 

в

 

сетях

 0,38 

кВ

 

с

 

распределенной

 

несимметричной

 

нагрузкой

На

 

все

 

вышепе

-

речисленные

 

разработки

 

получены

 

патенты

 

на

 

изобретения

разработки

 

носят

 

инновационный

 

характер

.

Ключевые

 

слова

:

энергосбережение

,

транспортировка

 

электри

-

ческой

 

энергии

трехфаз

-

ная

 

сеть

несимметричная

 

нагрузка

симметричные

 

составляющие

 

токов

фильтросимметрирующее

 

устройство

Keywords:

energy saving, electric 
power transmission, 
three-phase electrical 
network, asymmetric load, 
symmetrical components 
of current, load balancing 

 lter device

ВВЕДЕНИЕ

На

 

кафедре

 

Электроэнергетики

 

и

 

электрооборудования

 

в

 

Фе

-

деральном

 

государственном

 

бюджетном

 

образовательном

 

учреж

 

дении

 

высшего

 

образования

  «

Санкт

-

Петербургский

 

государственный

 

аграрный

 

университет

» (

СПбГАУ

были

 

вы

-

полнены

 

в

 

течение

 2011–2016 

годов

 

следующие

 

научно

-

ис

-

следовательские

 

и

 

опытно

-

конструкторские

 

разработки

:

1. 

Способ

 

измерения

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

в

 

трехфазных

 

трансформаторах

 

и

 

четырехпроводных

 

лини

-

ях

 

электропередачи

Разработан

 

критерий

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

токов

который

 

позволяет

 

разделить

 

основ

-

ные

 

потери

 

и

 

потери

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

в

 

трансформа

-

торах

 

и

 

линии

Проведены

 

экспериментальные

 

исследова

-

ния

 

критерия

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

на

 

физической

 

модели

 

сети

 0,38 

кВ

 

с

 

трансформаторами

 Y/Y

н

,

Y/Y

нСУ

, Y/Z

н

в

 

результате

 

которых

 

установлены

 

уровни

 

по

-

терь

 

мощности

 

в

 

трансформаторах

 

и

 

в

 

линии

На

 

основании

 

этих

 

исследований

 

определены

 

области

 

применения

 

этих

 

трансформаторов

.

2. 

Способ

 

измерения

 

симмет

 

ричных

 

составляющих

 

токов

 

в

 

трехфазных

 

сетях

Для

 

определения

 

критерия

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

необходимы

 

сведения

 

о

 

симметричных

 

составляющих

 

токов

 

в

 

трехфазных

 

сетях

Разработан

 

простой

 

и

 

надежный

 

способ

 

измерения

 

сим

-

метричных

 

составляющих

 

токов

 

в

 

четырехпроводной

 

сети

обеспечивающий

 

высокую

 

точность

.

3. 

Снижение

 

потерь

 

электроэнергии

 

в

 

сетях

 0,38 

кВ

 

с

 

помощью

 

фильтросимметрирующего

 

устройства

  (

ФСУ

). 

Разработано

 

ФСУ

 

на

 

базе

 

трех

 

конденсаторных

 

батарей

 

и

 

магнитного

 

усилителя

фильтрующего

 

ток

 

нулевой

 

последовательности

 

электрической

 

сети

Потери

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

то

-

ков

 

в

 

трансформаторе

 

за

 

счет

 

включения

 

ФСУ

 

уменьшаются

 

примерно

 

в

 5 

раз

 

независимо

 

от

 

величины

 

нагрузки

.

4. 

Метод

 

и

 

программа

 

расчета

 

потерь

 

электрической

 

энергии

 

в

 

сетях

 0,38 

кВ

Разработаны

 

метод

 

и

 

программа

 

для

 

ЭВМ

 

«

Потери

 

энергии

» 

для

 

расчета

 

потерь

 

мощности

электриче

-

ской

 

энергии

 

и

 

показателей

 

несимметрии

 

напряжений

 

и

 

токов

 

в

 

сетях

 0,38 

кВ

 

с

 

распределенной

 

несимметричной

 

нагрузкой

.

