103
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ
И
КАЧЕСТВО
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Повышение
энергоэффективности
передачи
электрической
энергии
в
низковольтных
сетях
ПАО
«
МРСК
Юга
»
Юндин
К
.
М
.,
к
.
т
.
н
.,
ПАО
«
МРСК
Юга
»,
Исупова
А
.
М
.,
к
.
т
.
н
.,
Азово
-
Черноморский
институт
Аннотация
Известно
,
что
электрическая
энергия
является
специфическим
товаром
,
при
транспор
-
тировке
которого
по
электрическим
сетям
неизбежны
ее
потери
,
вызванные
физиче
-
скими
процессами
нагрева
проводов
.
В
трехфазных
электрических
сетях
переменного
тока
возникают
еще
и
дополнительные
потери
при
передаче
,
вызванные
несимметрией
нагрузки
по
фазам
,
а
также
нелинейной
нагрузкой
,
приводящей
к
искажению
синусои
-
дальной
формы
кривой
тока
.
В
статье
также
рассмотрены
результаты
эксперименталь
-
ных
исследований
по
снижению
уровня
несимметрии
и
искажения
синусоидальности
напряжения
и
тока
в
сетях
0,38
кВ
.
Ключевые
слова
:
нагрев
проводов
,
потери
электрической
энергии
,
несимметрия
нагрузки
по
фазам
,
синусоидальность
напряжения
П
ри
передаче
электрической
энергии
по
сетям
неизбежно
возникают
потери
,
обусловлен
-
ные
физическими
процессами
нагрева
проводов
.
Известно
,
что
потери
активной
мощно
-
сти
P
в
трехфазных
сетях
могут
быть
определены
по
следующей
формуле
:
P
= 3
·
I
2
·
R
, (1)
где
I
—
действующее
значение
тока
,
протекающего
по
элементу
сети
,
сопротивлением
R
.
Однако
формула
(1)
справедлива
при
условии
работы
сетей
в
номинальном
режиме
[1].
В
действительности
электрические
сети
весьма
часто
эксплуатируются
в
режимах
,
отличных
от
номинальных
в
силу
различных
факторов
.
Это
,
в
свою
очередь
,
приводит
к
возникновению
дополнительных
потерь
активной
мощности
при
передаче
электрической
энергии
.
Так
в
на
-
стоящее
время
узлы
нагрузок
коммунально
-
бытовых
потребителей
насыщены
нелинейными
приемниками
,
искажающими
синусоидальную
форму
тока
и
приводящими
к
появлению
выс
-
104
СБОРНИК
НАУЧНО
-
ТЕХНИЧЕСКИХ
СТАТЕЙ
ших
гармонических
составляющих
.
При
этом
действующее
значение
несинусоидального
тока
определяется
как
:
___
I
=
√
I
1
(2)
+
I
2
(2)
+ ... +
I
m
(2)
,
(2)
где
I
1
,
I
2
, ...,
I
m
—
действующие
значения
тока
соответствующих
гармоник
.
Из
формулы
(2)
следует
,
что
наличие
высших
гармоник
увеличивает
действующее
значе
-
ние
тока
,
протекающего
по
сети
,
что
в
свою
очередь
приводит
к
увеличению
потерь
активной
мощности
электрической
энергии
.
Таким
образом
,
снизить
мощность
потерь
и
повысить
энергоэффективность
передачи
электрической
энергии
можно
путем
компенсации
высших
гармонических
составляющих
тока
.
В
связи
с
вышеизложенным
были
поставлены
следующие
задачи
:
Рис
. 1.
Спектральный
состав
тока
0
2
4
6
8
10
12
а) в фазе А
Ко
эф
ф
иц
ие
нт
n
-о
й
га
рмони
чес
кой
с
ос
тав
ляющ
ей
то
ка
, %
3-я
4-я
5-я
6-я
7-я
9-я
11 -я
13 -я
15 -я
Номера гармонических составляющих тока
2-я
Ко
эф
ф
иц
ие
нт
n
-о
й
га
рмони
чес
кой
с
ос
тав
ляющ
ей
то
ка
, %
0
1
2
3
4
5
6
7
б) в фазе В
3-я
4-я
5-я
6-я
7-я
9-я
11 -я
13 -я
15 -я
Номера гармонических составляющих тока
2-я
0
2
4
6
8
10
12
в) в фазе С
Ко
эф
ф
иц
ие
нт
n
-о
й
га
рмони
чес
кой
с
ос
тав
ляющ
ей
то
ка
, %
3-я
4-я
5-я
6-я
7-я
9-я
11 -я
13 -я
15 -я
Номера гармонических составляющих тока
2-я
г) в нулевом проводе
Ко
эф
ф
иц
ие
нт
n
-о
й
га
рмони
чес
кой
с
ос
тав
ляющ
ей
то
ка
, %
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
3-я
4-я
5-я
6-я
7-я
9-я
11 -я
13 -я
15 -я
Номера гармонических составляющих тока
2-я
1)
проанализировать
спек
-
тральный
состав
фазных
и
нулевого
токов
для
выяв
-
ления
наиболее
значимых
гармоник
,
искажающих
си
-
нусоидальную
форму
кривой
тока
;
2)
на
основании
проведен
-
ного
анализа
обосновать
эффективный
способ
ком
-
пенсации
высших
гармоник
тока
в
сельской
сети
0,38
кВ
и
разработать
устройство
для
его
реализации
;
3)
провести
физическое
мо
-
делирование
устройства
ком
-
пенсации
высших
гармоник
тока
в
сельской
сети
0,38
кВ
с
целью
получения
коли
-
чественной
оценки
энер
-
гоэффективности
.
