32
Фильтросимметрирующее
устройство для снижения
потерь от несимметрии токов
и повышения качества
электроэнергии в сетях 0,38 кВ
УДК
631.371:621.316
Косоухов
Ф
.
Д
.,
д
.
т
.
н
.,
профессор
СПбГАУ
Васильев
Н
.
В
.,
к
.
т
.
н
.,
доцент
,
заведующий
кафедрой
Электро
-
энергетики
и
электрооборудования
СПбГАУ
Криштопа
Н
.
Ю
.,
к
.
т
.
н
.,
старший
преподаватель
СПбГАУ
Кузнецова
Е
.
С
.,
инженер
,
старший
преподаватель
СПбГАУ
Ключевые
слова
:
трехфазная
сеть
,
потери
электро
энергии
,
качество
энергии
,
фильтро
симметрирующее
устройство
,
снижение
потерь
,
критерий
потерь
мощности
,
экспериментальные
исследования
Keywords:
three-phase power network, power losses,
power quality, load-balancing
fi
lter device,
power losses reduction, power losses criterion,
experimental investigations
Электрические
сети
0,38
кВ
работают
в
несимметричном
режиме
,
потери
электроэнер
гии
в
них
в
2
и
более
раз
превышают
потери
в
симметричном
режиме
.
Для
снижения
потерь
в
сетях
0,38
кВ
рекомендуется
фильтросиммет
-
ри
рующее
устройство
(
ФСУ
),
содержащее
три
конденсаторные
батареи
(
КБ
)
и
магнитный
усилитель
(
МУ
).
Три
конден
саторные
батареи
и
рабочая
обмотка
МУ
,
включенная
между
нулевым
проводом
сети
и
нулевой
точкой
«0»
КБ
,
соединены
последовательно
и
настроены
в
резонанс
напряжения
.
Поэтому
эта
электричес
-
кая
цепь
обладает
малым
активным
сопротивлением
,
шунти
рующим
нагрузку
.
Таким
образом
,
ФСУ
,
обладая
малым
сопротивлением
нулевой
последователь
-
ности
,
будет
шунтировать
токи
нулевой
последовательности
сети
,
снижая
по
-
тери
в
линии
и
в
трансформаторе
и
повышая
качество
электрической
энергии
.
Изложены
некоторые
результаты
экспериментального
исследования
ФСУ
,
проведенного
на
кафедре
Электроэнергетики
и
электрооборудования
СПбГАУ
на
физической
модели
трехфазной
сети
0,38
кВ
.
Исследования
потерь
мощности
в
трансформаторе
и
в
линии
проводились
с
помощью
критерия
потерь
мощности
от
несимметрии
токов
,
разработанного
на
кафедре
СПбГАУ
.
Так
при
однофазной
нагрузке
с
наиболее
тяжелым
режимом
несимметрии
критерий
потерь
мощности
от
несимметрии
токов
в
трансфор
маторе
при
подключении
ФСУ
в
узле
нагрузок
снижается
примерно
в
8
раз
(
в
режиме
близком
к
номинальному
),
а
в
линии
критерий
потерь
уменьшается
в
3,5
раза
.
Т
ехнологические
потери
электроэнергии
в
сельских
сетях
0,38
кВ
за
последнее
деся
-
тилетие
выросли
почти
в
3
раза
и
достигают
30%.
Причиной
этого
является
рост
в
сетях
0,38
кВ
доли
однофазной
нагрузки
по
сравнению
с
трехфазной
симметричной
нагрузкой
[1].
Известно
,
что
сельские
электрические
сети
0,38
кВ
работают
в
несимметричном
режиме
,
где
по
-
тери
электроэнергии
в
2
и
более
раз
превышают
по
-
тери
в
симметричном
режиме
[2, 4].
Кафедрой
Электроэнергетики
и
электрооборудо
-
вания
СПбГАУ
разработано
фильтросимметрирую
-
щее
устройство
(
ФСУ
)
для
трехфазной
сети
с
нуле
-
вым
проводом
[3].
Оно
предназначено
для
снижения
потерь
и
повышения
качества
электроэнергии
в
се
-
тях
0,38
кВ
.
ФСУ
(
рисунок
1)
содержит
три
конденсаторные
батареи
(
КБ
),
соединенных
в
звезду
,
каждая
из
ко
-
торых
состоит
из
трех
(
и
более
)
отдельных
конден
-
саторов
,
соединенных
параллельно
:
первая
батарея
имеет
конденсаторы
1, 2, 3;
вторая
— 4, 5, 6;
тре
-
тья
— 7, 8, 9.
В
нулевой
точке
КБ
«0»
подключает
-
э
н
е
р
г
о
э
ф
ф
е
к
т
и
в
н
о
с
т
ь
энергоэффективность
33
ся
рабочая
обмотка
10
магнитного
усилителя
(
МУ
),
обмотка
управления
11
которого
питается
от
выпря
-
мителя
14
через
резисторы
12
и
13.