энергоэффективность


Page 3
background image

65

Выполненные

 

работы

 

соответствуют

 

Государ

-

ственной

 

программе

 

РФ

 

на

 2014–2020 

годы

 «

Энерго

-

эффективность

 

и

 

развитие

 

энергетики

», 

утвержден

-

ной

 

постановлением

 

Правительства

 

РФ

 

от

 15 

апреля

 

2014 

года

 

 321.

Цель

 

работы

 — 

повышение

 

эффективности

 

энер

-

госбережения

 

и

 

качества

 

электрической

 

энергии

 

в

 

сетях

 0,38 

кВ

 

при

 

несимметричной

 

нагрузке

.

На

 

все

 

вышеперечисленные

 

разработки

 

получе

-

ны

 

патенты

 

на

 

изобретения

разработки

 

носят

 

инно

-

вационный

 

характер

.

СПОСОБ

 

ИЗМЕРЕНИЯ

 

ПОТЕРЬ

 

МОЩНОСТИ

 

ОТ

 

НЕСИММЕТРИИ

 

ТОКОВ

 

В

 

ТРЕХФАЗНЫХ

 

ТРАНСФОРМАТОРАХ

 

И

 

ЧЕТЫРЕХПРОВОДНЫХ

 

ЛИНИЯХ

 

ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

На

 

этот

 

способ

 

авторами

 

статьи

 

получен

 

патент

 

на

 

изобретение

 

 2599280 

РФ

.

Суммарные

 

относительные

 

потери

 

электроэнер

-

гии

 

в

 

электрических

 

сетях

 

России

 

в

 2–2,5 

раза

 

выше

чем

например

в

 

сетях

 

Японии

 

и

 

Германии

и

 

более

 

чем

 

в

 1,5 

раза

 

выше

чем

 

в

 

других

 

промышленно

 

раз

-

витых

 

странах

 [1].

Ориентировочно

 

предельные

 

относительные

 

тех

-

нологические

 

потери

 

электроэнергии

 

в

 

сетях

 0,38 

кВ

 

должны

 

быть

 

не

 

более

 10–14% 

по

 

отношению

 

к

 

от

-

пуску

 

электроэнергии

 

в

 

сеть

 [1].

В

 

условиях

когда

 

в

 

сетях

 

ЕЭС

 

России

 

количество

 

современных

 

компенсирующих

 

устройств

 

исчисля

-

ется

 

единицами

фильтрокомпенсирующие

филь

-

тросимметрирующие

фазосдвигающие

 

устройства

 

практически

 

отсутствуют

комплексной

 

программы

 

их

 

разработки

 

и

 

внедрения

 

в

 

сетях

 

всех

 

классов

 

на

-

пряжений

 

не

 

существует

трудно

 

рассчитывать

 

на

 

коренное

 

изменение

 

ситуации

 

в

 

деле

 

повышения

 

энергетической

 

эффективности

 

российской

 

электро

-

энергетики

 [2].

Значительные

 

потери

 

электроэнергии

 

в

 

россий

-

ских

 

сетях

 0,38 

кВ

 

с

 

коммунально

-

бытовыми

 

нагруз

-

ками

 

объясняются

 

несимметрией

 

токов

 

в

 

этих

 

сетях

За

 

счет

 

несимметрии

 

токов

 

потери

 

увеличиваются

 

в

 2–2,5 

раза

 

по

 

сравнению

 

с

 

симметричным

 

режи

-

мом

 [3].

В

 

электрических

 

сетях

 0,38 

кВ

 

с

 

несимметрич

-

ной

 

и

 

нелинейной

 

нагрузками

 

возникают

 

потери

 

мощности

 

и

 

электрической

 

энергии

 

от

 

токов

 

пря

-

мой

 

последовательности

 (

основные

 

потери

), 

а

 

так

-

же

 

потери

 

от

 

токов

 

обратной

 

и

 

нулевой

 

последова

-

тельностей

 (

потери

 

от

 

токов

 

несимметрии

), 

кроме

 

того

возникают

 

потери

 

от

 

несинусоидальных

 

и

 

ре

-

активных

 

токов

Потери

 

от

 

несимметричных

не

-

синусоидальных

 

и

 

реактивных

 

токов

 

относятся

 

к

 

дополнительным

 

потерям

снижением

 

которых

 

в

 

электрических

 

сетях

 

необходимо

 

заниматься

 

прежде

 

всего

.

