CC BY
189
УДК 621.311.1(075.8) ББК 31.2
А Д. ВОХИДОВ, Г.А. НЕМЦЕВ
К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ ПРИ НЕСИММЕТРИЧНОЙ НАГРУЗКЕ
Ключевые слова: потери мощности, несимметрия, прямая, обратная и нулевая последовательность, ток, коэффициент нулевой последовательности по току, алгоритм расчета.
На основе анализа существующих методик по определению потерь при несимметричной нагрузке в распределительных сетях 0,4 кВ разработана методика, основанная на определении составляющей нулевой последовательности. Предложен алгоритм расчета дополнительных потерь от несимметрии нагрузки. Выведена зависимость этих потерь от коэффициента нулевой последовательности по току. Методика имеет погрешность не более ±3% по сравнению с расчетными данными.
A. VOKHIDOV, |G. NEMTSEV DEFINITION OF POWER LOSSES IN CASE OF UNBALANCED LOAD
Key words: power losses; asymmetry, direct, reverse and zero-phase-sequence, current, zero-phase-sequence current coefficient, calculation algorithm.
Based on the analysis of existing methods of determining losses in case of unbalanced load in 0,4 kV distribution networks there was developed a methodology based on the determination of the zero-phase-sequence component. We proposed an algorithm to calculate additional losses due to load unbalance and found out the dependence of these losses on the zero-phase-sequence current coefficient. The method has calculation accuracy of ±3%.
На современном этапе развития энергетики при эксплуатации распределительных электросетей (РЭС) требуется качественно иной подход к оптимизации режимов их работы. Это обусловлено снижением показателей надежности электроэнергетического оборудования вследствие выработки ресурса, больших потерь активной и реактивной мощности из-за несимметрии токовой загрузки фаз линий, неполнофазных режимов, несанкционированного отбора электроэнергии, низкого качества электроэнергии, её дефицита в зимний период, что в основном наблюдается в сельской местности, недостаточной мощности компенсирующих устройств и т.д.
Перечисленное свидетельствует о том, что в нормальном режиме значения параметров, определяющих надёжность, качество и экономичность передачи, распределения и поставки электроэнергии, близки к границам допустимости. Структурная оптимизация режима сетей, направленная на улучшение одного из них, имеет место при одноцелевой оптимизации, неизбежно вызывает износ электротехнических материалов и другие негативные последствия. Например, минимизация суммарных потерь активной мощности сильно изменяет уровни напряжения в узлах сети. При отсутствии регулирующих устройств рост напряжений в узлах в соответствии со статическими характеристиками нагрузки приводит к увеличенному потреблению мощности и энергии. Следствием этого является нарушение балансов мощности и энергии в системе.
В настоящее время разработан ряд методик расчета потерь в сетях 0,4 кВ при несимметричной нагрузке . Эти методики основаны на определении ко-
* Современные методы и средства расчета, нормирования и снижения технических и коммерческих потерь электроэнергии в электрических сетях: информ.-метод. материалы междунар. науч.-техн. семинара (Москва, 20-24 ноября 2000 г.).
Электротехника и энергетика
57
эффициентов неравномерности нагрузки фаз К1 и К2 как отношения токов двух фаз к току наиболее загруженной из трех фаз, т.е. К1 и К2 изменяются от 0 до 1. Кроме того, методика требует определения отношения Я0/ Яф, где Я0 и Кф - сопротивления нулевого и фазного проводов, соответственно. Исходя из этих параметров определяется коэффициент дополнительных потерь К2п, по значению которого и оцениваются дополнительные потери АРнс при несимметричной нагрузке относительно симметричной.
На наш взгляд, методика имеет ряд недостатков, главный из которых -определение АРнс является только оценочным. В связи с этим предлагается методика точного расчета АРнс, суть которой изложена ниже.
Для этого рассмотрим трехфазную сеть с несимметричной нагрузкой (рис. 1).
На рис. 1: иа, ив, ис - напряже- .
ния фаз а, в, с, соответственно; Яфа, Яфв, и Яфа /а Кна
^-фа? -^-фв:
Кфс - сопротивления распределитель- I-1 I-
ной сети фаз а, в, с; Я0 - сопротивление Я /в
нулевого провода; Яна, Янв, Янс - сопро- и
тивления несимметричной нагрузки в .
