Метод расчета потерь мощности от несимметрии токов в электрических сетях 0,38 кВ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 631.371:621.316 Доктор техн. наук Ф.Д. КОСОУХОВ

(СПбГАУ, 89052618435@mail.ru) Канд. техн. наук Н.В. ВАСИЛЬЕВ (СПбГАУ, profkom_gau@mail.ru) Соискатель НЮ. КРИШТОПА (СПбГАУ, krishnat@mail.ru)

МЕТОД РАСЧЕТА ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ ОТ НЕСИММЕТРИИ ТОКОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 0,38 кВ

Потери мощности, несимметрия токов, силовые трансформаторы, сопротивление нулевой последовательности

Анализ структуры потерь электроэнергии в действующих электрических сетях сельскохозяйственного назначения показывает, что потери в линиях 0,38 кВ составляют 31 - 33% от общих потерь. С учетом потерь электроэнергии в трансформаторах 10/0,4 кВ потребительских ТП потери в электрических сетях 0,38 кВ составляют более 50% от общих потерь. Поэтому снижение потерь электроэнергии в сетях 0,38 кВ позволит добиться снижения общих потерь в электрических сетях сельскохозяйственного назначения [1].

Потери мощности от несимметрии токов ар£ в трансформаторах и линиях трехфазных электрических сетей 0,38 кВ обусловлены токами обратной 12 и нулевой /0 последовательностей [2]:

ар£ = ар2 + ар0 = 3 /|д2 + 3 /02д0, (1)

где ар2, ДР0 ~~ потери мощности обратной и нулевой последовательностей; И2, - активные сопротивления трансформатора (линии) обратной и нулевой последовательностей.

Потери мощности в трансформаторе (линии) при несимметричной нагрузке характеризуются коэффициентом потерь мощности от несимметрии токов [1]:

ар

к£ = (2)

£ др/ у '

где арг - потери мощности от токов прямой 1г последовательности.

арг = 31}я19 (3)

где - активное сопротивление трансформатора (линии) прямой последовательности.

Подставляя в (2) выражения (1), (3), получим:

. (4)

ь 3/£ Й! Щ Й! Й! и[ Й! у 7

Учитывая, что для трансформаторов (линии) К2 = Яг выражение (4) запишется в следующем виде [3]:

- + (5)

где К21 , К01 - коэффициенты обратной и нулевой последовательностей, определяемые согласно ГОСТу Р54149 - 2010 [4] по соотношениям:

(6)

11

Как видно из выражения (5), коэффициент потерь мощности от несимметрии токов к£ зависит от квадратов коэффициентов несимметрии токов и соотношения активных сопротивлений нулевой /?0 и прямой последовательностей. Определив по формуле (5) коэффициент к£, а по формуле (3) потери от токов прямой последовательности арг , можно определить потери мощности от несимметрии токов в трансформаторе (линии):

ар£ = к£арг.

Чтобы определить коэффициент потерь мощности от несимметрии токов к£, надо рассчитать коэффициенты обратной к21 и нулевой к0[ последовательностей токов [5,6]. Методика расчета этих коэффициентов приведена ниже.

Схема замещения трехфазной сети представлена на рис. 1.

Рис. 1. Трехфазная схема замещения участка электрической сети 0,38 кВ с трехфазными симметричной и несимметричной нагрузками с симметрирующим устройством

Для выполнения расчета коэффициентов обратной к21 и нулевой к0[ последовательностей используются следующие исходные данные:

1. Несимметричная система напряжений источника питания, которая задана в комплексной форме: Уди, УцИ, ^

2. Полные комплексные сопротивления линии прямой, обратной, нулевой последовательностей Т^, ^ло-

3. Полные комплексные сопротивления симметричной нагрузки прямой, обратной последовательностей , ^ и симметрирующего устройства прямой, обратной и нулевой последовательностей £осу-

4. Полные комплексные сопротивления несимметричной нагрузки, распределенные по фазам

Считаем, что все элементы сети и электроприемники обладают линейными параметрами.

Разложив систему напряжений источника питания на симметричные составляющие ии1, ии2, ии0, определим комплексные коэффициенты обратной К7П11 и нулевой К$ии последовательностей системы напряжений источника:

v _ ¥¿12. тг _ ¡¿у. О /-Д

ым1 ¡¿111

Заменив в схеме замещения несимметричную нагрузку ( , , ) источником с несимметричной системой напряжения (Ца, Ц^, Ц£) и разложив её на симметричные составляющие ¡¿2? получим симметричную цепь с двумя несимметричными источниками напряжений, в которой разноименные симметричные составляющие токов и напряжений не зависят друг от друга [2]. Это позволяет составить для основной фазы А трехфазной цепи три независимые схемы прямой, обратной и нулевой последовательностей (рис.2).

