CC BY
61
\(Ш))
I \QQ/ *
УДК 621.315
АНАЛИЗ ВЛИЯНИя НЕСИММЕТРИИ НА ПОТЕРИ В СЕТИ 0,4 КВ Смагин К. А., Галстян Р. А., Антонов М. А., Арнаутов А. В. Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону, Российская Федерация ska [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] Рассмотрено влияние несимметрии нагрузок 0,4 кВ городских сетей на потери электроэнергии. Установлено, что симметрия оказывает отрицательное воздействие на качество электроэнергии, а именно, способствует увеличению потерь
электроэнергии в сети.
Ключевые слова: потери, несимметрия, электроэнергетика, напряжение, нагрузка, фаза.
UDC 621.315
ANALYSIS OF ASYMMETRY EFFECT ON LOSSES IN 0.4 KV NETWORK
Smagin K.A., Galstyan R.A., Antonov M.A., Arnautov A.V.
Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russian Federation
The article considers the influence of load
asymmetry of 0.4 kV of urban networks on power
losses. It is established that the symmetry has a negative impact on the quality of electricity, namely, contributes to the increase in power losses in the network.
Keywords: loss, asymmetry, electric power, voltage, load, phase.
Наименование электроприемников Установленная мощность Рн, кВт Коэффициент спроса, Кс Коэффициент использования, Ки Коэффициент мощности, cos ф Расчетная мощность Коэффициент мощности на вводе в дом Расчётный ток, А
Активная Рр, кВт Реактивная Qj,, кВАр Полная Sf,, кВА
Электрическое освещение 2,5 0,8 0,6 1 1,20 0,00 1,20 0,93 56,52
Бытовая розеточная сеть 4,3 0,7 0,9 2,71 1,31 3,01
Электрическая плита 5 0,8 1 1 4,00 0,00 4,00
Холодильник 0,85 1 0,5 0,95 0,40 0,13 0,43
Введение. Несимметрия напряжений наблюдается только в трёхфазной сети из-за неравномерного распределения нагрузок по фазам. Несимметрия напряжений увеличивает потери электроэнергии и негативно влияет на электрооборудование.
Анализ влияние несимметрии на потери в сети 0,4 кВ
Для анализа влияния несимметрии на потери рассмотрим участок магистральной сети 0,4 кВ с подключенными однофазными нагрузками. Представим небольшую улицу из 12 домов, например, в сельской местности. В первую очередь, составим три варианта потребления электроэнергии жилого дома. В дальнейшем каждый из 12 домов будет относиться к одному из трёх предложенных вариантов потребления электроэнергии.
Потребляемая мощность жилого дома для варианта «А» приведена в таблице 1.
Таблица 1
Вариант «А»
Наименование электроприемников Установленная мощность Рн, кВт Коэффициент спроса, Кс Коэффициент использования, Ки Коэффициент мощности, cos ф Расчетная мощность Коэффициент мощности на вводе в дом Расчётный ток, А
Активная Рр, кВт Реактивная Qр, кВАр Полная Sр, кВА
Кондиционер 2,5 0,7 0,8 0,8 1,12 0,84 1,40
Стиральная машина 2,2 1 0,6 0,8 1,06 0,79 1,32
Персональный компьютер 1 0,6 1 1 0,60 0,00 0,60
Домашний кинотеатр 0,8 0,6 1 1 0,48 0,00 0,48
ИТОГО 19,15 11,57 3,08 12,44
Вычислим расчётную активную мощность стиральной машины
Р =Р .к •К
гр гс ^с ^и
Pр =2,2 -1- 0,6=1,06 кВт
(1)
Расчётную реактивную мощность стиральной машины вычислим по формуле
=Рр • tgф (2) = 1,06 • 0,75=0,79 кВАр Полную расчётную мощность стиральной машины вычислим по формуле
Рр
Зр = -р- (3)
еоБф
Зр = 1^°6=1,32 ВА р 0,8
Расчётные мощности остальных электроприёмников вычисляются аналогичным способом. Далее вычисляем коэффициент мощности на вводе в жилой дом
£ Рр
с°8ф=—^^ (4)
11,57
е°8ф=-=0,93
12,44
Учитывая, что все нагрузки однофазные, на вводе в дом получим расчетный ток
I Рр
!р =
Тр = ТТ
к ин•еоБф 11,57
(5)
=56,52 А
0,22 • 0,93
Сформируем и рассчитаем по формулам 1-5 ещё два варианта потребления электроэнергии жилого дома. Потребляемая мощность жилого дома варианта «Б» приведена в таблице 2.