До

 

настоящего

 

времени

 

специалисты

-

электро

-

энергетики

 

рассматривали

 

в

 

электрических

 

сетях

 

общие

 

потери

  (

основные

 

и

 

дополнительные

), 

не

 

разделяя

 

их

 

на

 

отдельные

 

составляющие

При

 

этом

 

разрабатывались

 

способы

 

снижения

 

общих

 

потерь

 

в

 

сетях

эффективность

 

которых

 

в

 

некоторых

 

случа

-

ях

 

была

 

недостаточной

.

На

 

кафедре

 

Электроэнергетики

 

и

 

электрообору

-

дования

 

СПбГАУ

 

разработан

 

критерий

 

потерь

 

мощ

-

ности

 (K

ε

от

 

несимметрии

 

токов

который

 

позволяет

 

выделить

 

из

 

общих

 

потерь

 

потери

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

в

 

трехфазных

 

трансформаторах

 

и

 

четырехпро

-

водных

 

линиях

:

 

K

=

K

2
2

i

 

K

2
0

i

 

R

0

/

R

1

, (1)

где

 

K

2

i

K

0

i

 — 

коэффициенты

 

обратной

 

и

 

нулевой

 

последовательности

 

токов

R

0

R

1

 — 

активные

 

со

-

противления

 

прямой

 

и

 

нулевой

 

последовательности

 

трансформатора

 

или

 

четырехпроводной

 

линии

.

Вывод

 

выражения

 (1) 

для

 

критерия

 

потерь

 

мощ

-

ности

 

методом

 

симметричных

 

составляющих

 

приве

-

ден

 

в

 [5].

Потери

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

P

 

в

 

трансформаторах

 

и

 

линиях

 

трехфазных

 

электри

-

чес

 

ких

 

сетей

 0,38 

кВ

 

обусловлены

 

токами

 

обратной

 

I

2

 

и

 

нулевой

 

I

0

 

последовательностей

:

 

P

 = 

P

2

 + 

P

0

 = 3 

I

2

2

 

R

2

 + 3 

I

2

0

 

R

0

, (2)

где

 

P

2

P

0

 — 

потери

 

мощности

 

обратной

 

и

 

нулевой

 

последовательностей

R

2

 — 

активное

 

сопротивление

 

трансформатора

 

обратной

 

последовательности

.

Критерий

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

равен

 

отношению

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

P

 

к

 

потерям

 

мощности

 

P

1

 

от

 

тока

 

прямой

 

по

-

следовательности

 

I

1

:

 

K

 = 

P



P

1

 (3)

 

где

 

P

1

 = 3 

I

2

2

 

R

1

. (4)

Подставляя

 

в

 (3) 

выражения

 (2), (4), 

получим

:

 3 

I

2

2

 

R

2

 3 

I

2

0

 

R

0

 

R

2

 

R

0

 

K

 = — + — = 

K

2
2

 

K

2
0

—. (5)

 3 

I

2

1

 

R

1

 3 

I

2

1

 

R

1

 

R

1

 

R

1

Учитывая

что

 

для

 

трансформаторов

  (

линии

R

2

 = 

R

1

выражение

 (5) 

запишется

 

в

 

следующем

 

виде

:

 

K

=

K

2
2

i

 

K

2
0

i

 

R

0

/

R

1

Определив

 

по

 

формуле

 (1) 

критерий

 

K

а

 

по

 

фор

-

муле

 (4) — 

потери

 

от

 

токов

 

прямой

 

последователь

-

ности

 

P

1

можно

 

определить

 

потери

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

в

 

трансформаторе

 (

линии

):

 

P

 = 

K

 

P

1

. (6)

Таким

 

образом

критерий

 

K

 

является

 

комплекс

-

ным

 

показателем

 

несимметрии

 

токов

 

трансформато

-

ра

 

или

 

линии

 

электропередачи

или

 

целого

 

участка

 

электрической

 

сети

сопротивление

 

нулевой

 

и

 

пря

-

мой

 

последовательностей

 

которого

 

учтены

 

в

 

форму

-

ле

 (1).

