CC BY
25
УДК 621.315
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТИ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ В СЕТИ 0,38 кВ
© 2008 г. МА. Юдин, С.В. Нехаев
В сельском электроснабжении Российской Федерации наблюдается рост бытовых нагрузок на фоне резкого спада производственных мощностей. Применение высокотехнологичного оборудования с нелинейными вольт-амперными характеристиками приводит к увеличению в низковольтной сети высших гармоник [1]. Практические исследования, проведенные в сетях напряжением 0,38 кВ Краснодарского края, наглядно показывают несоответствие отдельных показателей качества электроэнергии (ПКЭ) нормативным требованиям [2], в частности несинусоидальности напряжения. Циркуляция высших гармоник в сети приводит к значительным материальным и техническим ущербам.
Оценка качества электроэнергии проводилась в действующих электрических сетях, питающих бытовую нагрузку, сертифицированным анализатором качества «Энергомонитор 3.3». Прибором фиксировались и записывались электрические параметры в течение двух суток [3]. Производились измерения трех фазных напряжений, тока небаланса (ТАХ), тока в заземляющем спуске (ТА5 и ТА6), а также фазных токов (ТА2, ТА3 и ТА4) (рис. 1).
Рис. 1. Схема размещения датчиков тока на ТП 10/0,4 во время экспериментальных исследований
Статистическая обработка зафиксированных 1473-минутных значений тока небаланса на головном участке показала, что среднее значение тока небаланса равное 19,6 А находится в 95 % доверительном интервале со стандартной ошибкой 0,2 А [4, 5]. Нижняя
граница доверительного интервала при этом имела значение тока 19,2 А, а верхняя - соответственно 20 А. Минимальное значение тока небаланса за указанный период составило 3,5 А, а максимальное -соответственно 47,9 А.
Из полученных экспериментальным путем выборок для оценки взаимосвязи случайных переменных величин, подчиняющихся нормальному распределению, были определены коэффициенты корреляции Пирсона [6] (р) у следующих парных величин: полной потребляемой мощности (5) и тока небаланса (/нб); активной потребляемой мощности (Р) и тока небаланса (/нб); коэффициента мощности С^ф) и тока небаланса (/нб).
Расчеты для указанных парных величин показали, что между полной потребляемой мощностью, активной потребляемой мощностью и током небаланса на головном участке присутствует очень высокая положительная корреляционная связь (соответствующие коэффициенты корреляции равны 0,925 и 0,915). Между tgф и /нб коэффициент корреляции составил 0,795, что свидетельствует также о наличии корреляционной связи между данными величинами.
Группирование данных об изменении суммарной полной мощности и тока небаланса и последующий расчет позволил получить уравнение регрессии вида S сум = 873,28/ нб +1474,2.
Аналогичные вычисления проранжированных данных о суточных изменениях активной мощности и тока небаланса позволили получить уравнение регрессии вида Рсум = 973,33/нб - 3516,7. Также было получено уравнение регрессии между tgф и /нб: 1Еф = 12,256 / нб -0,8055.
Анализ токов, измеренных в заземляющих спусках (ТА6-ТА7), и тока небаланса на головном участке сети (ТА1) показал, что они не равны как по модулю, так и по фазе. В зависимости от времени суток ток небаланса превосходил в 8-12 раз ток в заземляющих спусках. Это объясняется тем, что часть электроэнергии преобразуется в узлах нагрузки на генерирование высших гармонических ЭДС, под действием которых высокочастотные токи замыкаются через поперечные параметры линии, не доходя до трансформатора.
В ходе проведенных экспериментальных исследований установлено, что качество напряжения на шинах обследуемой ТП не соответствует ГОСТу по коэффициентам отдельных гармонических составляющих напряжения. Было выявлено, что нечетные гармоники напряжения, кратные трем - 15-я и 21-я выходят не только за нормально допустимые пределы (НДП), но и за предельно допустимые значения (ПДП). При этом наихудшие показатели качества напряжения были зарегистрированы на фазе А, где более 2,8 % суточного времени коэффициент 15-й гармонической составляющей напряжения выходил за предельно допустимое значение 0,45 % (рис. 2, 3).