Для
определения
спект
-
рального
состава
фазных
токов
и
тока
в
нулевом
про
-
воде
была
обследована
ТП
10/0,4
кВ
,
находящаяся
на
балансе
ПАО
«
МРСК
Юга
»
и
питающая
преимуществен
-
но
коммунально
-
бытовых
потребителей
.
Измерения
велись
непрерывно
в
тече
-
нии
7
суток
на
шинах
0,4
кВ
измерителем
показателей
качества
«
Энергомонитор
3.3
Т
» [2].
105
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ
И
КАЧЕСТВО
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Результаты
измерений
по
-
сле
обработки
представлены
в
виде
диаграмм
на
рисунке
1.
Анализ
результатов
экспе
-
риментальных
исследований
,
представленных
на
рисунке
1,
показал
,
что
в
спектре
фаз
-
ных
токов
и
тока
в
нулевом
проводе
наиболее
значимый
уровень
3-
й
гармонической
составляющей
,
особенно
вы
-
раженный
в
нулевом
проводе
.
С
целью
компенсации
3-
й
гармоники
тока
в
нулевом
про
-
воде
сети
было
разработано
устройство
[3],
схема
которого
приведена
на
рисунке
2.
В
состав
устройства
для
компенсации
высших
гармоник
тока
входит
трехфазный
одно
-
полупериодный
выпрямитель
VD
1–
VD
3,
фазосдвигающий
элемент
ФЭ
и
трансреактор
TAV
1.
Принцип
работы
электромагнитного
компенсатора
заключается
в
следующем
.
Нелинейные
однофазные
нагрузки
Z
1…
Z
3
вызывают
протекание
в
фазах
и
нулевом
про
-
воде
сети
высших
гармонических
составляющих
тока
.
Как
показали
результаты
проведен
-
ных
исследований
наиболее
значимой
среди
прочих
является
третья
гармоника
.
Под
действием
первичных
напряжений
на
катодах
диодов
трехфазного
однополупери
-
одного
выпрямителя
VD
1…
VD
3
формируется
напряжение
,
содержащее
постоянную
состав
-
ляющую
и
гармоники
тока
частотой
150
Гц
.
Под
действием
этих
напряжений
во
вторичной
обмотке
трансреактора
TAV
1
будут
протекать
токи
третьей
гармоники
,
которые
возбудят
в
магнитопроводе
трансреактора
соответствующее
магнитное
поле
.
Возбужденный
маг
-
нитный
поток
будет
воздействовать
на
токи
первичной
обмотки
трансреактора
,
приводя
к
полной
или
частичной
компенсации
третьих
гармоник
тока
в
нулевом
проводе
сети
N
.
Для
защиты
сети
от
токов
короткого
замыкания
в
устройстве
предусмотрены
предохранители
FU
1…
FU
3.
Для
практического
определения
эффекта
от
использования
данного
устройства
и
под
-
тверждения
полученных
теоретических
выражений
,
были
проведены
эксперименты
в
ла
-
бораторных
условиях
(
рисунок
3).
Разработанное
устройство
располагалось
на
головном
участке
линий
.
В
лабораторных
условиях
были
вы
-
полнены
модели
трех
основных
элементов
сети
:
источник
питания
,
воздушная
линия
элек
-
тропередачи
и
несимме
-
тричная
нелинейная
на
-
грузка
.
Источник
питания
представлял
симметрич
-
ную
трехфазную
систему
ЭДС
,
электрическая
ли
-
Рис
. 2.
Схема
электромагнитного
компенсатора
высших
гармоник
тока
Рис
. 3.