Как

 

видно

 

из

 

выражения

 (1), 

критерий

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

в

 

трехфазном

 

трансформаторе

 

зависит

 

от

 

показателей

 

несимме

-

трии

 

токов

 

нагрузки

  (

K

2

i

K

0

i

и

 

от

 

конструктивных

 

параметров

 (

R

1

R

0

трансформатора

Используя

 

вы

-

ражение

 (1), 

мы

 

провели

 

теоретическое

 

исследова

-

ние

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

в

 

типо

-

вых

 

трансформаторах

 

малой

 

и

 

средней

 

мощности

 

со

 

схемами

 

соединения

 

обмоток

 Y/Y

н

, Y/Y

нСУ

, Y/Z

н

,

то

 

есть

 

в

 

трансформаторах

которые

 

применяются

 

в

 

сельском

 

хозяйстве

Эти

 

исследования

 

были

 

про

-

ведены

 

при

 

однофазной

 

нагрузке

для

 

которой

 

из

-

вестны

 

коэффициенты

 

обратной

 

и

 

нулевой

 

после

-

довательностей

 

токов

K

2

i

 = 1,0, 

K

0

i

 = 1,0; 

активные

 

сопротивления

 

нулевой

 

R

0

 

и

 

прямой

 

R

1

 

последова

-

 5 (44) 2017


Page 4
background image

66

тельностей

 

взяты

 

из

 

справочной

 

литературы

В

 

таблице

 1 

при

-

ведены

 

результаты

 

расчета

 

кри

-

терия

 

потерь

 

мощ

 

нос

 

ти

 

K

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

для

 

транс

-

форматоров

 

со

 

схемой

 

соедине

-

ния

 

обмоток

 Y/Y

н

Аналогичные

 

таблицы

 

с

 

расчетами

 

выполнены

 

для

 

трансформаторов

 Y/Y

нСУ

,

Y/Z

н

.

В

 

таблице

 2 

представлены

 

значения

 

критерия

 

потерь

 

мощ

-

ности

полученные

 

теоретиче

-

ским

 

и

 

экспериментальным

 

спо

-

собами

Из

 

таблицы

 2 

следует

что

 

расхождение

 

между

 

теорети

-

ческим

 

и

 

опытным

 

K

 

при

 

одно

-

фазной

 

нагрузке

 

не

 

превышает

 

8,3%.

Экспериментальное

 

исследование

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

токов

В

 

СПбГАУ

 

разработана

 

фи

-

зическая

 

модель

 

электрической

 

сети

 0,38 

кВ

Она

 

содержит

 

трех

-

фазный

 

автотрансформатор

 

для

 

регулирования

 

входного

 

напряжения

 

силового

 

трансформатора

 

с

 

коэффициентом

 

трансформации

 

равным

 

едини

-

це

номинальной

 

мощностью

 25 

кВА

К

 

выходным

 

зажимам

 

трансформатора

 

подключена

 

воздушная

 

линия

 

общей

 

длиной

 370 

метров

выполненная

 

изо

-

лированным

 

проводом

 

марки

 

СИП

-4 

поперечным

 

сечением

 25 

мм

2

В

 

конце

 

линии

 

подсоединен

 

узел

 

нагрузки

состоящий

 

из

 

несимметричной

 

регулируе

-

мой

 

активной

 

нагрузки

 

мощностью

 25 

кВт

двух

 

трех

-

фазных

 

асинхронных

 

электродвигателей

 (

далее

 

АД

номинальной

 

мощностью

 4,5 

кВт

 

каждый

нагрузкой

 

которых

 

являются

 

генераторы

 

постоянного

 

тока

.

Измерения

 

напряжений

токов

активных

 

мощ

-

ностей

 

и

 

других

 

физических

 

величин

 

производи

-

лись

 

в

 

трех

 

точках

 

схемы

на

 

входе

 

трансформатора

 

Энергомонитор

 3.3», 

 1), 

на

 

выходе

 («

Энерго

-

ЭНЕРГО-

ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Табл

. 1. 

Сопротивления

 

прямой

 

и

 

нулевой

 

последовательностей

и

 

критерий

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

K

ε

 

трансформаторов

 

Y

/

Y

н

 

малой

 

и

 

средней

 

мощности

*

Номи

-

нальная

мощность

,

кВА

Сопротивление

 

трансформатора

Ом

Соотношения

сопротивлений

K

ε

о

.

