Компенсатор третьей гармоники тока нейтрали сети 0,38 кВ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 321.316.12

КОМПЕНСАТОР ТРЕТЬЕЙ ГАРМОНИКИ ТОКА НЕЙТРАЛИ СЕТИ 0,38 КВ © 2010 г. М.А. Юндин, О.В. Кобзистый, К.М. Юндин

Дается описание конструкции и принципа действия компенсатора третьей гармоники тока нейтрали сети, а также приводятся данные экспериментальных исследований разработанного устройства. Использование его позволяет существенно снизить токи высших гармоник в нейтрали сети 0,38 кВ и повысить эффективность передачи электрической энергии.

Ключевые слова: энергоэффективность, высшие гармоники, компенсатор, ток нейтрали, электрическая энергия.

It is given a description of construction and operation principle of the expansion of the third harmonic voltage neutral network and these are given data of experimental investigations of the developed device. Its use allows significantly decreasing currents of higher harmonics in the neutral network of 0,38 kw and increasing efficiency of electric energy transmission.

Keywords: energy efficiency, highest harmonics, expansion, current of neutral network, electric energy.

В настоящее время в сельских электрических сетях 0,38 кВ, питающих населенные пункты, наблюдается рост нелинейных потребителей мощности, подключенных к трехфазным сетям по однофазной схеме.

Проведенные экспериментальные исследования [1] свидетельствуют о существенной загрузке нейтрали сети 0,38 кВ токами высших гармоник, особенно кратных трем.

Высшие гармоники в токе нейтрали сети нежелательны по ряду причин: из-за появления дополнительных потерь энергии в электрической сети и силовом трансформаторе; ухудшения электромагнитной обстановки; снижения срока службы изоляции.

Проведено физическое моделирование разработанного устройства [2], позволяющего за счет компенсации третьей гармоники тока нейтрали сети 0,38 кВ повысить энергоэффективность электропередачи.

Разработанный компенсатор третьей гармоники тока нейтрали приведен на рисунке 1, а на рисунке 2 показаны диаграммы составляющих напряжений и токов, поясняющие принцип его работы.

Компенсатор третьей гармоники тока нейтрали сети выполнен по схеме фильтра

тока нулевой последовательности. Содержит включенные в фазные и нулевой проводники измерительные трансформаторы тока ТА1-ТА3 и ТА4, к вторичным обмоткам которых подключены диоды "Уи1-"УВЗ, своими анодами образующие общую точку и подключенные к четвертому трансформатору тока по схеме рисунка 1. Для исключения разрыва вторичных цепей трансформаторов тока предусмотрены диоды 'Уи4—Уи6.

Компенсатор третьей гармоники тока нейрали электрической сети функционирует следующим образом.

Нелинейные нагрузки вызывают протекание в фазах и нейтрали четырехпроводной сети несинусоидальных токов, среди которых доминирует третья гармоника [1]. Под действием напряжений иьх, иь2, иьъ (рис. 2) во вторичных обмотках трансформаторов тока ТА1-ТА3 диоды 'Уи1—Уи3 включаются попеременно на время равное 1/3 периода промышленной частоты. Ток проводят те диоды, потенциал анода которых относительно общей точки трансформаторов тока TА1-TА3 оказывается выше, чем у других диодов. Коммутация диодов происходит в моменты времени, соответствующие точкам пересе-

чения синусоид фазных напряжений, поэтому кривая выпрямленного напряжения иа имеет вид огибающей синусоиды фаз-

ных напряжений, индуктируемых вторичными обмотками трансформаторов тока (рис. 2).

Рис. 1. Схема включения компенсатора в сеть 0,38 кВ

Рис. 2. Временные диаграммы, поясняющие принцип компенсации третьей гармоники тока нейтрали

На физической модели сети 0,38 кВ были проведены испытания разработанного малозатратного компенсатора. Результаты измерений контролировались при помощи трехфазного счетчика Меркурий 230 АRT-03 и цифрового осциллографа

«АСК-4166». Исследовались два случая компенсации третьей гармоники тока нейтрали сети 0,38 кВ: с согласным и встречным включением трансформаторов

тока ТА1-ТА4. В качестве нагрузки использовались: в фазе А - лампа ДРЛ мощностью 400 Вт, в фазе В - лампа накаливания

500 Вт, в фазе С - лампа ДРЛ 250 Вт.

Результаты лабораторных исследований форм кривых тока в нулевом проводе іп и напряжения иф фазы А показаны на рисунке 3.

ил

,Ыф

/ \ / \

' * п

6)

и,г

1

/ / \ \ /

\ 7 /

/Л * П -''Л / У>г\

\ \уГ^ \ \А V Vу/

1 г V

/ і

в) У

Рис. 3. Осциллограммы тока в нулевом проводе относительного напряжения фазы А: а - до применения компенсатора (1п = 1,14 А); б - согласное включение ТА1-ТА4 (1п = 0,61 А); в - встречное включение ТА1-ТА4 (1п = 0,68 А)

о4

»

=

о

2

&

ез

-

я

ч

н

8

Ч

С

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Номер гармоники

□ Без фильтра □ Встречное включение ТТ ПСогласное включение

Рис. 4. Амплитудно-частотные характеристики тока в нулевом проводе (нейтрали) сети

№ 4 2010

Механизация и электрификация животноводства, растениеводства

Выполненный спектральный анализ тока в нулевом проводе (нейтрали) сети (рис. 4) позволяет сделать следующие выводы:

1. Для повышения энергоэффективности в сети 0,38 кВ, за счет симметрирования и улучшения формы кривой тока нейтрали сети, необходимо вторичные об-

мотки измерительных трансформаторов тока ТА1-ТА3 включать согласно с ТА4.

2. Нормализация формы кривой тока нейтрали сети за счет компенсации третьей гармоники позволяет снизить амплитудное значение тока третьей гармоники на 27%, а потери электрической энергии в нейтрали сети снизятся до 47%.

Литература

1. Юндин, М.А. Особенности протекания несбалансированных токов в сети напряжением 0,38 кВ / М.А. Юндин, С.В. Нехаев // Техника в сельском хозяйстве. - 2008. -№ 4.

2. Пат. 2346370 Российская Федерация, МПК H 02 J3 / 01. Электромагнитный компенсатор третьей гармоники электрической сети / Юндин М.А.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО АЧГАА. - № 103657 /09; заявл. 30.01.2008; опубл. 10.02.2009, Бюл. № 4.

Сведения об авторах Юндин Михаил Анатольевич - канд. техн. наук, профессор кафедры «Теоретические основы электротехники и электроснабжения сельского хозяйства» АзовоЧерноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград).

Тел. 8(86359) 41-6-56.

Кобзистый Олег Валентинович - канд. техн. наук, доцент кафедры «Теоретические основы электротехники и электроснабжения сельского хозяйства» АзовоЧерноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград).

Тел. 8(86359) 43-5-68.

Юндин Константин Михайлович - аспирант кафедры «Теоретические основы электротехники и электроснабжения сельского хозяйства» Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград).

Information about the authors

Yundin Mikhail Anatolievich - Candidate of Technical Sciences, professor of department of theoretical basis of electrotechnique and electric power supply in agriculture, Azov-Blacksea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359) 41-6-56.

Kobzistiy Oleg Valentinovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor of department of theoretical basis of electrotechnique and electric power supply in agriculture, Azov-Blacksea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359) 43-5-68.

Yundin Konstantin Mikhailovich - post-graduate student of department of theoretical basis of electrotechnique and electric power supply in agriculture, Azov-Blacksea State Agroengineering Academy (Zernograd).