А о

А о

IЛ2

N о

Рис. 2. Схемы прямой (а), обратной (б) и нулевой (в) последовательностей для основной фазы

Преобразуем эта схемы, не затрагивая источников с напряжениями Цх> Шь заменив параллелвные ветви эквивалентавши источниками питания с напряжениями Ц^х , > Цэо > и сопротивлениями 1Э1, 2з2>

ii __циг^рг . у __

2р-]

.2Г-]

—Р1

ил2^р2 гу _

¿4? —

еиоксго. 7 _ ^гсуо

'> ¿эо —

2су о

(3)

¿о+^суо-'

где , "¿2, ¿[о - сопротивление прямой, обратной и нулевой последовательностей линии 0,38 кВ соответственно.

В результате этого преобразования полученв1 расчетнв1е схемы прямой, обратной и нулевой последовательностей (рис. 3).

Составим основнвю уравнения симметричнвк составляющих напряжений и токов несимметричной нагрузки для схем (рис. 3):

Ълк + 1Ь=Мзъ Ьгк +М2=Мэ2; ЬоЬ + = Цэо- (9)

N »

А с

N о

N о

6)

В)

Рис. 3. Эквивалентные схемы прямой (а), обратной (б) и нулевой (в) последовательностей Дополнительные уравнения для трехфазной несимметричной нагрузки:

?л1а> ць = ¡¿с =

ил ши.а>

Напряжения и токи в уравнениях (10) выразим через симметричные составляющие:

и1 + и2 + 1ь=га(1л + 12+ь)

а2Цх + аУг + й> = (а2/, + а^ + /о)

(10)

(И)

ац-1 + а2 (¡2 + = ¿ца^ + а:2/2 + /д)^ 2Ъ &-'<рь, Т^ = 2се-?<Рс - комплексные сопротивления несимметричной

где нагрузки.

В уравнениях (9) выразим иэъ ¡¿¿2, Цэо через используя выражения (7) и (6)

¿э^ + = |э2/2 + = (?2^м2> 1эо1о + Й) = <7(5.^0,

(12)

где

41

±рг

±р1

42 ~ чх2е2ии> чг-

±р 2

чо ~ чг0еаии> чг0

2 г, +г к.суо

2-1+2с го

Определив из уравнений (12) ¡Уд , ¿/3 , и подставив их в уравнения (11), после преобразований получим:

к{ь1 +1а)+ь(1э2 + 2а) + 1о(|эо + 1а) = мм1 (ч! + £2 + £о) 1

+ 1о{%эо + - + ££2 + £о) г • (13)

0/1(231 + 1с) + а2ь{1Э2 + Тс) +ь{ьо + (а£г + £2£2 + £о)]

В результате решения системы уравнений (13) получаем следующие выражения для симметричных составляющих системы токов трехфазной несимметричной нагрузки:

Ь =й(£1^ + Т2Й2 + £о1г) , (14)

/0 = П (д^ + + £р^яо) ]

где

n = íluí{a-az)

- Д

zkl = ^>¿a¿b¿.c + ¿_vq {¿32 + ¿3o) ^fl — ^>¿32¿30 + + Zho QÍ32 + ¿эо)

Z20 — ZjjZjj + Z¿ZC + Zj-ZJ,

¿во ~ ¿a + ¿i> + ¿с ¿D 2 = ^ —

Д = azgzh + + ZH2 = ^a + a2^ + aZc Z22 = a^z^zjj + Z¿ZC + azrzf Zh! = Тд + aZfí + a2Zc ^g = — ^Hi^o;

Z| — Z22 ^1^32

(15)

= 3^31^30 + ¿у0 + ¿яо(ьг + ¿эо) Йо — ^¿31^32 + + ¿но Щи + ¿32)

= ^ — ¿н = 2уг — ^на^эа

Подставив выражения (14) в уравнение (12), определим симметричные составляющие напряжений на зажимах нагрузки:

¡к = П 1э1 (йги + чо%)\

ü2 =п u0 = ñ

42¿£12 ~ ¿32 (ßlz/j + яр¿.f)

4o¿lo ~ ¿зо (j¡h¿m + 42¿n)

(16)

где

¿£12 — ^>¿a¿í)¿.c + 2у0(%э1 + ¿Эо) + Zho^I^o) ¿£10 — ^¿a¿i)¿c + ^ofel ^32) + Zho^31^32J