е

прямой

 

последовательности нулевой

 

последовательности

Z

1

R

1

X

1

Z

0

R

0

X

0

Z

Z

1

R

R

1

X

X

1

25

0,289

0,154

0,244

3,17

1,755

2,64

11

11,4

10,8

13,4

40

0,18

0,09

0,156

2,068

1,133

1,73

11,5

12,6

11,1

14,6

63

0,115

0,052

0,103

1,2

0,665

1,19

10,4

12,79

11,6

14,79

100

0,072

0,032

0,065

0,703

0,389

0,695

9,8

12,16

10,7

14,16

160

0,045

0,0168

0,042

0,402

0,23

0,33

8,9

13,7

7,9

15,7

250

0,028

0,014

0,0264

0,28

0,155

0,233

10

11,07

8,83

13,07

Среднее

 

значение

10,27

12,29

10,17

14,29

Данные

 

таблицы

 

соответствуют

 

трансформаторам

 

с

 

верхним

 

пределом

 

номинального

 

напряжения

 

обмотки

 

высшего

 

напряжения

 

10 

кВ

Указанные

 

сопротивления

 

приведены

 

к

 

стороне

 400 

В

.

Табл

. 3. 

Критерий

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

K

ε

 

для

 

транс

-

форматоров

 

со

 

схемами

 

соединения

 

обмоток

 Y/Y

н

, Y/Y

нСУ

 

и

 Y/Z

н

 (

о

.

е

.)

На

 

грузка

Схема

 

транс

-

форматора

Номер

 

опыта

 1

 2

 3

 4

 5

Однофазная

Y/Y

н

14,465

14,465

14,465

14,465

14,465

Y/Y

нСУ

5,76

5,76

5,76

5,76

5,76

Y/Z

н

1,334

1,334

1,334

1,334

1,334

Двухфазная

Y/Y

н

3,173

2,943

2,545

2,363

2,234

Y/Y

нСУ

0,568

0,578

0,574

0,574

0,574

Y/Z

н

0,342

0,348

0,363

0,372

0,313

Трехфазный

 

АД

 4,5 

кВт

 + 

однофазная

Y/Y

н

0,717

1,564

2,923

3,560

4,066

Y/Y

нСУ

0,108

0,251

0,474

0,602

0,691

Y/Z

н

0,067

0,136

0,253

0,362

0,399

Табл

. 2. 

Сравнение

 

теоретического

 

и

 

экспериментального

значений

 

критерия

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

токов

Трансфор

-

маторы

 

типовые

Среднее

 

зна

-

чение

 

теоре

-

тического

 

K

ε

Экспериментальное

 

значение

 

K

ε

 

опытного

 

трансформатора

Расхождение

 

теорети

-

ческого

 

и

 

эксперимен

-

тального

 

критерия

 

K

ε

Y/Y

н

14,29

14,47

-1,26%

Y/Z

н

1,45

1,33

8,28%

монитор

 3.3», 

 2), 

в

 

узле

 

нагрузок

  (

на

 

выходе

 

ли

-

нии

 — «

Энергомонитор

 3.3», 

 3). 

Измерительный

 

комплекс

 «

Энергомонитор

 3.3» 

имеет

 

высокий

 

класс

 

точности

 — 0,1 

и

 

предназначен

 

для

 

электроэнергети

-

ческих

 

исследований

.

Применение

 

трех

 

измерительных

 

комплексов

 

в

 

физической

 

модели

 

сети

 0,38 

кВ

 

позволяет

 

одно

-

временно

 

измерить

 

потери

 

мощности

 

в

 

трансформа

-

торе

 

и

 

в

 

линии

что

 

очень

 

важно

 

при

 

исследовании

 

по

-

терь

 

в

 

каждом

 

физическом

 

элементе

 

электрической

 

сети

 0,38 

кВ

Исследование

 

потерь

 

мощности

 

от

 

не

-

симметрии

 

токов

 

проводились

 

по

 

разработанной

 

ме

-

тодике

 

для

 

трансформаторов

 

со

 

схемами

 

соедине

-

ния

 

обмоток

 Y/Y

н

, Y/Y

нСУ

, Y/Z

н

 

при

 

различных

 

видах

 

несимметричной

 

нагрузки

однофазной

двухфазной

трехфазной

 

несимметричной

однофазной

 

с

 

трех

-

фазным

 

АД

 (

таблица

 3). 