Таблица 2
Вариант «Б»_
Наименование электроприемников Установленная мощность Рн, кВт Коэффициент спроса, Кс Коэффициент использования, Ки Коэффициент мощности, cos ф Расчетная мощность Коэффициент мощности на вводе в дом Расчётный ток, А
Активная Рсм, кВт Реактивная Qсм, кВАр Полная S, кВА
Электрическое освещение 2,1 0,8 0,6 1 1,20 0,00 1,20 0,93 73,12
Бытовая розеточная сеть 4,1 0,7 0,9 2,71 1,31 3,01
Электрическая плита 6 0,8 1 1 4,00 0,00 4,00
Холодильник 0,85 1 0,5 0,95 0,40 0,13 0,43
Кондиционер 2,5 0,7 0,8 0,8 1,12 0,84 1,40
Стиральная машина 2,2 1 0,6 0,8 1,06 0,79 1,32
Персональный компьютер 1 0,6 1 1 0,60 0,00 0,60
Тёплые полы 2,5 0,5 1 1 1,25 - 1,25
Бойлер 1,5 0,7 0,5 1 0,53 - 0,53
Посудомоечная машина 2,2 0,8 0,8 0,8 1,13 0,84 1,41
Домашний кинотеатр 0,8 0,6 1 1 0,48 0,00 0,48
ИТОГО 19,55 14,95 3,86 16,09
Потребляемая мощность жилого дома варианта «В» приведена в таблице 3.
Таблица 3
_Вариант «В»_
Наименование электроприемников Установленная мощность Рн, кВт Коэффициент спроса, Кс Коэффициент использования, Ки Коэффициент мощности, cos ф Расчетная мощность Коэффициент мощности на вводе в дом Расчётный ток, А
Активная Рсм, кВт Реактивная Qсм, кВАр Полная S, кВА
Электрическое освещение 1,8 0,8 0,6 1 1,20 0,00 1,20 0,93 44,96
Бытовая розеточная сеть 2,7 0,7 0,9 2,71 1,31 3,01
Электрическая плита 4 0,8 1 1 4,00 0,00 4,00
Холодильник 0,85 1 0,5 0,95 0,40 0,13 0,43
Кондиционер 2,2 0,7 0,8 0,8 1,12 0,84 1,40
Стиральная машина 2 1 0,6 0,8 1,06 0,79 1,32
Персональный компьютер 1 0,6 1 1 0,60 0,00 0,60
Домашний кинотеатр 0,8 0,6 1 1 0,48 0,00 0,48
ИТОГО 15,35 9,19 2,42 9,89
Таким образом, для примера были сформированы три варианта исполнения жилых домов. Варианты исполнения каждого дома приведены в таблице 4.
Таблица 4
Распределение домов
Номер дома 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Вариант исполнения А В В Б В А Б В А В А Б
Симметрично распределим нагрузки по фазам питающей сети. Данные приведены в таблице 5.
Таблица 5
Нагрузки фаз в симметричном режиме
Фаза А В С
Номер дома 2, 3, 4, 7 1, 5, 8, 12 6,9,10,11
Активная мощность, кВт 48,28 44,9 43,9
Реактивная мощность, кВАр 12,56 11,78 11,66
Магистральная линия выполнена проводом марки СИП4 4*95. Линия к дому выполнена проводом марки СИП4 2х16. Параметры проводов приведены в таблице 6.