Таким
образом
,
три
КБ
и
рабочая
обмотка
10
МУ
,
включенная
между
нулевым
проводом
N
сети
и
нулевой
точкой
«0»
КБ
,
соединены
последовательно
и
работают
в
режиме
резонанса
напряжения
,
при
котором
выполняется
условие
:
X
L
=
X
C
/
3
или
3
X
L
=
X
C
, (1)
где
X
L
—
индуктивное
сопротивление
рабочей
об
-
мотки
МУ
;
X
C
—
емкостное
сопротивление
КБ
.
Электрическая
цепь
ФСУ
«
КБ
–
МУ
»
настраивается
в
резонанс
при
емкостях
1–4–7,
изменением
тока
подмагничивания
обмотки
управления
МУ
с
помо
-
щью
резисторов
12, 13 [5].
Если
в
трехфазной
сети
0,38
кВ
имеет
место
не
-
докомпенсация
реактивной
мощности
,
то
с
помощью
контактов
16
включают
вторую
секцию
КБ
2, 5, 8,
одновременно
шунтируют
резистор
13;
при
этом
уве
-
личивается
ток
подмагничивания
I
0
,
возрастает
насы
-
щение
ферромагнитных
сердечников
МУ
,
уменьшает
-
ся
их
магнитная
проницаемость
и
индуктивность
L
P
рабочих
обмоток
10,
устанавливается
равенство
(1).
Дальнейшее
увеличение
эффекта
компенсации
ре
-
активной
мощности
сети
достигается
включением
с
помощью
контактов
17,
третьей
ступени
КБ
3, 6, 9
и
одновременным
шунтированием
резистора
12.
Рис
. 1.
Фильтро
-
симметрирующее
устройство
для
трехфазной
сети
с
нулевым
проводом
Таким
образом
,
ФСУ
,
включенное
с
помощью
контактов
15
в
трехфазную
сеть
0,38
кВ
с
несимме
-
тричной
нагрузкой
,
обладая
малым
сопротивлением
нулевой
последовательности
(
активным
сопротив
-
лением
R
L
рабочей
обмотки
МУ
),
будет
шунтировать
токи
нулевой
последовательности
сети
,
снижая
по
-
тери
в
линии
и
трансформаторе
и
повышая
качество
электрической
энергии
.
В
статье
изложены
некоторые
результаты
экспе
-
риментального
исследования
ФСУ
,
проведенного
на
кафедре
Электроэнергетики
и
электрооборудо
-
вания
СПбГАУ
на
физической
модели
трехфазной
четырехпроводной
сети
0,38
кВ
[6, 7].
Физическая
модель
электрической
сети
0,38
кВ
(
рисунок
2)
содержит
трехфазный
автотрансформа
-
тор
АТ
для
регулирования
входного
напряжения
на
зажимах
силового
трансформатора
Y
⁄
Y
Н
,
номиналь
-
ной
мощностью
25
кВА
с
коэффициентом
трансфор
-
мации
1,0
и
номинальным
напряжением
0,38
кВ
.
На
входе
трансформатора
и
на
его
выходе
включены
из
-
мерительные
устройства
«
Энергомонитор
3.3»
№
1
и
№
2.
К
«
Энергомонитору
3.3»
№
2
подсоединена
воздушная
линия
ВЛ
0,38
кВ
,
выполненная
проводом
марки
СИП
-4
сечением
25
мм
2
,
длиной
370
м
.
В
кон
-
це
ВЛ
0,38
кВ
включен
«
Энергомонитор
3.3»
№
3.
Необходимость
трех
«
Энергомониторов
3.3»
объяс
-
няется
требованием
—
при
экспериментальном
ис
-
следовании
потерь
мощности
в
сети
,
измерения
по
-
терь
мощности
P
Т
в
трансформаторе
(
Вт
):
P
Т
=
P
ВХ
–
P
ВЫХ
1
,
и
потерь
мощности
в
линии
P
Л
(
Вт
):
P
л
=
P
ВЫХ
1
-
P
ВЫХ
2
,
где
P
ВХ
—
активная
мощность
на
входе
трансфор
-
матора
,
измеренная
«
Энергомонитором
3.3»
№
1;
P
ВЫХ
1
—
активная
мощность
на
выходе
трансфор
-
матора
,
измеренная
«
Энергомонитором
3.3»
№
2;
P
ВЫХ
2
—
активная
мощность
на
выходе
линии
,
изме
-
ренная
«
Энергомонитором
3.3»
№
3.
На
выходе
«
Энергомонитора
3.3»
№
3
включен
узел
нагрузки
,
содержащий
трехфазную
регулируе
-
мую
активную
нагрузку
,
максимальной
мощностью
25
кВт
и
два
трехфазных
асинхронных
электродвига
-
теля
мощностью
4,5
кВт
каждый
,
нагрузкой
которых
являются
генераторы
постоянного
тока
.