Нагрузка

 

постепенно

 

увели

-


Page 5
background image

67

Табл

. 4. 

Общие

 

потери

 

мощности

 

в

 

трансформаторах

 

P

T

(0)

 

в

 

Вт

 

и

 % 

от

 

P

ВХ

На

 

грузка

Схема

 

транс

-

форматора

Ед

изм

.

Номер

 

опыта

 1

 2

 3

 4

 5

Однофазная

Y/Y

н

Вт

108,4

197,4

337

560

676

%

6,03

6,8

7,41

10,33

11,35

Y/Y

нСУ

Вт

137

175

304

389

450

%

7,57

5,82

6,13

6,43

6,64

Y/Z

н

Вт

115

112

200

242

260

%

6,18

3,58

3,86

3,81

3,64

Двухфазная

Y/Y

н

Вт

158

255

520

719

687

%

4,5

4,34

5,35

6,12

5,16

Y/Y

нСУ

Вт

190

221

392

584

541

%

5,41

3,74

3,92

4,78

3,91

Y/Z

н

Вт

123

251

359

486

562

%

3,45

4,1

3,5

3,88

3,95

Трехфазный

 

АД

 4,5 

кВт

 + 

однофазная

Y/Y

н

Вт

211

286

521

636

782

%

3,17

3,77

5,76

6,52

7,67

Y/Y

нСУ

Вт

234

178

323

376

465

%

3,38

2,29

3,35

3,58

4,19

Y/Z

н

Вт

35

73

75

83

91

%

0,51

0,90

0,74

0,79

0,81

чивалась

 

от

 

холостого

 

хода

 

силового

 

трансформатора

 

до

 

номинальной

измере

-

ния

 

всех

 

физических

 

вели

-

чин

 

производились

 

обычно

 

для

 

пяти

 

опытов

 (

опыты

 

от

 

 1 

до

 

 5).

В

 

результате

 

сравнения

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несим

-

метрии

 

токов

 

по

 

критерию

 

потерь

 

в

 

трансформаторах

 

со

 

схемами

 

соединения

 

об

-

моток

 Y/Y

н

, Y/Y

нСУ

, Y/Z

н

 

установлено

что

 

наимень

-

шими

 

потерями

 

мощности

 

обладает

 

трансформатор

 

со

 

схемой

 

соединения

 

об

-

моток

 Y/Z

н

его

 

критерий

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несим

-

метрии

 

токов

 

по

 

сравнению

 

с

 

трансформатором

 Y/Y

н

 

меньше

:

 

при

 

однофазной

 

нагруз

-

ке

 

в

 11 

раз

;

 

при

 

двухфазной

 

нагруз

-

ке

 

в

 5–9 

раз

;

 

при

 

однофазной

 

нагруз

-

ке

 

с

 

трехфазным

 

АД

 

в

 10,7–10,2 

раз

.

Критерий

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

трансформатора

 Y/Y

нСУ

 

по

 

сравнению

 

с

 

трансфор

-

матором

 Y/Y

н

 

меньше

:

 

при

 

однофазной

 

нагрузке

 

в

 2,5 

раза

;

 

при

 

двухфазной

 

нагрузке

 

в

 3,9–5,6 

раз

;

 

при

 

однофазной

 

нагрузке

 

с

 

трехфазным

 

АД

 

в

 5,9–6,64 

раз

.

Общие

 

потери

 

мощности

 

в

 

ваттах

 

и

 

в

 

процентах

 

от

 

входной

 

активной

 

мощности

 

для

 

трех

 

трансфор

-

маторов

 

приведены

 

в

 

таблице

 4.

Отношение

 

общих

 

потерь

 

мощности

 

в

 

трансформа

-

торе

 Y/Y

н

 

к

 

потерям

 

в

 

трансформаторе

 Y/Y

нСУ

 (Y/Z

н

)

при

 

нагрузке

близкой

 

к

 

номинальной

  (

опыт

 5), 

со

-

ставляет

:

 

однофазная

 

нагрузка

 — 1,7 (3,1);

 

двухфазная

 

нагрузка

 — 1,32( 1,31);

 

трехфазный

 

АД

 + 

однофазная

 

нагрузка

 — 1,83 

(9,47).

