CC BY
10УДК 62
В.В. Карнаух
РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ УСТРОЙСТВА ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ТОКОВОЙ НАГРУЗКИ В НУЛЕВОМ РАБОЧЕМ ПРОВОДЕ СЕТИ 0,38 КВ
В статье приводится описание и принцип действия устройства для ограничения тока в нулевом рабочем проводе сети напряжением 0,38 кВ, а также данные экспериментальных исследований разработанного устройства на физической модели сети 0,38 кВ при различном характере нагрузок. Применение устройства обеспечивает снижение несинусоидальности и несимметрии тока в трехфазных электрических сетях 0,38 кВ, позволяет улучшить некоторые показатели качества электрической энергии.
Ключевые слова: ток в нулевом рабочем проводнике, нессиметрия, несинусоидальность.
Одна из ключевых проблем современной отечественной электроэнергетики это низкое качество электрической энергии, не соответствующее в полной мере нормативам по ряду показателей. Снижение качества электроэнергии на границах её передачи всё чаще связывают с ежегодным ростом протяженности сельских электрических сетей 0, 38 кВ и увеличения числа электроприемников с нелинейными вольт-амперными характеристиками [1].
Актуальность и важность вопроса борьбы с несимметрией нагрузок и высшими гармониками тока довольно высока и требует создания новых технических средств для достижения необходимого результатах в решении данной проблемы.
На кафедре «ЭЭ и ЭТ» Азово-Черноморского инженерного института разработана полезная модель устройства [2] (рисунок 1), позволяющая повысить энергоэффективность передачи электрической энергии в сельских сетях напряжением 0,38 кВ за счет снижения тока в нулевом рабочем проводе путем уменьшения токов высших гармоник и несимметрии.
Рис. 1. Устройство для уменьшения токовой нагрузки в нулевом рабочем проводе сети 0,38 кВ
© Карнаух В.В., 2019.
Научный руководитель: Юндин Михаил Анатольевич - кандидат технических наук, профессор кафедры «Электроэнергетика и электротехника», Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВО Донской ГАУ в г. Зернограде, Россия.
Устройство представляет собой 1 - замкнутый магнитопровод (рисунок 2а), предназначенный для геометрического суммирования магнитных потоков, создаваемых гармоническими токами нагрузки. На магнитопровод обмотки наносятся таким образом, чтобы ампервитки 3 - одной фазы были в соотношении 2:1 по отношению к авмпервиткам 2 - опережающей и 4 - отстающей фазы и были направлены встречно магнитодвижущей силе первой фазы. Основные требования, которые предъявляются к магнитопроводу это минимальная токовая погрешность и отсутствие искажений преобразования магнитодвижущей силы.
Принцип работы данного устройства следующий. В случае наличия несимметрии высших гармоник во всех фазах от токов кратных трем в магнитопроводе, под действием магнитодвижущей силы фазы Ев (рисунок 2б) будет возбужден соответствующий магнитный поток, вдвое превышающий два других. Под действием магнитодвижущей силы фазы Ед и фазы Ее возбужденные магнитные потоки будут находиться в противофазе к магнитному потоку второй фазы [2].
Выбранные направления обмоток 2, 3, 4 в окне магнитопровода 1 и заявляемые соотношения числа витков обеспечивают электромагнитное уравновешивание магнитных потоков от третьих гармоник и подавление токов соответствующих частот в фазах сети.
Рис. 2. Описание и принцип действия устройства для снижения тока в нулевом рабочем проводе: а) структурная схема устройства для уменьшения токовой нагрузки в нулевом рабочем проводе сети 0,38 кВ; б) векторная диаграмма магнитодвижущих сил.
Было произведено физическое моделирование разработанного устройства, для ограничения тока в нулевом рабочем проводе сети 0,38 кВ.
Схема физической лабораторной установки с подключенным к ней устройством для ограничения тока в нулевом рабочем проводе и измерительными приборами представлена на рисунке 3.
Рис. 3. Схема лабораторной установки с подключенным устройством для ограничения
тока в нулевом рабочем проводе
Для контроля электрических величин, таких как ток, напряжение и мощность, в фазных и нейтральном рабочем проводах модели сети использовался анализатор качества электрической энергии НЮК1 3196. В качестве симметричной нагрузки использовалось три ДРЛ мощностью 250 Вт, а для нессиметричной три ДРЛ 250 и одна лампа накаливания 500 Вт.