Таблица 6
Параметры проводов
Марка Rпог, Ом/км Хпог, Ом/км Ь, км
СИП4 4*95 0,411 0,082 0,2
СИП4 2*16 1,91 0,0754 0,01
Предположим, что напряжение каждой фазы в начале линии равно 240 В, тогда напряжение в конце линии приближенно рассчитаем по формуле:
и кон =инач - и 2 (6)
где инач — напряжение в начале ветви;
и2 — падение напряжения на сопротивлении, определяемое по формуле
р х р г
и2=ди2 +]§и2 = на]т унач + ™ 4 |ач (7)
| нач | | нач |
где г и х — активное и индуктивное сопротивления линии, вычисляемое по формуле
пог • Ь (8)
х=Х пог • Ь
Модуль напряжения в конце линии
и кон =>/ (и нач _ди2 )2 + (§и2 )2 (9)
Рассчитаем падение напряжения фазы В по формуле 7
44,9 • 0,1013 + 0,017 • 11,78 44,9 • 0,017 -11,78 • 0,1013 -3
и7 = —------—+] —-------= 19,79 - ]0,00176 • 10
^ 0,24 0,24
Рассчитаем модуль напряжения в конце линии по формуле 9
и ^ =Л (240-19,79)2+ (
2+ (0,0017 • 10 3 I = 220,21 В
Напряжения в конце линии для фаз А и С определятся аналогичным способом и равны 218,73 В и 220,64 В соответственно.
Линейные напряжения: иав=380,1 В, ивс=381,8 В, иса=380,5 В.
Рассчитаем токи, протекающие в каждой линии по формуле 5. 1а=235,97 А; 1в=219,45 А; 1с=214,57 А.
Потери электроэнергии в линии 0,4 кВ (от % отпуска электроэнергии в сеть) определяются по формуле
ДЖ/о =0,7 • Кнер • ди (10)
где Кнер — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузок по фазам [1]; Д и — потери напряжения в максимум нагрузки сети от шин ТП до наиболее электрически удаленного электроприемника, %; т — число часов наибольших потерь мощности; Ттах — число часов использования максимальной нагрузки. Принимаем Ттах=3000
Коэффициент неравномерности Кнер определяется по формуле [2]
12+12+12 К =3• а Ь с
нер ^ ' т т ч2
(1а+1ь+1с )
К_ = 3 •
23 5,972 + 2 1 9,452 + 214,572
^нер " (235,97 + 219,45 + 214,57)2
Рассчитаем средний процент потерь напряжения Д И
= 1
Ди%=
ди
и
•100
ср.н
Ди=иср.н-иср.к
218,73 + 220,21 + 220,64 Ди=240-------— = 20,14 В
(11)
(12) (13)
Шо/ =
240 20,14
• 100 = 8,39 %
Рассчитаем число часов наибольших потерь мощности т
к +2к2 Т= з з 8760 3
0,342+2 • 0,342
т=—----8760=1684,93
3
где кз — коэффициент заполнение годового графика кз :
Т
8760
0,342
Рассчитаем потери электроэнергии в линии 0,4 кВ по формуле 10
(14)
3
1684,93
Д№0/ =0,7 • 1 • 8,39---— = 3,3 %
% 3000
Определим коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности
К2и = -ии2(1) -100% (15)
и Л
где и2(1) — значение напряжения обратной последовательности, приближенно может быть определено по следующей формуле
иад=0,62 • (инб -инм) (16)
и2(1)=0,62 • (381,8-380,1)=1,05 В
где инб, инм — наибольшее и наименьшее значения междуфазных напряжений Рассчитаем коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности
• 100% = 0,3 %
2и 380
Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности
К^-^ • 100% (17)
и ф
где и0(1) — значение напряжения нулевой последовательности, приближенно может быть определено по следующей формуле
и0(1)=0,62 • (инб-инм) (18)
и0(1)=0,62 • (220,64-218,73)=1,18 В
где инб, инм — наибольшее и наименьшее значения фазных напряжений. Рассчитаем коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности.