Исследова
-
ния
проводились
для
двух
способов
присоединения
ФСУ
: 1-
й
способ
—
ФСУ
зажимами
А
,
В
,
С
, N (
рису
-
нок
1)
подключалось
к
зажимам
a, b,
с
, n
в
узле
нагру
-
АД
№
1
Узел
нагрузки
ВЛ
0,38
кВ
Т
0,38/0,38
кВ
А
АТ
B
A
1
A
2
R
a
R
b
R
c
a
2
a
1
a
B
1
B
2
b
2
b
1
b
C
1
C
2
n
2
n
1
n
с
2
с
1
с
N
C
«
Энерг
омонит
ор
3.3»
№
1
«
Энерг
омонит
ор
3.3»
№
2
«
Энерг
омонит
ор
3.3»
№
3
АД
№
2
Рис
. 2.
Схема
экспериментальной
установки
для
исследования
ФСУ
на
физической
модели
сети
0,38
кВ
№
2 (41) 2017
34
зок
; 2-
й
способ
—
ФСУ
теми
же
зажимами
подключалось
в
начале
воздушной
линии
к
зажимам
а
1
, b
1
,
с
1
, n
1
.
По
результатам
опытов
рассчитаны
,
кроме
потерь
мощности
в
трансформаторе
и
линии
,
следующие
физические
величины
[9–11]:
–
критерий
потерь
мощности
в
трансфор
-
маторе
от
несимметрии
токов
[5],
рас
-
считанный
по
формуле
K
(
Т
)
=
K
2
2
i
+
K
2
0
i
·
R
0
Т
/
R
1
Т
; (2)
–
критерий
потерь
мощности
в
линии
от
несимметрии
токов
[5],
рассчитанный
по
формуле
:
K
(
Л
)
=
K
2
2
i
+
K
2
0
i
·
R
0
Л
/
R
1
Л
;
–
потери
мощности
в
трансформаторе
(
в
линии
):
–
от
токов
прямой
последовательности
:
P
1(
Т
)
= 3
I
1
2
R
1(
Т
)
;
(
P
1(
Л
)
= 3
I
1
2
R
1(
Л
)
);
–
от
токов
обратной
последовательности
:
P
2(
Т
)
= 3
I
2
2
R
2(
Т
)
;
(
P
2(
Л
)
= 3
I
2
2
R
2(
Л
)
);
–
от
токов
нулевой
последовательности
:
P
0(
Т
)
= 3
I
0
2
R
0(
Т
)
;
(
P
0(
Л
)
= 3
I
0
2
R
0(
Л
)
);
– c
уммарные
потери
мощности
от
не
симметрии
токов
в
трансформаторе
(
в
линии
):
P
=
P
2
+
P
0
;
–
критерий
потерь
мощности
от
несимме
-
трии
токов
в
трансформаторе
Y
⁄
Y
Н
(
в
ли
-
нии
),
опытный
:
K
=
P
/
P
1
. (3)
Результаты
расчета
потерь
мощности
в
трансформаторе
Y
⁄
Y
Н
и
в
линии
без
ФСУ
приведены
в
таблице
1,
а
с
ФСУ
—
в
табли
-
цах
2
и
3.
Сравнивая
численные
значения
критерия
потерь
мощности
от
несимметрии
токов
,
рассчитанные
по
формулам
(2)
и
(3)
(
K
ε
(
Ф
.2)
и
K
ε
(
Ф
.3)
),
видим
,
что
результаты
расче
-
та
отличаются
только
во
втором
знаке
после
запятой
[11].
Таким
образом
,
подтверждается
пра
-
вильность
измерения
симметричных
со
-
ставляющих
токов
прямой
I
1
,
обратной
I
2
и
нулевой
I
0
последовательности
в
сети
0,38
кВ
,
и
в
целом
правильность
результа
-
тов
экспериментальных
исследований
.
В
таблицах
1–3
приведены
результаты
экспериментальных
исследований
потерь
мощности
в
сети
0,38
кВ
при
изменяющей
-
ся
однофазной
нагрузке
,
хотя
эксперимент
проведен
и
для
других
режимов
работы
сети
[11]:
–
при
переменной
несимметричной
трех
-
фазной
активной
нагрузке
;
Табл
. 1.
Результаты
расчета
критерия
потерь
мощности
от
несимметрии
токов
в
сети
0,38
кВ
с
трансформатором
Y
⁄
Y
Н
по
данным
измерений
;
изменяется
однофазная
активная
нагрузка
Эле
-
мент
сети
Физи
-
ческая
вели
-
чина
Еди
-
ница
изме
-
рения
Номер
опыта
1
2
3
4
5
Измерено
Трансформа
тор
Линия
P
ВХ
Вт
1797
2904
4546
5419
5954
P
ВЫХ
1
Вт
1689
2706
4209
4859
5277
P
ВЫХ
2
Вт
1551
2454
3572
4042
4287
I
1
А
2,55
4,31
6,93
8,39
9,31
I
2
А
2,55
4,31
6,93
8,39
9,31
I
0
А
2,55
4,31
6,93
8,39
9,31
K
2
i
о
.