фазах а, в, с; /а, 1в, /с - токи несиммет- . Яфс /с Янс
ричной нагрузки по фазам. и с
Для упрощения будем считать, что яо
нагрузка носит активный характер и со- 0 противления Яфа = Яфв = Яфс = Я0 = 1 Ом.
Пусть в результате замеров были Рис. 1 Схема несимметричной системы получены: элекгроснабжения
/а = 11 А, 1в = 18 А, / = 20 А.
В этом случае суммарная мощность, потребляемая нагрузкой, составляет ^ Рн = иа • /а + ив • /в + ис • /с = 220 • (11 +18 + 20) = 10 780 Вт.
Исходя из этой мощности, определим ток в фазах при симметричной нагрузке:
1ф =£ Рн /л/зи ном = 16,38 А.
В этом случае при симметричной нагрузке потери в распределительной сети будут равны:
АРс = 3/ф • Яф = 804,8 Вт.
Определим ток /0 на нулевом проводе при несимметричной нагрузке:
/а =|/а|= 11 А; /в = а 2|/в|=-9 + ./15,59 А; 1с = а|/с|=-10+./17,32 А;
Тогда значение /0 = -3(/а + /в + /с) = -2,67 + /0,58 А, а его модуль /0 = 2,73 А.
В общем случае при такой нагрузке появляются все три последовательности токов в схеме. Однако в силу симметричности обратной последовательности в нулевом проводе будет протекать только ток нулевой последовательности. В этом случае уместно определить коэффициент несимметрии токов по нулевой последовательности к01. Для этого определим значение тока прямой последовательности в одной из фаз, например А:
0
Iа1 = -(/а + aiB + a2/с) = 16,03 А. 3
тогда ¿о / =— = 0,17.
i а1
Отметим, что обратная последовательность имеет значение
iа2 = -2,3 - j0,58 А, а её модуль 2,37 А. Определим потери в фазных проводах при несимметричной нагрузке
ЛРфнс = (/а2 + /в2 + /с2) • Дф = 8455 Вт. Потери из-за протекания тока i0 по нулевому проводу
ЛР0 = 3i02 • Д = 22,36 Вт. Общие потери при этом
ЛРнс = ЛРфнс +ЛР0 = 867,36 Вт. Таким образом, дополнительные потери от несимметрии нагрузки составляют 62,56 Вт, или 7,8% по сравнению с потерями при симметричной нагрузке.
Многочисленные расчеты показали, что функция ЛРнс = f (k01), %, очень точно определяется уравнением
ЛРнс = 1,3-0,11 • 103k0/ +11103¿0/ -1,4•Ю3kh. Данное уравнение позволяет по значению k0/ определить с погрешностью не более ±3% величину ЛРнс.
Для реализации описанной методики был составлен алгоритм расчета ЛРфнс на ЭВМ. При этом в базе данных содержатся справочные данные удельных сопротивлений меди и алюминия в зависимости от сечения s для разных типов проводов и кабелей.
Ввод данных: тип провода; сечение s; материал провода (Cu, Al); длина провода l; токи /а, /в, /с; ± (cos9a , ^фв, cos9o); ^ом.
Далее последовательно производится расчет: Дф, Д0; £Рн, /ф, ЛРс; токи /а,
/в, /с, /а1 , /а0 , /а2 , /а11, /а0 |, /а2 | с учетом COS ф каждой фазы; ¿01; ЛРфнс, ЛР0;
ЛРНС, ЛРНС, %.
На экран выводятся величины, представляющие интерес. Выводы. 1. Дополнительные потери распределительной сети 0,4 кВ при несимметричной нагрузке определяются с погрешностью ±3% от значения коэффициента нулевой последовательности по току уравнением третьей степени.
2. Разработаны методика и алгоритм расчета дополнительных потерь при несимметричной нагрузке.
ВОХИДОВ АЮБДЖОН ДЖУМАЕВИЧ - аспирант кафедры электроснабжения промышленных предприятий имени А.А. Федорова, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары.
VOKHIDOV AYUBDION - post-graduate student of Industrial Enterprises Power Supply Chair, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.
НЕМЦЕВ ГЕННАДИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ - доктор технических наук, профессор кафедры электроснабжения промышленных предприятий имени А.А. Федорова, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (espp21@mail.ru).
NEMTSEV GENNADIY - doctor of technical sciences, professor of Industrial Enterprises Power Supply Chair, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.