118
Кш=^--100% = 0,53 %
0и 220
Значения коэффициентов несимметрии по обратной и нулевой последовательностям менее 2 %, что является нормально допустимым [3].
Далее неравномерно распределим нагрузку по фазам, тем самым создав несимметрию напряжений [4].
Таблица 7
Нагрузки фаз при несимметричном режиме
Фаза A B C
Номер дома 7, 8, 10, 11, 12 1, 4, 6, 9 2, 3, 5
Активная мощность, кВт 59,85 49,66 27,57
Реактивная мощность, кВАр 14,85 13,1 7,25
По формуле 9 определим напряжения в конце линии. Результаты сведены в таблицу 8.
Таблица 8
Напряжения в конце линии
Фаза А В С
Икон, В 213,69 218,11 227,85
К2И=^- -100% = 2 %
Линейные напряжения: иав=382,44 В, ивс=373,95 В, Иса=386,24 В.
Токи, протекающие в каждой линии, рассчитаем по формуле 5. 1а=292,52 А; 1в=242,72 А; 1с=134,75 А.
Найдем потери электроэнергии в линии 0,4 кВ с учетом неравномерной загрузки фаз по формуле 10.
1684 93
=0,7 -1,09 - 8,39--= 3,6 %
% 3000
Коэффициент неравномерности К нер определен по формуле 12.
Определим коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности по формулам 15 и 16.
и2(1)=0,62 - (386,24-373,95)=7,62 В
7,62 380
Значение К2И при несимметричном режиме составляет 2%, что является нормально допустимым.
Рассчитаем коэффициент несмиметрии напряжений по нулевой последовательности по формулам 17 и 18.
и0(1)=0,62 - (227,85-213,69)=8,78 В 8 78
К0И=---100% = 4 %
0и 220
Значение К0И при несимметричном режиме составляет 4%, что является максимально допустимым значением.
Полученные результаты расчётов как для симметричного, так и для несимметричного режима приведены в таблице 9.
Таблица 9
Сравнение симметричного и несимметричного режимов
При симметричной нагрузке фаз
Активная Мощность, кВт Токи в фазах, А Напряжения в конце линии, В ли, % Кне р К2 и К0И л1, %
А В С А В С А В С
48,2 8 44,9 43,9 235,9 7 219,4 5 214,5 7 218,7 3 220,2 1 220,6 4 8,39 1 0,3 0,5 3 3,3
При несимметричной нагрузке фаз
59,8 5 49,6 6 27,5 7 292,5 2 242,7 2 134,7 5 213,6 9 218,1 1 227,8 5 8,39 1,0 8 2 4 3,6
Заключение. Исходя из данных сформированной таблицы можно сделать вывод, что несимметрия оказывает отрицательное воздействие на качество электроэнергии, а именно,
г(шУ
Iл
способствует увеличению потерь электроэнергии в сети. Коэффициенты несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательностям в несимметричном режиме также увеличились, что приводит к ухудшению технико-экономических показателей, а также негативным образом сказывается на электрических машинах, т.е. приводит к значительному снижению срока их службы.
Библиографический список
1. Методические рекомендации по определению потерь электрической энергии в городских сетях напряжениям 10(6)-0,4 кВ. — Введ. 2001-04-23. — Москва : Госстрой России, 2001. — 61 с.
2. Железко, Ю. С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: руководство для практических расчётов / Ю. С. Железко. — Москва : ЭНАС,
3. Правила устройства электроустановок [Электронный ресурс] / КонсультантПлюс. —
cgi/online.cgi?req=doc&base=LAW&n=98464&fld=134&dst=100005,0&rnd=0.717993052422657#027 49113884386629 (режим доступа :15.04.2020).
4. Файбисович, Д. Л. Справочник по проектированию электрических сетей / Д. Л. Файбисович. — Москва : Издательство НЦ ЭНАС, 2006. — 350 с.
2029. — 456 с.
Режим
доступа :
http://www.consultant.ru/cons/
