CC BY
32
УДК 621.316.3
А.В. Дед, В.Ю. Зайцев, *Е.С. Сухов
Омский государственный технический университет, г. Омск *ЗСФ ВНИПИэнергопром, г. Омск
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПОТЕРИ МОЩНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ ПРИ НЕСИММЕТРИЧНОЙ НАГРУЗКЕ
Эффективность использования электрической энергии определяется созданием условий потребления, при которых обеспечивается требуемое качество электрической энергии и минимум потерь.
Актуальность проблемы улучшения качества и уменьшения потерь электрической энергии особенно возрастает в электрических сетях напряжением до 1 кВ, в связи с тем, что в электрических сетях России распространен такой режим работы, как несимметричный. Это обусловлено распространением в трехфазных системах электроснабжения потребителей электроэнергии, симметричное многофазное исполнение которых или невозможно, или нецелесообразно по технико-экономическим соображениям. К таким установкам можно отнести индукционные и дуговые электрические печи, электросварочные агрегаты, тяговые нагрузки железных дорог, тяговые подстанции троллейбусов и трамваев, специальные однофазные нагрузки, осветительные установки, а также потребителей коммунально-бытовой сферы, получающим питание по однофазным распределительным сетям.
Несимметрия напряжений характеризуется наличием в трехфазной электрической сети напряжений обратной или нулевой последовательностей, значительно меньших по величине соответствующих составляющих напряжения прямой (основной) последовательности.
Несимметрия трехфазной системы напряжений возникает в результате наложения на систему прямой последовательности напряжений системы обратной последовательности, что приводит к изменениям абсолютных значений фазных и междуфазных напряжений.
123
Помимо несимметрии, вызываемой напряжением системы обратной последовательности, может возникать несимметрия от наложения на систему прямой последовательности напряжений системы нулевой последовательности. В результате смещения нейтрали трехфазной системы возникает несимметрия фазных напряжений при сохранении симметричной системы междуфазных напряжений.
Наиболее часто несимметрия напряжений возникает из-за неравенства нагрузок фаз. Несимметричные токи нагрузки, протекающие по элементам системы электроснабжения, вызывают в них несимметричные падения напряжения. Вследствие этого на выводах электроприемников появляется несимметричная система напряжений.
Отклонения напряжения перегруженной фазы могут превысить допустимые значения, в то время как отклонения напряжения других фаз будут находиться в нормируемых пределах. Кроме ухудшения режима напряжения при несимметричном режиме существенно ухудшаются условия работы как самих потребителей электроэнергии, так и всех элементов сети, снижается надежность работы электрооборудования и системы электроснабжения в целом.
При наличии токов обратной и нулевой последовательности увеличиваются суммарные токи в отдельных фазах элементов сети, что приводит к увеличению потерь активной мощности и может быть недопустимо с точки зрения нагрева.
В ГОСТ 13109-97 несимметрия напряжений характеризуется следующими показателями:
- коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности (К2и)
_____ Ш2(1)
^20 — Ш
- коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности (Кои)
1^00 =
________ 3^0(1)
®1(1)
100%,
где и2(і) и и0(і) - действующие значения напряжения основной частоты обратной и нулевой последовательности; и1(1) - действующее значение напряжение основной частоты прямой последовательности.
Для обеспечении нормативных требований, значения коэффициентов К2и и Кои должны составлять 2% в течение 95% суток, и только 5% времени суток эти показатели качества могут достигать максимально допустимые значения - до 4%.
Несимметрия токов и напряжений вызывают дополнительные потери мощности в элементах системы электроснабжения, которые определяются следующим образом. Дополнительные потери мощности в трансформаторах:
_____ ^2
2 02
+
ном
2
ном
где ином и 1ном- номинальные напряжение и ток со стороны высшего напряжения трансформатора, и2 и 12 - напряжение и ток обратной последовательности; ДРХ и ДРК - номинальные потери холостого хода и короткого замыкания трансформатора.
124
НОМ - 0и
С___учетом того, что 0 = '
зги
, ток обратной последовательности ^НОМ =
_ 02
3 +7н2 2
, где ик и 2к
- напряжение и сопротивление короткого замыкания трансформатора; 2н2 - сопротивление обратной последовательности присоединенной к трансформатору нагрузки.
После преобразований получаем:
02 @2
0И 02
1 - ш
ЩОМ
@НОМ +@н2
т.п.
