Научная статья на тему 'Анализ потерь мощности от несимметрии токов в сельских сетях 0,38 кВ с коммунально-бытовой нагрузкой'

Анализ потерь мощности от несимметрии токов в сельских сетях 0,38 кВ с коммунально-бытовой нагрузкой Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
280
75
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СЕЛЬСКИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ / ТРАНСФОРМАТОРЫ / ФИЛЬТРОСИММЕТРИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА / ПОТЕРИ МОЩНОСТИ ОТ НЕСИММЕТРИИ ТОКОВ / КРИТЕРИЙ ПОТЕРЬ / АНАЛИЗ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Косоухов Ф.Д., Васильев Н.В., Кузнецова Е.С.

Ф.Д. Косоухов, Н.В. Васильев, Е.С. Кузнецова Анализ потерь мощности от несимметрии токов в сельских сетях 0,38 кВ с коммунально-бытовой нагрузкой Сельские электрические сети, трансформаторы, фильтросимметрирующие устройства, потери мощности от несимметрии токов, критерий потерь, анализ потерь мощности Введено понятие критерия потерь мощности от несимметрии токов, с помощью которого произведен анализ потерь мощности в сети с трансформаторами,. Также осуществлен анализ потерь мощности от несимметричных токов в сети с трансформатором и фильтросимметрирующим устройством, включенном в узле нагрузок и на шинах низкого напряжения трансформатора.F.D.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Косоухов Ф.Д., Васильев Н.В., Кузнецова Е.С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Kosouhov, N.V. Vasilev, E.S. Kuznetsova The losses reducing from the unbalance currents in agricultural power circuits 0,38 kV with the help of the filter-cartridge device Agricultural power circuits, transformers, filter-cartridge device, power losses of from asymmetry of currents, criterion losses, analysis of losses of power The concept of criterion power losses from asymmetry of currents by means of which in entered the analysis of losses of power in a network with transformers,. Also, power loss analysis was done by from asymmetry of currents in the network with transformer and filter-cartridge device.

Текст научной работы на тему «Анализ потерь мощности от несимметрии токов в сельских сетях 0,38 кВ с коммунально-бытовой нагрузкой»

заполнения рабочего объема ЭММА ферроэлементами магнитоожиженного слоя реальным процессам механоактивации продуктов различного целевого назначения, в том числе и полуфабрикатов шоколадного производства.

Литература

1. Беззубцева М.М., Волков B.C. К расчету энергоэффективных режимов работы механоактиваторов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. -2015.-№9-1.-С. 9-13.

2. Волков B.C., Беззубцева М.М., Обухов К.Н., Котов A.B. Энергетическая теория способа формирования диспергирующих нагрузок в электромагнитных механоактиваторах // Фундаментальные исследования. - 2014. - №12-6. - С. 1157-1161 .

3. Беззубцева М.М., Волков B.C., Обухов К.Н, Котов A.B. Прикладная теория электромагнитной механоактивации // Международный журнал экспериментального образования. - 2015. - №2-1. - С. 101-102.

4. Беззубцева М.М., Волков B.C. Механоактиваторы агропромышленного комплекса, анализ, инновации, изобретения // Успехи современного естествознания. - 2014. - №5-1. - С. 182-183.

УДК 631.371:621.316

Доктор техн. наук Ф.Д. КОСОУХОВ (СПбГАУ, 4762118i@mail.ru) Канд. техн. наук Н.В. ВАСИЛЬЕВ (СПбГАУ, profkom_gau@mail.ra) Соискатель Е.С. КУЗНЕЦОВА (СПбГАУ, elenok79@mail.ru)

АНАЛИЗ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ ОТ НЕСИММЕТРИИ ТОКОВ В СЕЛЬСКИХ СЕТЯХ 0,38 кВ С КОММУНАЛЬНО-БЫТОВОЙ НАГРУЗКОЙ

Сельские электрические сети, трансформаторы, фильтросимметрирующие устройства, потери мощности от несимметрии токов, критерий потерь, анализ потерь мощности

В электрических сетях 0,38 кВ с несимметричной и нелинейной нагрузкой возникают потери мощности и электрической энергии от токов прямой последовательности (основные потери), а также потери от токов обратной и нулевой последовательности (потери от токов несимметрии), потери от несинусоидальных токов и потери от реактивных токов.

Потери от несимметричных, несинусоидальных и реактивных токов относятся к дополнительным потерям, снижением которых в сельских сетях необходимо заниматься прежде всего.

