АВТОКОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

нагрузке происходит самокомпенсация реактивной мощности. Каскад трансформаторов представлен их упрощенными схемами замещения (без учета рассеяний). Если трансформаторы идентичны, то поток реактивной мощности от нагрузки делится между ними на равные части. Поэтому поток реактивной мощности на внешнем участке в три раза меньше, чем на внутреннем участке. В соответствии с этим в реальной сети с ростом числа трансформаторных подстанций и шунтирующих реакторов поток реактивной мощности по мере удаления от нагрузки существенно уменьшается.

Ключевые слова: реактивная мощность, самокомпенсация, симметричная нагрузка, каскад трансформаторов.

Цитирование: Павлов, В. Д. Автокомпенсация реактивной мощности в электрических сетях / В. Д. Павлов // Журн. Сиб. федер. ун-та. Техника и технологии, 2021, 14(6). С. 684-688. DOI: 10.17516/1999-494Х-0342

Реактивная мощность в сети — нежелательное явление [1, 2]. Ее циркуляция по проводам вызывает тепловые потери в объеме примерно 10 % ее величины. Для ее снижения используют дорогостоящие статические и динамические компенсаторы.

Цель работы — оценка влияния каскада трансформаторов и шунтирующих реакторов на реактивную мощность в сети при симметричной нагрузке.

В настоящей работе применяются электротехнические расчеты.

На рис. 1 представлена существенно идеализированная схема подключения вторичных обмоток трансформатора к симметричной индуктивной нагрузке [3]. Сопротивления рассеяния не показаны. Активные составляющие сопротивлений не рассматриваются. Вращающееся магнитное поле создается первичными обмотками (не показаны). Реактивная мощность в сеть не передается (гипотетически).

В части вращающегося магнитного поля и опосредованного взаимодействия его с нагрузкой схема неотличима от рассмотренной в [4], в которой вместо трансформатора использована синхронная явнополюсная машина и в которой источником возбуждения колебаний тока (индуктивного) в любой фазе служат другие (другая) фазы (фаза) нагрузки.

Подобное явление самокомпенсации реактивной мощности известно и в механических системах [5]

Самокомпенсация реактивной мощности при симметричной нагрузке

А

Рис. 1. Самокомпенсация реактивной мощности Fig. 1. Self-compensation of reactive power

Мгновенные токи, напряжения и мощности (реактивные) фаз, соответственно, равны

Здесь L - суммарная индуктивность фазы трансформатора (включая рассеяние) и нагруз-Сумма мощностей фаз В и С равна

Эта величина противоположна мощности фазы А, т. е.

Это означает, что при оговоренных условиях любая фаза является источником реактивной мощности двух других фаз.

И наоборот, любые две фазы являются источником реактивной мощности третьей фазы. Таким образом, для данной схемы при симметричной нагрузке происходит самокомпенсация реактивной мощности.

Замечание о мощностях фаз

Для того чтобы последняя формула не создавала впечатление, что мощность в любом случае удовлетворяет аналогу первого закона Кирхгофа, ниже приводятся выражения для мгновенных активных мощностей фаз и их соотношение.

Потоки реактивной мощности в каскаде трансформаторов

Каскад трансформаторов на рис. 2 представлен их упрощенными схемами замещения (без учета рассеяний). Активные сопротивления не рассматриваются.

Рис. 2. Каскад трансформаторов Fig. 2. Transformer cascade

Идеализация этой схемы меньше, чем первой, поскольку реактивная мощность второго и третьего трансформаторов передается в первичную обмотку.

Если трансформаторы идентичны, то поток реактивной мощности от нагрузки делится между ними на равные части. Поэтому поток реактивной мощности на участке 1-2 в три раза меньше, чем на участке 3-4.

В соответствии с этим в реальной сети с ростом числа трансформаторных подстанций и шунтирующих реакторов поток реактивной мощности по мере удаления от нагрузки существенно уменьшается за счет взаимной компенсации реактивной мощности фаз.