е
.
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
K
0
i
о
.
е
.
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
K
0
U
о
.
е
.
5,45
9,8
15,63
18,59
20,54
Вычислено
Трансформа
тор
Y
⁄
Y
Н
*
P
1
Вт
3,941
11,257
29,103
42,658
52,526
P
2
Вт
3,941
11,257
29,103
42,658
52,526
P
0
Вт
53,06
151,581 391,883
574,4
707,277
P
ns
(
Т
)
Вт
60,942 174,095 450,089 659,716 812,329
P
Т
(0)
Вт
108,4
197,4
337
560
676
%
6,03
6,8
7,41
10,33
11,35
K
ε
(
Ф
.2)
о
.
е
.
14,465
14,465
14,465
14,465
14,465
K
ε
(
Ф
.3)
о
.
е
.
14,465
14,465
14,465
14,465
14,465
Линия
**
P
1
Вт
9,012
25,746
66,563
97,563 120,133
P
2
Вт
9,012
25,746
66,563
97,563 120,133
P
0
Вт
27,525
78,633 203,303 297,970 366,900
P
ns
(
Л
)
Вт
45,549 130,125 336,429 493,096 607,166
P
Л
(0)
Вт
138
253
637
816
990
%
7,68
8,71
14,01
15,06
16,63
K
ε
(
Ф
.2)
о
.
е
.
4,054
4,054
4,054
4,054
4,054
K
ε
(
Ф
.3)
о
.
е
.
4,054
4,054
4,054
4,054
4,054
*
Z
0
= 4,95
Ом
,
R
0
= 2,72
Ом
,
Z
1
= 0,269
Ом
,
R
1
= 0,202
Ом
.
P
Т
(0)
—
опытные
данные
потерь
.
**
Провод
Сип
-4 4 × 25
мм
2
,
длина
370
м
.
Z
0
= 1,467
Ом
,
R
0
= 1,411
Ом
,
R
1
= 0,462
Ом
,
P
Л
(0)
—
опытные
данные
потерь
.
ЭНЕРГО-
ЭФФЕКТИВНОСТЬ
35
Табл
. 2.
Результаты
расчета
критерия
потерь
мощности
от
несимметрии
токов
в
сети
0,38
кВ
с
трансформатором
Y
⁄
Y
Н
и
ФСУ
,
подключенным
в
узле
нагрузок
:
по
данным
измерений
;
изменяется
однофазная
активная
нагрузка
Эле
-
мент
сети
Физи
-
ческая
вели
-
чина
Еди
-
ница
изме
-
рения
Номер
опыта
1
2
3
4
5
Измерено
Трансформа
тор
Линия
P
ВХ
Вт
1956
3219
5298
6440
7364
P
ВЫХ
1
Вт
1860
3072
5128
6197
7137
P
ВЫХ
2
Вт
1742
2916
4816
5749
6583
I
1
А
7,31
8,00
9,72
10,76
12,12
I
2
А
2,81
4,83
8,16
10,01
11,48
I
0
А
0,82
1,53
2,45
3,42
3,28
K
2
i
о
.
е
.
0,11
0,19
0,25
0,32
0,27
K
0
i
о
.
е
.
0,38
0,6
0,84
0,93
0,95
K
0
U
о
.
е
.
1,79
3,15
5,63
6,98
7,85
Вычислено
Трансформа
тор
Y
⁄
Y
Н
*
P
1
Вт
32,38
38,78
57,25
70,16
89,02
P
2
Вт
4,79
14,14
40,35
60,72
79,86
P
0
Вт
5,49
19,10
48,98
95,44
87,79
P
ns
(
Т
)
Вт
43,66
72,02
146,58
226,32
256,67
P
Т
(0)
Вт
96
147
170
243
227
%
4,9
4,57
3,21
3,77
3,08
K
ε
(
Ф
.2)
о
.
е
.
0,348
0,857
1,560
2,226
1,883
K
ε
(
Ф
.3)
о
.
е
.
0,307
0,846
1,547
2,244
1,884
Линия
**
P
1
Вт
74,06
88,70
130,95
160,47
203,6
P
2
Вт
10,94
32,33
92,29
138,88
182,66
P
0
Вт
2,85
9,91
25,41
49,51
45,54
P
ns
(
Л
)
Вт
87,85
130,94
248,65
348,86
431,80
P
Л
(0)
Вт
118
156
312
448
554
%
6,03
4,85
5,89
6,96
7,52
K
ε
(
Ф
.2)
о
.
е
.
0,186
0,476
0,899
1,174
1,121
K
ε
(
Ф
.3)
о
.
е
.
0,181
0,470
0,896
1,178
1,125
*
Z
0
= 4,95
Ом
,
R
0
= 2,72
Ом
,
Z
1
= 0,269
Ом
,
R
1
= 0,202
Ом
.