До настоящего времени специалисты-электроэнергетики 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 случаях была недостаточной.

На кафедре «Электроэнергетика и электрооборудование» СПбГАУ разработан критерий потерь мощности от несимметрии токов, который позволяет разделить основные потери и потери от несимметрии токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях.

Физически критерий потерь мощности Ке представляет отношение потерь мощности от токов обратной и нулевой последовательности ДРе к потерям от токов прямой последовательности ДРХ трансформатора (линии):

О)

Е ^ у '

где ДР£ = ДР2 + ДР0 = 3/|й2 + З/о/?0; ЬР\ = 3/^, где 11, /2, /о - симметричные составляющие токов прямой, обратной и нулевой последовательности [1];

/?2< Я0 ~~ активные сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности трансформатора (линии);

ДР2, Д^о ~~ потери мощности обратной и нулевой последовательности; После преобразования выражения (1) получаем:

КЕ = К^ + Ко1 х ^ , (2)

где К2{, К01 - коэффициенты обратной и нулевой последовательности токов [1]:

V — 12 • V — '

К21 - т , Л о/ - 7 .

'1 и

Формула (2) представляет собой математическое выражение критерия потерь мощности от несимметрии токов, необходимое для расчета и измерения потерь при экспериментальных исследованиях электрических сетей.

Критерий потерь мощности от несимметрии токов позволяет:

выделить из общих потерь мощности, например трансформатора, потери мощности от несимметрии токов;

измерить и рассчитать потери мощности и электрической энергии от несимметрии токов;

сравнить по потерям мощности от несимметрии токов трехфазные силовые трансформаторы с различными схемами соединения обмоток; разработать способы и технические средства для эффективного снижения потерь в сетях 0,38 кВ от несимметрии токов.

Нами проведены экспериментальные исследования потерь мощности на физической модели электрической сети 0,38 кВ в трансформаторах с различными схемами соединения обмоток: У/Ун, У/УНСУ, с номинальной мощностью 25 кВА, а также в

четырехпроводной линии длиной 370м, выполненной изолированным проводом СИП-4. Результаты экспериментальных исследований опубликованы в статьях [2, 3, 4]. А также выполнены исследования на физической модели электрической сети потерь мощности от несимметрии токов в сети с трансформатором У/Ун с фильтросимметрирующим устройством [6]. По результатам экспериментальных исследований потерь мощности в сети 0,38 кВ произведен анализ потерь в трансформаторе и в линии, которые изложены ниже.

Потери могцности от несимметрии токов в трансформаторах и в линии 0,38 к В при различных нагрузках:

- однофазной активной;

- двухфазной активной;

- однофазной активной с трехфазным асинхронным электродвигателем 4,5кВт.

В табл. 1 приведены значения критерия потерь мощности от несимметрии токов К£ для названных трех трансформаторов при различных видах нагрузки для пяти опытов (во всех опытах нагрузка постепенно увеличивается).

Таблица 1. Критерий потерь мощности от несимметрии токов Ке для трансформаторов

Y/YH, Y/YHCYnY/ZH (o.e.)

Нагрузка Схема трансформатора Номер опыта

№1 №2 №3 №4 №5

Однофазная Y/Yн 14,465 14,465 14,465 14,465 14,465

Y/Y„ СУ 5,76 5,76 5,76 5,76 5,76

Y/Zu 1,334 1,334 1,334 1,334 1,334

Двухфазная Y/Ун 3,173 2,943 2,545 2,363 2,234

Y/Y„ СУ 0,568 0,578 0,574 0,574 0,574

Y/Zн 0,342 0,348 0,363 0,372 0,313

Трехфазный АД 4,5 кВт + однофазная Y/YH 0,717 1,564 2,923 3,560 4,066

Y/YUCV 0,108 0,251 0,474 0,602 0,691

Y/Zh 0,067 0,136 0,253 0,362 0,399

При однофазной нагрузке критерий потерь мощности трансформатора КЕ с увеличением нагрузки остается неизменным и равным (табл. 1):

- для трансформатора У/Ун - 14,465;

- для трансформатора У/Ун СУ - 5,76;

- для трансформатора У/2н - 1,334.

Из этих данных видно, что критерий КЕ для трансформатора У/Ук СУ меньше по сравнению с трансформатором У/Ун в в 2,51 раза (14,465/5,76);

для трансформатора У/2н КЕ меньше по сравнению с трансформатором У/Ун в 10,84 раза (14,465/1,334).

