CC BY
0УДК 621.3
Сотников Е.А.
магистрант Московский энергетический институт (г. Волжский, Россия)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АСИММЕТРИИ НАПРЯЖЕНИЙ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ
Аннотация: в работе приведены причины и последствия возникновения несимметрии в электрических сетях со стороны потребителя, способы снижения коэффициента несимметрии. Рассмотрены принципы расчета параметров симметрирующих устройств.
Ключевые слова: несимметрия напряжений, глубина мощности, управляемые симметрирующие устройства, качество электроэнергии.
Несмотря на строгий контроль качества генерируемой электроэнергии, остро стоит проблема измерения и компенсации ассиметрии напряжений на стороне потребителя. Со стороны энергосистемы искажения сигнала обусловлены, как правило, грозовыми импульсами, коммутационными перенапряжениями, работой средств АВР. В сетях 110-220 кВ несимметрия может проявляться из-за неравенства сопротивлений по фазам конструкций ЛЭП. Также причиной несимметрии являются неполнофазные режимы в сетях с изолированной нейтралью. К основным факторам, приводящим к искажению симметрии электрического сигнала со стороны электроприемников, относят неравномерность нагрузки по фазам, смешанный характер этой нагрузки, работа электроприемников с резкопеременным и нелинейным характером нагрузки: промышленные потребители, преобразователи и т.п. Все вышеперечисленные факторы приводят к неоптимальным режимам работы,
1972
выходу из строя элементов энергосистем и приемников энергии (перегорание ламп и прочее), росту потерь на нагрев (ввиду возникновения токов обратной и нулевой последовательности, особенно это заметно в работе вращающихся машин). Также имеет место пагубное воздействие на состояние изоляции силового оборудования. При величине коэффициента несимметрии около 10%, срок службы трансформаторного оборудования сокращается на 16% [3].
Заметим, что асимметрия напряжения и асимметрия тока - различные типы искажения электрического сигнала, имеющие также различные природу возникновения. Рассматриваемый нами первый тип искажения наиболее массово обусловлены все же влиянием процессов со стороны генерации и распределения. Доля участия электроприемников меньше, что приводит к недостаточной изученности ее влияния на работу энергосистемы. Таким образом, актуальность данной работы заключается в анализе влияния именно нагрузки потребителя на асимметрию напряжения в электрической сети.
Причиной возникновения несинусоидальности напряжения со стороны потребителя может быть силовое оборудование с тиристорным управлением, люминесцентные лампы, сварочные установки, преобразователи частоты, импульсные преобразователи напряжения.
Несинусоидальность напряжения характеризуется коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения по обратной и нулевой последовательности, а также коэффициентом п-ой гармонической состоявляющей. При работе с коэффициентом несимметрии по обратной последовательности равной 2-4% срок службы электрической машины сокращается на 10-15%, а при ее номинальной загрузке срок службы электрических машин снижается вдвое. Границы нормально допустимых и предельно допустимых значений коэффициентов каждой гармоники установлены в ГОСТ 32144-2013.
Для полноценного анализа возможных отклонений по коэффициентам гармонических составляющих необходимо составлять частотную характеристику сети потребителя. Базой расчета служит схема замещения
1973
нагрузки с реактивными сопротивлениями исследуемой цепи. Рассчитывается результирующее индуктивное сопротивление участка, и сопротивление с учетом установки компенсирующих устройств. После чего производится сравнение по выбранным «проблемным» гармоникам, определяется наиболее благоприятный режим работы, обосновывается необходимость установки компенсирующих устройств (если присутствуют значительные резонансы).
Для снижения коэффициентов гармонических составляющих напряжения при превышении допустимых значений, применяются следующие подходы: достижение резонанса на определенных частотах («перемещение резонанса» с его одновременным ослаблением) и генерация аналогичных гармонических составляющих в противофазе [1]. Аппаратно это реализуется с помощью активных, пассивных и гибридных фильтров. Однако в ряде работ [2] указывается частая несостоятельность этого способа, ввиду появления паразитарных резонансов, а также необходимость улучшения электромагнитной совместимости устройств потребления и сети электроснабжения. В рамках решения второй задачи, в исследовании [2] (рассматривается металлообрабатывающее предприятие с мощными электроприводами, сеть 10 кВ) предложена установка СПФ из конденсаторных батарей соединенных в две параллельные звезды, и последовательно включенных воздушных реакторов с малой индуктивностью. В результате уменьшение суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжений Ки составило в абсолютном отношении 5 Ки = -72 %. Подобный подход может быть применен на аналогичных предприятиях металлургии и т.п.
Таким образом, при проектировании электрической системы предприятия, а также при выявлении проблем с качеством электроэнергии на действующем производственном объекте необходимо построение математической модели системы внутризаводского электроснабжения и рассчитать частотную характеристику сети потребителя. На основании этих данных определяется оптимальная мощность корректирующего фильтра (критерием выступает минимальное значение суммарного коэффициента Ки,
1974
рассчитанного до 150 гармоники)., после расчета необходима проверка на наличие недопустимых величин бросков тока и напряжения при подаче питания на фильтр.
Также перспективным направлением исследований в данной области со стороны электроснабжающих компаний является развитие методов оценки степени влияния потребителей на ухудшение коэффициента качества электрической энергии [4].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Игнатов О.Д. и др. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА НА РАБОТУ ПРИЕМНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ //ББК 1 Р76. - 2022. - С. 67;
2. Николаев А.А. и др. МЕТОДИКА ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ПАССИВНОГО ФИЛЬТРА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ С АКТИВНЫМИ ВЫПРЯМИТЕЛЯМИ //Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2023. - Т. 19. - №. 3. - С. 9-25;
3. Бирюлин В.И., Куделина Д.В. Разработка модели для анализа способов снижения несимметрии напряжений в системах электроснабжения. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2022,24(2):72-85;
4. Ковтунов С.О. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ НА ИСКАЖЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ТРАНСПОРТАБЕЛЬНОЙ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ //Молодежь и научно-технический прогресс. - 2020. - С. 81-85
1975
Sotnikov E.A.
Moscow Energy Institute (Volzhsky, Russia)
STUDY OF THE INFLUENCE OF ASYMMETRY STRESSES ON WORK EFFICIENCY POWER CONSUMPTION SYSTEMS
Abstract: the paper presents the causes and consequences of the occurrence of asymmetry in electrical networks on the part of the consumer, ways to reduce the coefficient of asymmetry. The principles of calculating the parameters of symmetrical devices are considered.
Keywords: voltage asymmetry, depth of change, controlled balancing, power quality.
1976