Полученные данные при исследовании устройства при нелинейной симметричной и несимметричной нагрузке в сети сведены в таблицу 1, а рассчитанные на основании этих данных показатели качества электрической энергии приведены в таблицах 2-5.
Таблица 1
Значение величины тока при различных режимах нагрузках сети _при отключенном и включенном устройстве_
Величина тока, А Симметричный режим Несимметричный режим
50 Гц 150 Гц 50 Гц 150 Гц
Откл. Вкл. Откл. Вкл. Откл. Вкл. Откл. Вкл.
Провод Ь1 1,733 2,367 0,154 0,131 3,347 3,598 0,079 0,049
Провод Ь2 1,964 1,936 0,143 0,123 2,207 2,227 0,163 0,140
Провод Ь3 2,134 2,895 0,153 0,125 1,991 2,689 0,168 0,145
Нулевой провод N 0,345 0,304 0,443 0,373 1,568 1,465 0,337 0,291
По полученным значениям величины тока были построены лепестковые диаграммы токов в линейных и нулевом рабочем проводах до и после включения устройства при различных режимах нагрузки (рисунок 4).
Гз.А Гз.А
_ Во включения устройства
О) - После Включения устройства £))
Рис. 4. Лепестковые диаграммы токов фазных и нулевого рабочего провода до и после включения устройства при: а) симметричном режиме; б) несимметричном режиме
Таблица 2
Значение коэффициентов 3 гармонической составляющей тока при различных режимах нагрузки
Величина тока, А Симметричный режим Несимметричный режим
Ki(?),% До вкл. Ä}(3),% после вкл. Ki(з),% До вкл. Кi(3),% после вкл.
устройства устройства устройства устройства
Провод Ь1 8,89 5,55 2,36 1,36
Провод Ь2 7,28 6,35 7,39 6,27
Провод Ь3 7,17 4,31 8,44 5,39
Нулевой провод N 128,37 119,72 21,5 19,86
Таблица 3
Значения коэф( шциентов искажения формы кривой тока в модели сети при различных режимах нагрузки
Величина тока, А Симметричный режим Несимметричный режим
к[ до включения, % к[ после включения, % к[ до включения, % к[ после включения, %
Провод Ь1 9,47 6 2,97 2,1
Провод Ь2 7,82 6,95 7,81 6,8
Провод Ь3 7,62 4,71 8,85 5,75
Нулевой провод N 129,25 120,68 21,61 19,96
Таблица 5 Значения коэффициентов несимметрии токов по обратной и нулевой последовательности
Номер гармоники Симметричный режим Несимметричный режим
k2i до вкл.,% ^21 после вкл.,% koi до вкл.,% koi после вкл.,% k2i до вкл.,% к21 после вкл.,% koi до вкл.,% к01 после вкл.,%
1 231,85 164,26 158,49 106,41 133,92 76,99 92,4 25,2
3 95,56 90,21 157,78 88 70,75 192,8 109,4 121,4
Результаты исследований позволяет сделать следующие выводы:
1.При включении устройства происходит снижение тока третьей гармоники в фазных проводах в среднем на 15%.
2.Частично улучшаются показатели качества электрической энергии по несимметрии и несинусоидальности тока.
3.Подключение устройства приводит к снижению токов, как третьей гармоники, так и первой в нулевом рабочем проводе.
4. Устройство вызывает увеличение тока в фазных проводах на основной частоте в среднем на 12%.
5.Методика расчета оптимальных параметров устройства требует уточнения.
Библиографический список
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. RU2399139 Российская Федерация, МПК H 02 J3 / 01. Способ защиты электрической сети от гармоник тока кратных трем/ Юндин М.А., Таранов М.М., Юндин К.М.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Донской ГАУ; заявл. 30.04.2009; опубл. 10.09.2010, Бюл. № 25.
КАРНАУХ ВАДИМ ВЛАДИМИРОВИЧ - магистрант энергетического факультета, Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВО Донской ГАУ в г. Зернограде, Россия.