Как

 

видно

 

из

 

этих

 

данных

соотношение

 

общих

 

потерь

 

мощности

 

в

 

различных

 

трансформаторах

 

от

-

личаются

 

не

 

так

 

сильно

как

 

потери

 

мощности

 

от

 

не

-

симметрии

 

токов

.

Представляет

 

интерес

 

доля

 

потерь

 

мощно

-

сти

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

в

 

общей

 

сумме

 

потерь

 

в

 

трансформаторах

Во

 

всех

 

случаях

 

с

 

увеличе

-

нием

 

нагрузки

 

доля

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимме

-

трии

 

токов

 

в

 

трансформаторах

 

в

 

общей

 

сумме

 

по

-

терь

 

возрастает

:

 

при

 

однофазной

 

нагрузке

в

 

трансформаторе

 Y/Y

н

от

 52,58% 

до

 90,02%, 

в

 

трансформаторе

 Y/Z

н

 

от

 

5,67% 

до

 40,7%;

 

при

 

двухфазной

 

нагрузке

в

 

трансформаторе

 Y/Y

н

 

от

 32,15% 

до

 82,34%, 

в

 

трансформаторе

 Y/Z

н

 

от

 

5,14% 

до

 21,15%;

 

при

 

однофазной

 

нагрузке

 

с

 

АД

 4,5 

кВт

в

 

транс

-

форматоре

 Y/Y

н

 

от

 24,79% 

до

 88,25%, 

в

 

транс

-

форматоре

 Y/Z

н

 

от

 17,37% 

до

 86,31%.

На

 

основании

 

проведенного

 

анализа

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

в

 

сельских

 

сетях

 

0,38 

кВ

 

с

 

различными

 

конструкциями

 

трехфазных

 

трансформаторов

исходя

 

из

 

уровня

 

потерь

 

мощ

-

ности

 

в

 

них

с

 

целью

 

повышения

 

эффективности

 

энергосбережения

 

в

 

сельских

 

сетях

 

предлагается

 

установить

 

следующие

 

области

 

применения

 

транс

-

форматоров

:

 

трансформаторы

 

со

 

схемой

 

соединения

 

обмоток

 

Y/Y

н

 — 

в

 

электрических

 

сетях

 

с

 

производствен

-

ными

 (

симметричными

нагрузками

;

 

трансформаторы

 

со

 

схемой

 

соединения

 

обмоток

 

Y/Y

нСУ

 — 

в

 

сетях

 0,38 

кВ

 

с

 

производственными

 

и

 

коммунально

-

бытовыми

 

нагрузками

;

 

трансформаторы

 

со

 

схемой

 

соединения

 

обмоток

 

Y/Z

н

 — 

в

 

сетях

 0,38 

кВ

 

с

 

коммунально

-

бытовыми

 

нагрузками

.

Такое

 

распределение

 

трансформаторов

 

в

 

сель

-

ских

 

сетях

 0,38 

кВ

 

обеспечит

 

снижение

 

общих

 

потерь

 

электроэнергии

.

СПОСОБ

 

ИЗМЕРЕНИЯ

 

СИММЕТРИЧНЫХ

 

СОСТАВЛЯЮЩИХ

 

ТОКОВ

 

В

 

ТРЕХФАЗНЫХ

 

СЕТЯХ

 (

ПАТЕНТ

 

НА

 

ИЗОБРЕТЕНИЕ

 

 2574867 

РФ

 [6])

Для

 

определения

 

критерия

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимметричных

 

токов

 (1) 

необходимо

 

измерить

 

коэффициенты

 

обратной

 

K

2

i

 

и

 

нулевой

 

K

0

i

 

последо

-

вательностей

 

токов

 

в

 

электрической

 

сети

 0,38 

кВ

С

 

этой

 

целью

 

нами

 

разработан

 

способ

 

измерения

 

симметричных

 

составляющих

 

токов

 

в

 

трехфазных

 

сетях

сущность

 

которого

 

изложена

 

ниже

.