Ки15а, %
0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00
1 5:00 17:00 19:00 21:00 23:00 1:00 3:00 5:00 7:00 9:00 11:00 13:00
Рис. 2. Суточный график изменения коэффициента 15-й гармонической составляющей напряжения фазы А
/[',,01 „ 0 1
Рис. 3. Суточный график изменения коэффициента 21-й гармонической составляющей напряжения фазы А
Следует отметить, что значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения не выходило за нормируемые 8 %.
Суточные графики изменения коэффициентов 15 и 21 гармонических составляющих напряжения напоминают суточные графики изменения нагрузки, поэтому были проверены коэффициенты корреляции Пирсона между этими коэффициентами и током нагрузки соответствующей фазы (1а), а также с tgф. Расчеты показали, что между коэффициентами 15 и 21 гармонической составляющей напряжения и током нагрузки имеет место слабая положительная корреляционная связь (соответствующие коэффициенты корреляции Пирсона равны 0,563 и 0,225). Аналогично рассчитаны коэффициенты корреляции Пирсона между коэффициентами указанных гармоник и tgф. Коэффициенты корреляции Пирсона указывают на слабую отрицательную корреляционную связь - 0,595 и -0,290 соответственно.
По результатам экспериментов также получены спектры гармонических составляющих тока небаланса и суточный график изменения коэффициента искажения синусоидальности кривой тока небаланса (рис. 4).
Кн, %
30 -25 20 15 10 -5 0
11:30 13:30 15:30 17:30 19:30 21:30 23:30 1:30 3:30 5:30 7:30 9:30
Рис. 4. Суточное изменение коэффициента искажения синусоидальности кривой тока небаланса на головном участке сети
Как явствует из рис. 4, можно видеть, что коэффициент искажения синусоидальности кривой тока небаланса имеет наибольшее значение 32,5 % в вечернее время и минимальное - 6,2 % в утреннее время суток. Рост коэффициента искажения синусоидальности кривой тока небаланса наблюдается при увеличении подключаемых электроприборов с нелинейными характеристиками к сети.
Таблица 1
Соотношение гармонических составляющих кратных основной частоте тока небаланса, равного 3,5 А, в момент времени 6:37 ч
Номер гармоники 2 3 5 7 9 11 13 15
Доля по отношению к основной, % 1 56 23 10 4 3 2 1
Таблица 2
Соотношение гармонических составляющих кратных основной частоте тока небаланса, равного 47,9 А, в момент времени 16:12 ч
Номер гармоники 2 3 5 7 9 11 13 15
Доля по отношению к основной, % 6 52 19 8 8 2 2 3
Соотношение гармонических токов кратных основной частоте в токе небаланса, равном 3,5 А для момента времени 6:37 ч, показано в табл. 1.
В первой строке обозначены номера гармонических составляющих, а проценты во второй строке указывают на долю соответствующих гармоник кратных основной частоте от общего количества всех гармоник.
Более половины от всех гармоник, кратных основной частоте, приходится на третью гармоническую составляющую тока небаланса. Причем такое соотношение третьей гармоники остается как при минимальном токе небаланса, равном 3,5 А, так и при максимальном токе 47,9 А (табл. 2).
Экспериментальные исследования показали, что спектральный состав тока небаланса на головном участке довольно стабилен, хотя сам коэффициент искажения синусоидальности кривой тока небаланса динамично изменяется в течение суток, коррелируя с графиком нагрузки. Более половины суммарного спектра высших гармонических токов небаланса при-
ходится на 3-ю гармонику, примерно пятая часть - на
5-ю гармонику.
Литература
1. Кудряшёв Г.С., Бузунова М.Ю., Третьяков А.Н. Влияние высших гармоник на работу сельскохозяйственных потребителей электрической энергии// «Вестник - консультативный центр». № 4(18), апрель, Иркутск, 2005., С. 54-57.
2. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
3. РД 153-34.0-15.502-2002. Методические указания по контролю и качеству электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Ч. 2: Анализ качества электрической энергии.
4. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. пособие для втузов. 5-е изд., перераб. и доп. М., 1977.
5. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. 6-е изд., перераб. и доп. М., 1973.
6. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике. М., 1979.
7. ВентцельЕ.С. Теория вероятностей. М., 1969.
21 января 2008 г.
Азово- Черноморская государственная агроинженерная академия