Симметричные составляющие токов в линии определим с учетом выражений (14) - (16):

lii = ¡1 + zí + ¡£y1 =

= ^ [fei - 2э0 (fc^D + íoZl) + + ¿Äl)]

/л2 = ¡2 + [2 + zc72 =

= " 2эг) (qilc + ioZr) + fcfelk + ZÄ2)]

Lio = lo + Zcro —

[(zcfo _ ¿3o) (¿¡i¿m + fezív) + íofero^o + 4)1

£.СУО

(17)

На основании выражений (14), (16) и (17) определяются коэффициенты обратной и нулевой последовательностей токов в линии при несимметричной системе напряжений источника питания:

—21 1л2

(18)

—01 dil zcy0[(zp1-^1)(q2z¿+q0^+q1(zpizj1+z^1)'¡ '

(19)

Выражения (18), (19) справедливы не только в том случае, когда источником с несимметричной системой напряжений является трансформатор потребительской ТП, но и любой другой пункт питания электрической сети. При этом следует иметь в виду, что сопротивления Т^, в выражениях (8) будут определяться в виде суммы комплексных сопротивлений участка сети от источника с несимметричной системой напряжений до узла нагрузки.

Из выражений (18) - (19) видно, что показатели несимметрии токов зависят от параметров несимметричной и симметричной нагрузок, от параметров сети и ШСУ, а также от коэффициентов обратной и нулевой последовательностей напряжения источника питания.

Литература

1. Косоухов Ф.Д., Наумов H В. Не симметрия напряжений и токов в сельских распределительных сетях. -Иркутск, 2003. - 259 с.

2. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил A.R, Страхов C.B. Основы теории цепей. - М. : Энергоатомиздат, 1982. -528 с.

3. Косоухов Ф.Д., Васильев Н.В., Криштопа Н.Ю. Зависимость потерь мощности от несимметрии токов в силовых трансформаторах от их сопротивления нулевой последовательности. //Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета, - №35. -2014. - С. 319-325.

4. ГОСТ Р 54149 - 2010. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. -М.: Стандартинформ, 2012. - 16 с.

5. Косоухов Ф.Д., Горбунов А.О., Теремецкий М.Ю., Филиппов А.О. Метод расчета показателей несимметрии напряжений и токов в сетях 0,38 кВ.// Известия вузов. Электромеханика. Спецвыпуск. -2008. - С. 156- 159.

6. Косоухов Ф.Д., Петров В.Ф., Теремецкий М.Ю., Криштопа НЮ. Снижение потерь электроэнергии в сельских сетях 0,38 кВ при несимметричной нагрузке. //Техника в сельском хозяйстве. - 2013. -№5- С. 14-17.

УДК 696.6:621 Доктор техн. наук С.А. РАКУТЬКО

(СПбГАУ, sergejl964@yaridex.ru) Канд. техн. наук Е.А. ЛОГАЧЕВА (СГАУ, е1епа.1с£асЬеуа2010@yaridex.ru) Канд. техн. наук ВГ. ЖДАНОВ (СГАУ, jdariov.valery@yaridex.ru)

АЛГОРИТМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ОБСЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭНЕРГОАУДИТА ОРГАНИЗАЦИЙ

Энергосбережение, энергоемкость, обучение энергосбережению, энергоаудит, инструментальные обследования

Современный этап развития общества характеризуется острым дефицитом энергоносителей. Несмотря на начало освоения сланцевых месторождений газа и нефти некоторыми странами, эпоха углеводородов подходит к концу. Энергетический кризис мирового масштаба заставляет общество изменить подходы к традиционно сложившемуся энергопотреблению.

Россия, обладая третью мировых запасов газа, десятой частью нефти, пятой частью угля, является уникальной страной. Разрабатываются новые месторождения и маршруты транспортировки сырья к потребителям, увеличивается добыча ресурсов, однако при этом тарифы на энергоносители для населения неуклонно растут. В перспективе следует ожидать выравнивания внутрироссийских и мировых цен.

Причин сложившейся ситуации множество. Наряду с политикой и экономикой следует назвать современное состояние топливно-энергетического комплекса страны. Такой важнейший показатель, как энергоемкость валового продукта, по сравнению с промышленно развитыми странами, в нашей стране в 2 -3 раза выше. Это значит, что на единицу потребительских услуг в России расходуется соответственно больше энергии. Доля энергозатрат в себестоимости продукции и услуг составляет в среднем в промышленности - 18%, в сельском хозяйстве -11%, на транспорте -