РЛ 02ГНН
где Ш =
™2ГВН
- коэффициент, характеризующий потерю напряжения обратной последовательности в трансформаторе; и2Тнн и и2ТВН - напряжения обратной последовательности
соответственно на стороне высшего и низшего напряжении, приведенные к стороне высшего.
Дополнительные потери в относительных единицах можно получить из выражения:
д@т.доп
1+
Д^Т.доп —
Д0Т
т.п.
1-й
ии
2ДШ
ди*
1+£2
дтщ_ , ди х
где ДРТ - потери в трансформаторе в симметричном режиме; в- коэффициент загрузки трансформатора.
В линиях высокого напряжения при неучете токов нулевой последовательности І0=(0,1^0,2)І2 дополнительные потери мощности от токов обратной последовательности в относительных единицах равны:
Лэп
доп
да
ЛЭП
доп
Д@ЛЭП
= ш2
где ДРЛЭП - потери в ЛЭП в симметричном режиме; К2; - коэффициент несимметрии тока по обратной последовательности, который может быть определен путем измерении.
В сетях 0,4 кВ с нулевым проводом необходимо учитывать также дополнительные потери от несимметрии по нулевой последовательности. Формула расчета потерь мощности в радиальной сети с учетом несимметричной нагрузи фаз имеет вид: э@ э@ Д@
Д00 = Иш02 ш ш ,
где кш - коэффициент, учитывающий количество фаз схемы на участке сети; ь; - эффективный ток участка сети; гэ - активное сопротивление участка сети; кд; - коэффициент, учитывающий дополнительные потери от неравномерности нагрузки фаз:
ИД0 = И2 1 + 1.5
Ф
- 1.5
Щ
ынт
0ф
где гнт, Гф - сопротивления нейтрального и фазного проводов;
125
2+02+й2
^2 __ з и и
,- коэффициент неравномерности;
0@ +0@+0@ 2
1а, 1в, 1с - измеренные токи фаз.
При увеличении коэффициента неравномерности токов фаз потери мощности увеличиваются.
В результате измерений на соответствие требование ГОСТ 13109-97, проведенных на участках распределительных сети 0,4 кВ, были получены временные диаграммы изменения напряжений, токов, мощностей, а также показатели уровня несимметрии напряжений.
В ходе анализа полученных данных, было выявлено, что при протекании несимметрич-
ных токов нагрузки в системе электроснабжения узлов и агрегатов возникают несимметричные падения напряжения. Вследствие этого на выводах установки появляется несимметричная система напряжений, которая приводит к дополнительным потерям мощности и отклонению уровня напряжения, что недопустимо по отношению к качеству электрической энергии, поэтому необходимы меры по снижению несимметрии в электрических сетях.
Снижение несимметрии напряжений может быть достигнуто следующими способами:
- выделением потребителей с несимметричной нагрузкой на отдельные трансформаторы;
- в сетях низкого напряжения перераспределением однофазных нагрузок между фазами;
- применение симметрирующих устройств.
Таким образом, на основании выше изложенного можно сделать следующие выводы:
1. Факторы, искажающие качество электроэнергии, оказывают влияние на потери мощности в элементах сети, питающих и соединяющих источники искажений.
2. Помимо потерь в элементах сети, соединенных последовательно с источником искажений, в сетях энергоснабжающей организации и других потребителей, имеющих с источником искажений общую точку присоединения возникают дополнительные потери.
3. Необходимо продолжить работу, направленную на сбор и анализ информации о влиянии несимметричных нагрузок на потери мощности и энергии в элементах питающих их сетей. При этом включая в исследования системообразующие сети, если к ним присоединены несимметричные нагрузки, потери в которых могут быть малы в относительных значениях, но большими в абсолютных величинах.
4. Целесообразно и возможно определять рассматриваемые дополнительные потери с целью анализа и оценки фактической ситуации на основе измерений.
Библиографический список
1. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения / - М. : Издательство стандартов, 1998. - 32 с.
2. Карташев И.И. Управление качеством электроэнергии [Текст] / И. И. Карташев [и др.];. - М. : Изд-во МЭИ, 2006. - 319 с.
3. Железко Ю.С. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов / Ю.С. Железко, А.В. Артемьев, О.В. Савченко // - М. : Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. - 280 с.
4. Шидловский А.К. Повышение качества энергии в электрических сетях [текст] / Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. - Киев: Наукова думка, 1985. -268 с.