P
Т
(0)
—
опытные
данные
потерь
.
**
Провод
Сип
-4 4 × 25
мм
2
,
длина
370
м
.
Z
0
= 1,467
Ом
,
R
0
= 1,411
Ом
,
R
1
= 0,462
Ом
,
P
Л
(0)
—
опытные
данные
потерь
.
–
при
переменной
однофазной
активной
на
грузке
и
работающим
с
полной
нагруз
-
кой
трехфазным
асинхронным
электро
-
двигателем
номинальной
мощностью
4,5
кВт
.
Из
таблиц
1–3
видно
,
что
включение
ФСУ
в
сеть
0,38
кВ
с
трансформатором
Y
⁄
Y
Н
при
несимметричной
нагрузке
по
-
зволяет
существенно
снизить
потери
мощности
в
трансформаторе
и
линии
0,38
кВ
.
Так
,
при
однофазной
нагрузке
критерий
потерь
мощности
от
несимме
-
трии
токов
в
трансформаторе
K
ε
(
Т
)
при
подключении
ФСУ
в
узле
нагрузок
сни
-
жается
в
41,6(29,6)–7,79(6,0)
раза
по
мере
увеличения
однофазной
нагрузки
,
причем
симметрирующий
эффект
ФСУ
зависит
от
способа
его
включения
.
Наибольший
эф
-
фект
ФСУ
оказывает
при
его
включении
в
узле
нагрузки
.
При
подключении
ФСУ
к
шинам
НН
трансформатора
его
симме
-
трирующий
эффект
немного
снижается
,
что
видно
из
данных
,
приведенных
выше
в
скобках
.
Критерий
потерь
мощности
от
несимме
-
трии
токов
в
линии
0,38
кВ
K
ε
(
Л
)
при
вклю
-
чении
ФСУ
в
узле
нагрузок
снижается
в
21,8(18,5) – 3,5(3,4)
раза
с
увеличением
однофазной
нагрузки
.
Для
двух
указанных
выше
режимов
сети
нами
получены
следующие
результаты
:
–
при
несимметричной
трехфазной
ак
-
тивной
нагрузке
критерий
потерь
мощ
-
ности
от
несимметрии
токов
в
транс
-
форматоре
с
включенным
ФСУ
в
узле
нагрузок
уменьшается
в
3,7
раза
,
а
в
ли
-
нии
в
2,2
раза
;
–
при
переменной
однофазной
активной
нагрузке
и
работающим
с
полной
нагруз
-
кой
трехфазным
асинхронным
электро
-
двигателем
номинальной
мощностью
4,5
кВт
критерий
потерь
мощности
от
несимметрии
токов
в
трансформаторе
с
включенным
ФСУ
в
узле
нагрузок
уменьшается
в
5
раз
,
а
в
линии
—
в
2,4
раза
.
Одним
из
качественных
показателей
электроэнергии
в
сети
0,38
кВ
при
несимме
-
тричной
нагрузке
является
коэффициент
ну
-
левой
последовательности
напряжений
K
0
U
.
Зависимость
этого
коэффициента
от
одно
-
фазной
нагрузки
в
сети
0,38
кВ
с
трансфор
-
матором
Y
⁄
Y
Н
приведена
в
таблицах
1–3.
Из
этих
таблиц
видно
,
что
включение
ФСУ
в
узле
нагрузок
позволяет
уменьшить
вели
-
чину
K
0
U
в
2,5(2,1) – 3,1(2,2)
раза
.
Таким
образом
,
применение
ФСУ
в
се
-
тях
0,38
кВ
с
трансформатором
Y
⁄
Y
Н
с
не
-
симметричной
нагрузкой
позволяет
сни
-
зить
потери
мощности
в
трансформаторе
и
линии
и
повысить
качество
электриче
-
ской
энергии
.
№
2 (41) 2017
36
Табл
. 3.
Результаты
расчета
критерия
потерь
мощности
от
несимметрии
токов
в
сети
0,38
кВ
с
трансформатором
Y
⁄
Y
Н
и
ФСУ
,
подключенным
к
шинам
НН
:
по
данным
измерений
;
изменяется
однофазная
активная
нагрузка
Эле
-
мент
сети
Физи
-
ческая
вели
-
чина
Еди
-
ница
изме
-
рения
Номер
опыта
1
2
3
4
5
Измерено
Трансформа
тор
Линия
P
ВХ
Вт
1808
2983
4858
5908
6550
P
ВЫХ
1
Вт
1725
2872
4668
5687
6288
P
ВЫХ
2
Вт
1604
2569
3895
4521
4837
I
1
А
7,27
7,86
9,31
10,36
11,11
I
2
А
2,72
4,58
7,52
9,2
10,23
I
0
А
1,17
1,91
2,9
3,51
3,8
K
2
i
о
.
е
.
0,16
0,24
0,31
0,34
0,34
K
0
i
о
.
е
.
0,37
0,58
0,81
0,89
0,92
K
0
U
о
.