Независимость критерия потерь мощности от величины однофазной нагрузки объясняется постоянством коэффициентов обратной и нулевой последовательностей токов, равными 1. Различные значения критерия КЕ для трансформаторов с различными схемами соединения обмоток вызваны тем, что активные сопротивления нулевой последовательности /?0 этих трансформаторов различны:

- для трансформатора У/Ун мощностью 25 кВА й0 = 2,72 Ом;

- для трансформатора У/Ун СУ мощностью 25 кВА й0 = 0,68 Ом;

- для трансформатора У/2^ мощностью 25 кВА й0 = 0,0769 Ом,

т.е. Д0 трансформатора У/Ун больше И0 трансформатора У/Ун СУ в 4 раза, а по сравнению с трансформатором У /2^ - больше в 35,4 раза. Как известно из формулы (2), Ке трансформаторов зависит от отношения

Потери мощности от несимметрии токов в линии характеризуются критерием потерь мощности КЕ для линии 0,38 кВ (табл. 2). При однофазной нагрузке критерий КЕ для линии одинаков при всех трех трансформаторах равный 4,054; от величины однофазной нагрузки не зависит. При двухфазной нагрузке КЕ для линии со всеми трансформаторами примерно одинаков; однако с уменьшением сопротивления нулевой последовательности трансформатора КЕ линии немного увеличивается по сравнению с трансформатором У/Ун:

- для линии с трансформатором У/Ун СУ -в 1,004 - 1,055 раза;

- для линии с трансформатором У/2^ - в 1,052 - 1,098 раза.

Таблица 2. Критерий потерь мощности от несимметрии токов КЕ

для линии 0,38 кВ (o.e.)

Нагрузка Схема трансформатора Номер опыта

№1 №2 №3 №4 №5

Однофазная Y/Yн 4,054 4,054 4,054 4,054 4,054

Y/Yu CY 4,054 4,054 4,054 4,054 4,054

Y/Zн 4,054 4,054 4,054 4,054 4,054

Двухфазная Y/Y4 0,941 0,910 0,861 0,842 0,829

Y/YH CY 0,945 0,956 0,905 0,890 0,875

Y/Zu 0,990 0,968 0,937 0.919 0,910

Трехфазный АД 4,5 кВт + однофазная Y/Yh 0.197 0,429 0,797 0,967 1,105

Y/Y„ CY 0,092 0,448 0,846 1,078 1,236

Y/Zu 0,200 0,434 0,826 1.194 1,325

При двухфазной нагрузке коэффициент КЕ трансформаторов изменяется (табл. 1):

- для трансформатора Y/Ун - от 3,173 до 2,234;

- для трансформатора Y/Ун CY - от 0,568 до 0,574;

- для трансформатора Y/ZH - от 0,342 до 0,313.

Из этих данных видно, что коэффициент КЕ для трансформаторов Y/Ун CY меньше по сравнению с трансформатором Y/Ун в 5,6 - 3,9 раза (по мере увеличения двухфазной нагрузки), а для трансформатора Y/ZH меньше в 9,3 - 6,0 раза.

При нагрузке, состоящей из полностью загруженного трехфазного асинхронного электродвигателя мощностью в 4,5 кВт и постепенно возрастающей однофазной активной нагрузке, критерий потерь мощности от несимметрии токов трансформаторов значительно уменьшены за счет симметрирующего эффекта трехфазного двигателя. Коэффициент КЕ трансформаторов увеличивается по мере возрастания нагрузки (табл. 1):

- для трансформатора Y/Ун - от 0,717 до 4,066;

- для трансформатора Y/Ун СУ - от 0,108 до 0,691;

- для трансформатора Y/ZH - от 0,067 до 0,399.

Соотношения этих критериев по отношению к КЕ трансформатора Y/Yn составляют:

- для трансформатора Y/Ун СУ: 0,15-0,17;

- для трансформатора Y/ZH: 0,09 - 0,098.

В результате сравнения потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторах со схемами соединения обмоток Y/YH, Y/YHCУ, Y/ZH установлено, что наименьшими потерями мощности обладает трансформатор со схемой соединения обмоток F/ZH: его критерий потерь мощности от несимметрии токов по сравнению с трансформатором Y/YH меньше:

- при однофазной нагрузке в 11 раз;

- при двухфазной нагрузке в 5 - 9 раз.

