CC BY
36
^^мтя^^ИАнашшкюкшюшштвшашшшаэаавшшишшишштаат
УДК 621.311
Снижение потерь электрической энергии
от потребителей с резкопеременным характером нагрузки
Н. С. Бакшаева,
ФГБОУ ВПО «ВятГУ», доцент кафедры «Электроснабжение», кандидат технических наук, доцент В. Г. Басманов,
ФГБОУ ВПО «ВятГУ», заведующий кафедрой «Электроснабжение», кандидат технических наук, доцент Е. А. Калинина,
ФГБОУ ВПО «ВятГУ», старший преподаватель кафедры «Электроснабжение»
A. Н. Ожегов,
ФГБОУ ВПО «ВятГУ», доцент кафедры «Электроснабжение», кандидат технических наук, доцент
B. В. Черепанов,
ФГБОУ ВПО «ВятГУ», профессор кафедры «Электроснабжение», доктор технических наук, профессор
Данная статья посвящена исследованиям влияния резкопеременной нагрузки на параметры качества электроэнергии в точке общего присоединения и величины потерь электрической энергии при её транспортировке и распределении.
Ключевые слова: качество электрической энергии, колебания напряжения, электроприёмник, резкопе-ременная нагрузка.
Практика работы промышленных предприятий во многих случаях обнаруживает недопустимый уровень колебаний и отклонений напряжения у электроприёмников, наносящий существенный ущерб производственному процессу. При этом снижаются надёжность электроснабжения и производительность электрифицированных механизмов, растут потери электрической энергии в сетях и асинхронных двигателях. При значительных колебаниях напряжения могут быть нарушены условия нормальной работы электродвигателей, возможно отпадание контактов магнитных пускателей с соответствующим отключением работающих двигателей.
Источниками колебаний напряжения являются электроприёмники с резкопеременным графиком потребления мощности [1-2]. При резком возрастании нагрузки происходит резкое увеличение потерь напряжения в ветвях сети, питающих эту нагрузку. В результате резко уменьшается напряжение на приёмном узле ветви. При резком уменьшении нагрузки происходит противоположный процесс.
С целью разработки рекомендаций по снижению потерь электрической энергии, возникающих за счёт негативного влияния электроприёмников с резкопе-ременной нагрузкой, были выполнены экспериментальные исследования режимов электропотребления на шинах 0,4 кВ трансформаторных подстанций, питающих лесопильные производства и мостовые краны [1-3].
По результатам проведённых исследований была создана программа [4], которая позволяет на основании расчёта колебаний напряжения:
- делать вывод о допустимости совместного питания коммунально-бытовых потребителей и резкопе-ременной нагрузки [5-6];
- моделировать подключение нового оборудования и анализировать, каким образом изменятся при этом показатели качества электрической энергии;
- определять величину потерь электрической энергии от снижения её качества;
- определять величину снижения колебаний напряжения и снижения потерь электрической энергии за счёт применения продольной емкостной компенсация реактивной мощности.
На рис. 1 в качестве примера представлена вкладка программы «Потери».
Для автоматического снижения колебаний и отклонений напряжения у электроприёмников, а также потерь электрической энергии применяется продольная емкостная компенсация, при которой минимальный уровень напряжения увеличивается без повышения максимального, т. е. снижаются раз-махи изменения напряжения [7-8].
По разработанной программе были проведены расчёты на шинах 0,4 кВ трансформаторных подстанций, питающих лесопильные производства и мостовые краны, и непосредственно у потребителей. Исследовалось влияние колебаний напряжения на осветительные установки рабочего освещения, на
ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / wmv.etidi.ru
№ 6(54) 2013, ноябрь-декабрь
Рис. 1. Программа «Расчёт колебаний напряжения», вкладка «Потери»
коммунально-бытовые потребители, питающиеся от одних шин 0,4 кВ совместно с резкопеременной нагрузкой; на коммунально-бытовые потребители ближайшей подстанции; сам источник колебаний, его электропривод.
Анализ колебаний напряжения проводился согласно методике, изложенной в ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость электротехнических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», поскольку исследуемый параметр качества электрической энергии в нём описан наиболее подробно. Действие ГОСТ 13109-97 продлено до 01.07.2014 года, и в настоящий момент действует как ГОСТ Р 541492010, так и ГОСТ 13109-97. Решение о применении ГОСТ Р 54149-2010 или ГОСТ 13109-97 принимает организация, обеспечивающая поставки электрической энергии.
В качестве исходных данных вводились суммарные сопротивления (активное и индуктивное) до расчётной точки, график нагрузки источника колебаний, время проведения измерений. В случае если колебания напряжения выходят за рамки ГОСТ 13109-97, производится расчёт параметров батарей продольной и поперечной компенсации реактивной мощности.
Для примера ниже приводятся результаты расчётов для крана ККС-10. При работе данного элек-
троприёмника размахи изменения напряжения выходят за рамки требований ГОСТ 13109-97. Для снижения колебаний напряжения рекомендовано применить продольную емкостную компенсацию реактивной мощности. Также рекомендовано установить батарею поперечного включения мощностью 6 кВАр, при этом напряжение на зажимах электроприёмников поднимется в среднем на 3,7 В (или 1 %).
На рис. 2 показан участок графика нагрузки крана ККС-10 и ток, генерируемый батареями поперечного и продольного включения. На рис. 3 приведён график нагрузки крана до и после компенсации реактивной мощности.