е
.
2,56
4,39
6,93
8,26
9,21
Вычислено
Трансформа
тор
Y
⁄
Y
Н
*
P
1
Вт
32,03
37,44
52,53
65,04
74,8
P
2
Вт
4,48
12,71
34,27
51,29
63,42
P
0
Вт
11,17
29,77
68,63
100,53
117,83
P
ns
(
Т
)
Вт
47,68
79,92
155,43
216,86
256,05
P
Т
(0)
Вт
83
111
190
221
262
%
4,59
3,72
3,91
3,74
4,00
K
ε
(
Ф
.2)
о
.
е
.
0,489
1,135
1,959
2,334
2,423
K
ε
(
Ф
.3)
о
.
е
.
0,482
1,112
1,950
2,349
2,403
Линия
**
P
1
Вт
73,25
85,63
120,13
148,76
171,08
P
2
Вт
10,25
29,07
78,38
117,31
145,05
P
0
Вт
5,79
15,44
35,60
52,15
61,12
P
ns
(
Л
)
Вт
89,29
130,14
234,11
318,22
377,25
P
Л
(0)
Вт
121
303
773
1166
1451
%
6,69
10,16
15,91
19,74
22,15
K
ε
(
Ф
.2)
о
.
е
.
0,219
0,520
0,949
1,147
1,205
K
ε
(
Ф
.3)
о
.
е
.
0,215
0,512
0,950
1,201
1,199
*
Z
0
= 4,95
Ом
,
R
0
= 2,72
Ом
,
Z
1
= 0,269
Ом
,
R
1
= 0,202
Ом
.
P
Т
(0)
—
опытные
данные
потерь
.
**
Провод
Сип
-4 4 × 25
мм
2
,
длина
370
м
.
Z
0
= 1,467
Ом
,
R
0
= 1,411
Ом
,
R
1
= 0,462
Ом
,
P
Л
(0)
—
опытные
данные
потерь
.
ПОЛУЧЕННЫЕ
РЕЗУЛЬТАТЫ
И
ИХ
НОВИЗНА
До
настоящего
времени
ученые
элек
-
троэнергетики
определяли
общие
потери
в
трехфазных
трансформаторах
и
четы
-
рехпроводных
линиях
,
содержащие
поте
-
ри
от
токов
прямой
последовательности
,
от
токов
обратной
и
нулевой
последова
-
тельности
(
от
токов
несимметрии
),
от
не
-
синусоидальных
и
реактивных
токов
.
При
этом
разрабатывались
способы
и
сред
-
ства
снижения
общих
потерь
,
которые
во
многих
случаях
являлись
малоэффек
-
тивными
.
На
кафедре
Электроэнергетики
и
электрооборудования
СПбГАУ
разра
-
ботаны
способы
измерения
отдельных
потерь
:
от
несимметричных
,
несинусо
-
идальных
и
реактивных
токов
(
получен
патент
№
2599280
РФ
на
измерение
по
-
терь
от
несимметричных
токов
),
которые
позволяют
разработать
более
эффектив
-
ные
способы
снижения
отдельных
потерь
в
трансформаторах
и
линиях
,
а
следова
-
тельно
,
добиться
снижения
общих
по
-
терь
.
Таким
образом
,
нами
разработано
новое
научное
направление
в
исследо
-
вании
отдельных
потерь
мощности
от
несимметричных
,
несинусоидальных
и
ре
-
активных
токов
,
применение
которого
в
ФСУ
позволило
существенно
снизить
потери
мощности
от
несимметрии
то
-
ков
и
повысить
качество
электрической
энергии
.
ОСНОВНЫЕ
СВОЙСТВА
И
ДОСТОИНСТВА
ФСУ
(
ВЫВОДЫ
)
Разработанное
на
кафедре
Электроэнер
-
гетики
и
электрооборудования
СПбГАУ
ФСУ
(
патент
на
полезную
модель
РФ
№
110876)
обладает
свойствами
много
-
функциональности
[5]:
1)
оно
снижает
несимметрию
токов
в
трех
-
фазной
сети
и
связанные
с
ними
по
-
тери
мощности
и
электрической
энер
-
гии
;
2)
наличие
в
ФСУ
трех
конденсаторных
батарей
позволяет
компенсировать
реактивную
мощность
трехфазной
на
-
грузки
и
за
счет
этого
уменьшать
по
-
тери
мощности
в
трехфазной
цепи
;
3)
наличие
в
ФСУ
резонансного
конту
-
ра
обеспечивает
фильтрацию
тре
-
тей
и
кратных
трем
высших
гармоник
и
снижает
потери
мощности
в
трех
-
фазных
трансформаторах
от
высших
гармоник
.
Таким
образом
,
данное
ФСУ
выпол
-
няет
роль
трех
различных
установок
по
ЭНЕРГО-
ЭФФЕКТИВНОСТЬ
37
ЛИТЕРАТУРА
1.
Бородин
И
.
Ф
.,
Сердешнов
А
.