На основании проведенного анализа потерь мощности от несимметрии токов в сельских сетях 0,38 кВ с различными конструкциями трехфазных трансформаторов, исходя из уровня потерь мощности в них, с целью повышения эффективности энергосбережения в сельских сетях предлагается установить следующие области применения трансформаторов:

трансформаторы со схемой соединения обмоток Y/Ун - в сетях 0,38 кВ с производственными (симметричными) нагрузками;

трансформаторы со схемой соединения обмоток Y/YHCУ - в сетях 0,38 кВ с производственными и коммунально-бытовыми нагрузками;

трансформаторы со схемой соединения обмоток У ¡2н - в сетях 0,38 кВ с коммунально-бытовыми нагрузками.

Такое распределение трансформаторов в сельских сетях 0,38 кВ обеспечит снижение общих потерь электроэнергии.

Потери мощности от несимметрии токов в сети 0,38 кВ с фильтросимметрирующим устройством (ФСУ) и трансформатором У/Ун исследовались для двух вариантов. В первом варианте ФСУ подключалось в конце линии (в узле нагрузок), а во втором варианте - в начале линии (на трансформаторной подстанции). На основании сравнения потерь мощности от несимметрии токов устанавливалось наиболее выгодное место установки ФСУ в электрической сети 0,38 кВ.

Сравнение вариантов производится с помощью критерия потерь мощности от несимметрии токов при следующих нагрузках: однофазная, однофазная с трехфазным асинхронным электродвигателем, работающим с полной нагрузкой (табл. 3).

ТаблицаЗ. Критерий потерь мощности от несимметрии токов Ке для трансформатора

У/Ун с ФСУ и без ФСУ(о.е.)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Нагрузка Схема трансформатора Номер опыта

№1 №2 №3 №4 №5

Однофазная У/Ун без ФСУ 14,465 14,465 14,465 14.465 14,465

У/Ун с ФСУ в узле нагрузок 0,317 0,857 1,560 2,226 1,883

У/Ун с ФСУ на шинах НН 0,489 1,135 1,959 2,334 2,443

Однофазная с трехфазным АД 4,5кВт У/Ун без ФСУ 0,717 1,564 2,923 3,56 4,066

У/Ун с ФСУ в узле нагрузок 0,144 0.316 0,602 0,746 0,815

У/Ун с ФСУ на шинах НН 0.152 0,344 0,626 0,758 0,854

Как видно из табл. 3, ФСУ значительно снижает потери мощности от несимметрии токов в трансформаторах за счет снижения коэффициентов обратной и нулевой последовательности токов. При минимальной однофазной нагрузке трансформатора (опыт №1) критерий потерь мощности трансформатора У/Ун с ФСУ в узле нагрузок уменьшается в 45,6 раза, а с ФСУ на шинах низкого напряжения подстанции - в 29,6 раза.

При максимальной нагрузке трансформатора (опыт №5) эти показатели соответственно равны 7,68 и 5,95.

При однофазной нагрузке с трехфазным АД 4,5 кВт отношение критерия потерь с ФСУ в узле нагрузок 4,98 - 4,99, а с ФСУ на шинах НН - 4,72-4,76, т.е. в этом случае потери мощности от несимметрии токов в трансформаторе уменьшаются за счет включения ФСУ примерно в 5 раз независимо от величины нагрузки и места присоединения ФСУ.

Критерий потерь мощности от несимметрии токов в линии существенно различается в рассматриваемых двух вариантах электроснабжения (табл. 4).

Таблица 4. Критерий потерь мощности от несимметрии токов Ке для линии с трансформатором К/Кн с ФСУ и без ФСУ(о.е.)

Нагрузка Схема трансформатора Номер опыта

№1 №2 №3 №4 №5

Однофазная У/Уц без ФСУ 4,054 4,054 4,054 4,054 4,054

У/УЕ с ФСУ в узле нагрузок 0.186 0,476 0,899 1.174 1,121

У/Уя с ФСУ на шинах НН 0,219 0,52 0,949 1,139 1,205

Однофазная с трехфазным АД 4,5кВт У/Уц без ФСУ 0,197 0,429 0,797 0,967 1,105

У/Уя с ФСУ в узле нагрузок 0,081 0,174 0,327 0,41 0,45

У/Уя с ФСУ на шинах НН 0,079 0.168 0,311 0,381 0,433

Как видно из табл. 4, за счет ФСУ существенно снижаются потери мощности от несимметрии токов в линии. При минимальной однофазной нагрузке трансформатора У/Уц (опыт №1) критерий потерь мощности в линии с ФСУ в узле нагрузок уменьшается в 21,8 раза, а с ФСУ на шинах низкого напряжения трансформатора - в 18,51 раза.