Структурная
схема
экспериментальной
установки
при
вклю
-
ченном
электромагнитном
компенсаторе
высших
гармоник
тока
Z
1
L
1
N
FU
1…3
L
2
L
3
VD
1
…
VD
3
TAV
1
ФЭ
*
*
Z
2
Z
3
Z
1
А
FU
1…3
В
С
VD
1
…
3
TAV
1
ФЭ
Z
2
Z
3
TV
1
Меркурий 230
АСК
106
СБОРНИК
НАУЧНО
-
ТЕХНИЧЕСКИХ
СТАТЕЙ
ния
имела
продольные
па
-
раметры
,
в
качестве
нагруз
-
ки
использовались
лампы
накаливания
и
газоразряд
-
ные
лампы
с
пускорегу
-
лирующими
устройствами
(
ДРЛ
)
разной
мощности
для
создания
нелинейной
несимметричной
нагрузки
(
рисунок
4).
Лабораторные
иссле
-
дования
разработанного
устройства
показали
,
что
при
его
применении
про
-
исходит
незначительное
снижение
всего
спектра
гармонических
составляю
-
щих
,
но
наиболее
заметный
эффект
характерен
для
третьей
гармоники
тока
в
нулевом
проводе
.
Так
значение
тока
3-
й
гармоники
в
фазе
L
1
снизилось
на
1,9%,
в
фазе
L
2
снизилось
на
3%,
в
фазе
L
3
снизилось
на
5,5%,
в
нейтрали
снизилось
на
64%.
В
связи
с
этим
произошло
снижение
действующего
значения
тока
нейтрали
сети
на
13%,
а
потери
активной
мощности
по
результатам
замеров
счетчиком
электрической
энергии
снизились
на
12%.
Выводы
1.
В
настоящее
время
узлы
нагрузок
коммунально
-
бытовых
потребителей
насыщены
нели
-
нейными
приемниками
,
искажающими
синусоидальную
форму
кривой
тока
,
что
способ
-
ствует
увеличению
мощности
потерь
при
передаче
электрической
энергии
.
При
этом
,
как
показали
результаты
экспериментальных
исследований
,
в
спектре
фазных
токов
и
тока
в
нулевом
проводе
преобладает
третья
гармоническая
составляющая
тока
.
2.
Для
компенсации
третьей
гармонической
составляющей
тока
в
нулевом
проводе
был
разработан
электромагнитный
компенсатор
.
Лабораторные
испытания
устройства
пока
-
зали
,
что
при
его
применении
происходит
снижение
потерь
активной
мощности
в
элек
-
трической
сети
за
счет
подавления
третьей
гармоники
тока
.
Рис
. 4.
Фотография
стенда
для
исследования
компенсатора
третьей
гармоники
в
работе
ЛИТЕРАТУРА
1.
Кузнецов
В
.
Г
.
Электромагнитная
совмести
-
мость
.
Несимметрия
и
несинусоидальность
напряжения
/
В
.
Г
.
Кузнецов
,
Э
.
Г
.
Куренный
,
А
.
П
.
Лютый
.
Донецк
:
Норд
-
пресс
, 2005. 250
с
.
2.
Приборы
для
измерений
электроэнергетиче
-
ских
величин
и
показателей
качества
электри
-
ческой
энергии
«
Энергомонитор
-3.3
Т
1».
Ру
-
ководство
по
эксплуатации
.
Редакция
3,
ОКП
4220, 2012. 154
с
.
3.
Патент
2447563,
МПК
H02J 3/01.
Устройство
для
компенсации
тока
3-
й
гармоники
нейтрали
сети
/
Юндин
М
.
А
.,
Кобзистый
О
.
В
.,
Юндин
К
.
М
.;
патен
-
тообладатель
—
Федеральное
государственное
образовательное
учреждение
высшего
профес
-
сионального
образования
«
Азово
-
Черномор
-
ская
государственная
агроинженерная
акаде
-
мия
» (
ФГОУ
ВПО
АЧГАА
) —
№
2010126790/07;
заявл
. 30.06.2010;
опубл
. 10.04.2012.
Оригинал статьи: Повышение энергоэффективности передачи электрической энергии в низковольтных сетях ПАО «МРСК Юга»
Известно, что электрическая энергия является специфическим товаром, при транспортировке которого по электрическим сетям неизбежны ее потери, вызванные физическими процессами нагрева проводов. В трехфазных электрических сетях переменного тока возникают еще и дополнительные потери при передаче, вызванные несимметрией нагрузки по фазам, а также нелинейной нагрузкой, приводящей к искажению синусоидальной формы кривой тока. В статье также рассмотрены результаты экспериментальных исследований по снижению уровня несимметрии и искажения синусоидальности напряжения и тока в сетях 0,38 кВ.