Список литературы / References

[1] Кузьмин С.В., Завалов А. А., Кузьмин Р. С., Меньшиков В. А. Повышение эффективности компенсации реактивной мощности на основе устройств пофазной компенсации. Журн. Сиб. федер. ун-та. Техника и технологии, 2020, 13(1), 14-24. DOI: 10.17516/1999-494X-0187 [Kuzmin S. V., Zavalov A. A., Kuzmin R. S., Menshikov V. A. Improving the efficiency of reactive power compensation based on phase compensation devices. J. Sib. Fed. Univ. Eng. & Technol, 2020, 13(1), 14-24. DOI: 10.17516/1999-494X-0187 (in Russian)]

[2] Шеркунков М.А., Тигунцев С. Г. Метод совместной компенсации реактивной мощности, симметрирования нагрузки и фильтрации токов гармоник несимметричной нелинейной нагрузки, соединенной в треугольник. Журн. Сиб. федер. ун-та. Техника и технологии, 2020, 13(4), 455-461. DOI: 10.17516/1999-494X-0237 [Sherkunkov M. A., Tiguntsev S. G. Method of joint compensation of reactive power, load balancing and filtering of harmonic currents of an asymmetrical non-linear load connected in a delta. J. Sib. Fed. Univ. Eng. & Technol., 2020, 13(4), 455-461. DOI: 10.17516/1999-494X-0237 (in Russian)]

[3] Romanova VV., Khromov S. V., Suvorov I. F. Development of procedures for determining the optimal placement of symmetration devices for electrical supply systems 0.4 KV with motor-actuated load. J. Sib. Fed. Univ. Eng. & Technol, 2018, 11(5), 528-535. DOI: 10.17516/1999-494X-0051

[4] Попов И. П. Свободные гармонические колебания в электрических системах с однородными реактивными элементами. Электричество, 2013, (1), 57-59 [Popov I. P. Free harmonic oscillations in electrical systems with homogeneous reactive elements. Electricity, 2013, (1), 57-59 (in Russian)]

[5] Popov I. P. Free harmonic oscillations in systems with homogeneous elements. Journal of Applied Mathematics and Mechanics, 2012, 76(4), 393-395. DOI: 10.1016/j.jappmathmech.2012.09.005

DOI: 10.17516/1999-494X-0343 УДК 621.311.243

On the Design

of Solar Energy Tracker System

Oloka Reagan Otienoa and Mohanad Abdulhamidb

aUniversity of Nairobi Kenya

bAL-Hikma University Iraq

Received 12.07.2021, received in revised form 14.08.2021, accepted 21.09.2021

Abstract. Solar energy is a very important means of renewable energy resource. With solar tracking, it will become possible to generate more energy since the solar panel can maintain a perpendicular profile to the rays of the sun. Even though the initial cost of setting up the tracking system is considerably high, there are cheaper options that have been proposed over time. This paper discusses the design and construction of a prototype for solar tracking system that has a single axis of freedom. Light dependent resistors (LDRs) are used for sunlight detection. The control circuit is based on an ATMega328P microcontroller. It was programmed to detect sunlight via the LDRs before actuating the servo to position the solar panel. The solar panel is positioned where it is able to receive maximum light. As compared to other motors, the servo motors are able to maintain their torque at high speed. They are also more efficient with efficiencies in the range of 80-90 %. Servos can supply roughly twice their rated torque for short periods. They are also quiet and do not vibrate or suffer resonance issues. Performance and characteristics of solar panels are analyzed experimentally.

Keywords: Solar energy tracker; solar panel.

Citation: Otieno O.R., Abdulhamid M. On the design of solar energy tracker system. J. Sib. Fed. Univ. Eng. & Technol., 2021, 14(6), 689-702. DOI: 10.17516/1999-494X-0343

© Siberian Federal University. All rights reserved

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-Non Commercial 4.0 International License (CC BY-NC 4.0). Corresponding author E-mail address: researcher12018@yahoo.com, moh1hamid@yahoo.com