А I
1 2 3 4 5 мин
Рис. 2. Индивидуальная компенсация реактивной мощности, кран ККС-10:
1 — активная составляющая полного тока; 2 — реактивная составляющая полного тока;
3 — ток, генерируемый батареей поперечного включения;
4 — ток, генерируемый батареей продольного включения
№ 6(54) 2013, ноябрь-декабрь
redaktor@endf.ru
оАЖиИУш^^июшюийИйжнмиининаиишш^м^ашша
A. 100
80 60 20 10 0
без компенсации с компенсацией
1
2 3
4
5
Рис. 3. Индивидуальная компенсация реактивной мощности, кран ККС-10, график нагрузки крана без компенсации и с индивидуальной компенсацией реактивной мощности
Максимальное значение размахов изменения напряжения при работе крана на данном участке составило 4,34 %, после компенсации реактивной мощности максимальное значение размахов изменения напряжения - 3,51 %.
На рис. 4 приведены гистограммы размахов изменения напряжения при работе крана до компенсации и после индивидуальной компенсации реактивной мощности.
В результате проведённых исследований сделаны следующие выводы.
В системах электроснабжения предприятий работают потребители как со спокойной нагрузкой, так и с резкопеременной. С целью разработки рекомендаций по снижению возможного негативного влияния резко-переменной нагрузки и по снижению потерь электрической энергии при помощи созданной программы произведен расчёт колебаний напряжения на шинах 0,4 кВ трансформаторных подстанций, возникающих при работе характерных потребителей лесопильных цехов
0,30 0,25 0,20' 0,15 0,10 0,05 0
без компенсации с компенсацией
1,53 2,17 2,71
3,25
3,79 4,34 %
Рис. 4. Гистограмма размахов изменения напряжения до компенсации и после индивидуальной компенсации реактивной мощности
и кранов. В результате установлено, что при проведении измерений нормы ГОСТ 13109-97 по размаху изменения напряжения не выполнялись.
Практическое использование разработанной методики выбора продольно-поперечной компенсации реактивных нагрузок, в основу которой положен анализ спектра размахов изменения напряжения, позволяет уменьшить влияние на качество напряжения электроприёмников, работающих с резкопере-менной нагрузкой, а следовательно, улучшить качество напряжения у других потребителей.
Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение 14.В37.21.1504.
t
мин
Литература
1. Бессолицын А. В., Бакшаева Н. С., Вотинцев А. В., Калинина Е. А. Экспериментальные исследования рез-копеременной нагрузки на шинах 0,4 кВ трансформаторной подстанции, питающей источник колебаний и коммунально-бытовые потребители / / Энергобезопасность и энергосбережение. - 2012. - № 6. - С. 40-45.
2. Бессолицын А. В., Бакшаева Н. С., Вотинцев А. В., Калинина Е. А. Влияние силового оборудования на изменение колебаний напряжения в системе электроснабжения / / Перспективы науки. - 2012. - № 11(38).
- С. 109-117.
3. Бакшаева Н. С. Исследование возможности совместного питания коммунально-бытовых потребителей с резкопеременными нагрузками характерных производств лесопильных цехов / / Электрика. - 2012. - № 7.
- С. 4-10.
4. Ожегов А. Н., Бардыш Д. Н. Об алгоритме программы для определения возможности подключения электроприёмника с резкопеременным характером нагрузки к понизительной подстанции / / Международный научно-исследовательский журнал RESEARCH JOURNAL OF INTERNATIONAL STUDIES. - 2013. - № 6-1.
- С. 78-79.
5. Бакшаева Н. С. Исследование колебаний напряжения на различных уровнях систем электроснабжения, создаваемых при работе резкопеременных нагрузок лесоперерабатывающего производства / / Электрика. -2012. - № 8. - С. 17-21.
6. Бакшаева Н. С. Разработка методики оценки характера колебаний напряжения на различных уровнях систем электроснабжения / / Международный научно-исследовательский журнал RESEARCH JOURNAL OF INTERNATIONAL STUDIES. - 2013. - № 6-1. - С. 35-36.
ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / wmv.endi.ru
№ 6(54) 2013, ноябрь-декабрь
7. Басманов В. Г., Порошин Д. А. Разработка оптимальной системы управления генерацией и потреблением реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий с целью снижения потерь электроэнергии при транспортировке, распределении и потреблении / / Энергобезопасность и энергосбережение. - 2013. - № 1. - С. 19-22.
8. Черепанов В. В., Басманов В. Г. О необходимости создания регуляторов реактивной мощности с использованием прогнозирования / / Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2006. -№ 11-12. - С. 38-40.
Reduction of electric energy losses, arising by negative impact of variable power-consuming load
N. S. Bakshaeva,
FGEIHPE "VyatSU", lecturer of "Electricity supply" department, PhD
V. G. Basmanov,
FGEI HPE "VyatSU", Head of "Electricity supply" department, PhD
E. A. Kalinina,
FGEI HPE "VyatSU", senior lecturer of "Electricity supply" department
A. N. Ozhegov,
FGEI HPE "VyatSU", Associate Professor of "Electricity supply" department, PhD
V. V. Cherepanov,
FGEI HPE "VyatSU", Professor of "Electricity supply" department, D.T.S.
The paper is dedicated to research of variable loads impact on parameters of electric power quality in a point of merge and on electric losses during energy supply and distribution.
Keywords: quality of electric power, voltage fluctuations, power-consuming equipment, variable load.
№ 6554) 2013, ноябрь-декабрь
redaktor@endi.ru