При максимальной нагрузке трансформатора (опыт №5) эти показатели имеют следующие значения: 3,62 - 3,36. При однофазной нагрузке с трехфазным АД 4,5 кВт отношения критерия потерь с ФСУ в узле нагрузок составляют 2,43 - 2,45. А с ФСУ на шинах НН: 2,49 - 2,55, т.е. при этой нагрузке потери мощности от несимметрии токов в линии уменьшаются за счет симметрирования ФСУ примерно в 2,5 раза независимо от места подключения ФСУ и величины нагрузки.

Учитывая, что разница в эффекте снижения потерь мощности от несимметрии токов при включении ФСУ в узле нагрузок и на шинах низкого напряжения трансформатора У/Уц небольшая, с точки зрения размещения ФСУ, следует рекомендовать установку ФСУ на трансформаторной подстанции.

Исходя из результатов анализа потерь мощности в электрической сети 0,38 кВ с трансформатором У/Уц с ФСУ, следует отметить следующие достоинства фильтросимметрирующего устройства [6]:

1. Создает высокий симметрирующий эффект в сети 0,38 кВ, в результате которого значительно снижаются потери мощности от несимметрии токов в трехфазном трансформаторе и четырехпроводной линии.

2. Одновременно с симметрированием нагрузки осуществляет компенсацию реактивной мощности в сети, за счет этого также снижаются потери мощности от реактивных токов.

3. Не требует регулировки параметров ФСУ с изменением величины нагрузки и ее cos <ря.

4. Простота конструкции и надежность в работе ФСУ - содержит простые и надежные устройства: конденсаторную батарею из трех конденсаторов, соединенных в звезду и ферромагнитный усилитель.

Литература

1. Зевеке Г.., Ионкин П.А., Нетушин А.В, Страхов С.В. Основы теории цепей. — М.:Энергоатомиздат, 1989. - 528с.

2. Теремецкий М.Ю. Снижение потерь и повышение качества электроэнергии в сельских распределительных сетях 0,38 кВ при несимметричной нагрузке с помощью трансформатора "звезда - звезда с нулем" с симметрирующим устройством: Дне...канд. техн. наук. - СПб., 2012.-175с.

3. Косоухов Ф.Д., Васильев Н.В., Филиппов А.О. Снижение потерь от несимметрии токов и повышение качества электрической энергии в сетях 0,38 кВ с коммунально-бытовыми нагрузками // Электротехника. - 2014,- №6,- С.8-12.

4. Косоухов Ф.Д., Васильев Н.В., Криштопа Н.Ю. Применение трансформатора "звезда -зигзаг с нулем" для снижения потерь от несимметрии токов в сельских сетях 0,38 кВ // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2015. - №40. - С.244-249.

5. Косоухов Ф.Д., Васильев Н.В., Кузнецова Е.С. Снижение потерь от несимметрии токов в сельских сетях 0,38 кВ с помощью фильтросимметрирующего устройства // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2015. - №39. - С.374-380.

6. Пат. 110876 RU. Полезная модель / Ф. Д. Косоухов, А. О. Горбунов, В. А. Романов, М. Ю. Теремецкий. №2011117909; Заявл. 04.05.2011; Зарег. 27.11.2011г.

УДК 621.355.2

Канд. техн. наук В.В. КОЛОСОВСКИЙ

(СПбГАУ, рго1е880г-еНак(й)гатЬ1ег.ги)

ЕМКОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА (ХИТ) И КОНЕЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Емкость, химический источник тока, общее уравнение разряда, конечное напряжение

Площадь, ограниченная разрядной кривой и осью абсцисс, представляет собой емкость, отданную ХИТ. Эта емкость может быть найдена из уравнения

Т0/гк

И

о

Utdt,

которое после интегрирования принимает вид:

<?о = (То/гМг!, (1)

где щ для уравнения группы I выражается формулой:

Кг 1 — Кг

" = 1-ТТ7ГТТ/У <2)

а для уравнения группы II Кс и 1—Кс меняются местами. Величина С/оЛ представляет собой высоту прямоугольника, имеющего основание Т0/гк и площадь, равновеликую Оо (рис. 1).

Произведение С/оЛ равняется среднему напряжению полного разряда; поэтому 7] = ^ср/^о назовем коэффициентом среднего напряжения, который зависит от относительной нагрузки, поскольку Кс, Ра и Ръ зависят от значения р. Предельные значения г|Макс и г|мин получаются при И -» оо и К=0 соответственно (рис. 2).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.