П
.
Потери
электроэнергии
в
сель
-
ских
сетях
и
пути
их
снижения
//
Техника
в
сельском
хозяйстве
,
2002,
№
1.
С
. 23–26.
2.
Косоухов
Ф
.
Д
.,
Васильев
Н
.
В
.,
Фи
-
липпов
А
.
О
.
Снижение
потерь
от
несимметрии
токов
и
повышение
качества
электрической
энергии
в
сетях
0,38
кВ
с
коммунально
-
бытовыми
нагрузками
//
Электро
-
техника
, 2014,
№
6.
С
. 8–12.
3.
Пат
. 110876 RU.
Полезная
модель
/
Ф
.
Д
.
Косоухов
,
А
.
О
.
Горбунов
,
В
.
А
.
Романов
,
М
.
Ю
.
Теремецкий
.
№
2011117909;
Заявл
. 04.05.2011;
Зарег
. 27.11.2011
г
.
4.
Косоухов
Ф
.
Д
.,
Наумов
И
.
В
.
Не
-
симметрия
напряжений
и
токов
в
сельских
распределительных
сетях
//
Иркутск
:
Изд
-
во
Иркутской
ГСХА
, 2003. 259
с
.
5.
Энергосбережение
в
низковольт
-
ных
электрических
сетях
при
несимметричной
нагрузке
.
Под
общей
ред
.
Ф
.
Д
.
Косоухова
:
Мо
-
нография
.
Спб
.:
Изд
-
во
«
Лань
»,
2016. 280
с
.
6.
Филиппов
А
.
О
.
Снижение
потерь
электрической
энергии
в
сельских
сетях
0,38
кВ
с
помощью
транс
-
форматорного
симметрирующего
устройства
:
Дис
. …
канд
.
техн
.
наук
.
СПб
.–
Пушкин
, 2010. 136
с
.
7.
Теремецкий
М
.
Ю
.
Снижение
по
-
терь
и
повышение
качества
элек
-
троэнергии
в
сельс
ких
распре
-
делительных
сетях
0,38
кВ
при
несимметричной
нагрузке
с
помо
-
щью
трансформатора
«
звезда
—
звезда
с
нулем
с
симметрирую
-
щим
устройством
»:
Дис
. …
канд
.
техн
.
наук
.
СПб
., 2012. 175
с
.
8.
Патент
на
изобретение
№
2599280
РФ
.
Способ
измерения
потерь
мощности
от
несимметричных
то
-
ков
в
трехфазных
трансформато
-
рах
и
четырехпроводных
линиях
электропередачи
/
Косоухов
Ф
.
Д
.,
Филиппов
А
.
О
.,
Васильев
Н
.
В
.
и
др
.
Зарег
. 03.03.2015,
опубл
.
10.10.2016.
Бюл
.
№
28.
9.
Косоухов
Ф
.
Д
.,
Васильев
Н
.
В
.,
Горбунов
А
.
О
.,
Теремецкий
М
.
Ю
.
Снижение
потерь
и
повышение
качества
электрической
энер
-
гии
в
сельских
сетях
0,38
кВ
//
Механизация
и
электрификация
сельского
хозяйства
, 2014,
№
6.
С
.16–20.
10.
Криштопа
Н
.
Ю
.
Повышение
эф
-
фективности
энергосбережения
в
сельских
сетях
0,38
кВ
при
не
-
симметричной
нагрузке
:
Дис
. …
канд
.
техн
.
наук
.
СПб
.–
Пушкин
,
2016. 148
с
.
11.
Косоухов
Ф
.
Д
.,
Васильев
Н
.
В
.,
Кузнецова
Е
.
С
.
Снижение
потерь
от
несимметрии
токов
в
сельских
сетях
0,38
кВ
с
помощью
филь
-
тросимметрирующего
устройства
//
Известия
СПбГАУ
, 2015,
№
39.
С
. 374–380.
REFERENCES
1. Borodin I.F., Serdeshnov A.P. Power
losses and ways for its reduction
in the rural networks.
Tekhnika
v selskom khozyaystve
[Engineering
in agricultural industry], 2002, no. 1,
pp. 23–26. (in Russian)
2.
Kosoukhov F.D., Vasilev N.V.,
Filippov A.O. Reduction of power
losses caused by current unbalance
and power quality improving in
0,38 kV networks containing re-
sidential load.
Elektrotekhnika
[RUSSIAN ELECTRICAL ENGI-
NEERING], 2014, no. 6. pp. 8–12.
(in Russian)
3. Kosoukhov F.D., Gorbunov A.O.,
Romanov V.A., Teremetskiy M.Yu.
Filtrosimmetriruyushchee ustroy-
stvo dlya trekhfaznoy seti s nulevym
provodom
[Load-balancing
fi
lter
device for three-phase power
network with neutral conductor].
Patent RF, no. RU110876.
4.
Kosoukhov F.D., Naumov I.V.