 5 (44) 2017


Page 6
background image

68

Для

 

расчета

 

токов

 

прямой

обратной

 

и

 

нулевой

 

последовательностей

 

в

 

электрических

 

сетях

 

ме

-

тодом

 

симметричных

 

составляющих

 

должны

 

быть

 

известны

 

модули

 

и

 

аргументы

 

несимметричной

 

системы

 

токов

Практическое

 

измерение

 

началь

-

ных

 

фаз

 

токов

 

и

 

напряжений

 

в

 

сетях

 

затрудни

-

тельно

 

и

 

приводит

 

к

 

значительным

 

погрешностям

 

в

 

определении

 

симметричных

 

составляющих

 

не

-

симметричных

 

систем

 

токов

Поэтому

 

в

 

условиях

 

эксплуатации

 

электрических

 

сетей

 

определение

 

симметричных

 

составляющих

 

и

 

показателей

 

не

-

симметрии

 

токов

 

целесообразно

 

производить

 

по

 

результатам

 

измерений

 

модулей

 

токов

Такой

 

ме

-

тод

 

расчета

 

комплексных

 

симметричных

 

состав

-

ляющих

 

и

 

показателей

 

несимметрии

 

токов

 

назы

-

вается

 

модульным

.

Для

 

расчета

 

симметричных

 

составляющих

 

и

 

по

-

казателей

 

несимметрии

 

токов

 

в

 

четырехпроводной

 

сети

 

по

 

модулям

 

тока

 

недостаточно

 

знание

 

четырех

 

модулей

 

токов

 

в

 

этой

 

сети

так

 

как

 

в

 

четырехугольни

-

ке

 

токов

 (

рисунок

 1) 

углы

 

не

 

определяются

 

однознач

-

но

 

через

 

стороны

 

этого

 

четырехугольника

Однако

задача

 

может

 

быть

 

решена

если

 

четырехугольник

образованный

 

токами

 

I

A

I

B

I

C

I

N

представить

 

как

 

со

-

вокупность

 

двух

 

треугольников

 

токов

С

 

этой

 

целью

 

нами

 

предложен

 

следующий

 

метод

.

С

 

помощью

 

амперметров

включенных

 

через

 

из

-

мерительные

 

трансформаторы

 

тока

измеряются

 

пять

 

токов

I

A

I

B

I

C

I

N

I

BC

то

 

есть

 

кроме

 

трех

 

линейных

 

токов

 

и

 

тока

 

в

 

нулевом

 

проводе

 

дополнительно

 

изме

-

ряется

 

модуль

 

суммарного

 

тока

 

I

BC

 = 

I

B

 + 

I

B

 = 

I

BC

 

e

j

i

BC

Для

 

измерения

 

тока

 

I

BC

 

амперметр

 

включается

 

через

 

трансформаторы

 

тока

 

по

 

схеме

изображенной

 

на

 

рисунке

 2. 

В

 

этом

 

случае

 

четырехугольник

 

токов

 

I

A

I

B

I

C

I

N

 

(

рисунок

 1) 

разделяется

 

на

 

два

 

треугольника

 

токов

 

I

A

I

N

I

BC

и

 

I

B

I

C

I

BC

для

 

каждого

 

из

 

которых

 

углы

 

од

-

нозначно

 

выражаются

 

через

 

стороны

 

треугольников

 

с

 

помощью

 

следующих

 

выражений

 (

на

 

основании

 

те

-

оремы

 

косинусов

):

ЭНЕРГО-

ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Рис

. 1. 

Векторная

 

диаграмма

 

несимметричной

 

системы

 

токов

 

четырехпроводной

 

сети

 

I

2

А

 + 

I

2

BC

 – 

I

2

N

 

b

1

 

cos

1

 = — = 

 

—, 

 

2

I

А

I

BC

 

I

А

 

I

2

B

 + 

I

2

BC

 – 

I

2

C

 

b

2

 

cos

2

 = — = 

 

,

 (7)

 

2

I

B

I

BC

 

I

B

 

I

2

А

 + 

I

2

N

 – 

I

2

BC

 

d

 

cos

 = — = 

 

,

 

 

2

I

А

I

N

 

I

N

 

I

2

А

 + 

I

2

BC

 – 

I

2

N

 

I

2

B

 + 

I

2

BC

 – 

I

2

C

 

I

2

B

 + 

I

2

BC

 – 

I

2

C

где

 

b

1

 = —, 

b

= —, 

d

 

= —.

 

2

I

BC

 

2

I

BC

 

2

I

A

Несимметричная

 

система

 

фазных

 

токов

 (8):

 

I

A