Фильтросимметрирующее устройство для снижения потерь от несимметрии токов и повышения качества электрической энергии в сетях 0,38 кВ

Page 1
background image

Page 2
background image

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 

 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


Page 3
background image

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

X

/

 

3  

или

  3

X

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

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


Page 4
background image

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

P

0

;

 

–  

критерий

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимме

-

трии

 

токов

 

в

 

трансформаторе

 

 

Y

Н

 (

в

 

ли

-

нии

), 

опытный

:

 

K



P



P

1

. (3)

Результаты

 

расчета

 

потерь

 

мощности

 

в

 

трансформаторе

 

 

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

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

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


Page 5
background image

35

Табл

. 2. 

Результаты

 

расчета

 

критерия

 

потерь

 

мощности

 

от

 

несимметрии

 

токов

 

в

 

сети

 0,38 

кВ

 

с

 

трансформатором

 

 

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

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

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

Н

 

приведена

 

в

 

таблицах

 1–3. 

Из

 

этих

 

таблиц

 

видно

что

 

включение

 

ФСУ

 

в

 

узле

 

нагрузок

 

позволяет

 

уменьшить

 

вели

-

чину

 

K

0

в

 2,5(2,1) – 3,1(2,2) 

раза

.

Таким

 

образом

применение

 

ФСУ

 

в

 

се

-

тях

 0,38 

кВ

 

с

 

трансформатором

 

 

Y

Н

 

с

 

не

-

симметричной

 

нагрузкой

 

позволяет

 

сни

-

зить

 

потери

 

мощности

 

в

 

трансформаторе

 

и

 

линии

 

и

 

повысить

 

качество

 

электриче

-

ской

 

энергии

 2 (41) 2017


Page 6
background image

36

Табл

. 3. 

Результаты

 

расчета

 

критерия

 

потерь

 

мощности

от

 

несимметрии

 

токов

 

в

 

сети

 0,38 

кВ

 

с

 

трансформатором

 

 

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

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