Nesimmetriya napryazheniy i tokov
v selskikh raspredelitelnykh setyakh
[Voltage and current unbalance
in the rural distribution networks].
Irkutsk, Irkutsk SAU Publ., 2003.
259 p.
5. Kosoukhov
F.D.
Energosberezhenie
v nizkovoltnykh elektricheskikh
setyakh pri nesimmetrichnoy
nagruzke
[Power saving in the low
voltage networks under unbalanced
load conditions]. St. Petersburg,
Lan Publ., 2016. 280 p.
6. Filippov A.O.
Snizhenie poter
elektricheskoy energii v sel
skikh
setyakh 0,38 kV s pomoshchyu
transformatornogo sim
met-
riruyushchego ustroystva.
Cand.
Diss.
[Power losses reduction in
0.38 rural networks by means of
transformer balancing device. PhD
Diss.]. St. Petersburg – Pushkin,
2010. 136 p.
7. Teremetskiy
M.Yu.
Snizhenie
poter i povyshenie kachestva
elektroenergii v selskikh raspre-
delitelnykh setyakh 0.38 kV pri
nesimmetrichnoy nagruzke s po
-
moshchyu transformatora zvez
-
da — zvezda s nulem s simmet-
riruyushchim ustroystvom. Cand,
Diss.
[Power losses reduction and
power quality improving in 0.38 kV
rural distribution networks under
unbalanced load conditions by
means of transformer with balancing
device. PhD Diss.]. St. Petersburg,
2012. 175 p.
8. Kosoukhov F.D., Filippov A.O., Va-
silev N.V.
Sposob izmereniya poter
moshchnosti ot nesim
metrich nykh
tokov v trekhfaznykh trans
for ma-
to rakh i chetyrekhprovodnykh lini-
yakh elektroperedachi
[Measuring
method of power losses caused
by current unbalance in the three-
phase transformers and four-
conductor transmission lines].
Patent RF, no. 2599280.
9. Kosoukhov F.D., Vasilev N.V., Gor-
bunov A.O., Teremetskiy M.Yu.
Power losses reduction and
power quality improving in 0.38 kV
rural networks.
Mekhanizatsiya
i elektri
fi
katsiya selskogo kho-
zyay stva
[Agricultural industry
mechanization and electri
fi
cation],
2014, no. 6, pp. 16–20. (in Russian)
10. Krishtopa
N.Yu.
Povyshenie
effektivnosti energosberezheniya
v selskikh setyakh 0,38 kV pri
nesimmetrichnoy nagruzke. Cand,
Diss.
[Power saving ef
fi
ciency
improvement in 0.38 kV rural
networks under unbalanced
load conditions. PhD Diss.]. St.
Petersburg – Pushkin, 2016. 148 p.
11.
Kosoukhov F.D., Vasilev N.V.,
Kuznetsova E.S. Reduction of
power losses caused by current
unbalance in 0.38 kV rural networks
with the aid of load-balancing
fi
lter
device. Izvestiya SPbGAU [SPb
SAU news], 2015, no. 39. pp. 374–
380. (in Russian)
снижению
потерь
мощности
в
силовых
трансфор
-
маторах
и
четырехпроводных
линиях
:
–
симметрирующее
устройство
;
–
установка
для
компенсации
реактивной
мощ
-
ности
;
–
установка
для
фильтрации
высших
гар
моник
.
№
2 (41) 2017
Оригинал статьи: Фильтросимметрирующее устройство для снижения потерь от несимметрии токов и повышения качества электрической энергии в сетях 0,38 кВ
Электрические сети 0,38 кВ работают в несимметричном режиме, потери электроэнергии в них в 2 и более раз превышают потери в симметричном режиме. Для снижения потерь в сетях 0,38 кВ рекомендуется фильтросимметрирующее устройство (ФСУ), содержащее три конденсаторные батареи (КБ) и магнитный усилитель (МУ). Три конденсаторные батареи и рабочая обмотка МУ, включенная между нулевым проводом сети и нулевой точкой «» КБ, соединены последовательно и настроены в резонанс напряжения. Поэтому эта электрическая цепь обладает малым активным сопротивлением, шунтирующим нагрузку. Таким образом, ФСУ, обладая малым сопротивлением нулевой последовательности будет шунтировать токи нулевой последовательности сети, снижая потери в линии и в трансформаторе и повышая качество электрической энергии. Изложены некоторые результаты экспериментального исследования ФСУ, проведенного на кафедре Электроэнергетики и электрооборудования СПбГАУ на физической модели трехфазной сети 0,38 кВ. Исследования потерь мощности в трансформаторе и в линии проводились с помощью критерия потерь мощности от несимметрии токов, разработанного на кафедре СПбГАУ. Так при однофазной нагрузке с наиболее тяжелым режимом несимметрии критерий потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе при подключении ФСУ в узле нагрузок снижается примерно в 8 раз ( в режиме близком к номинальному), а в линии критерий потерь уменьшается в 3,5 раза.
