Научный журнал

Успехи современного естествознания

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Дед А.В. 1 Бирюков С.В. 1 Паршукова А.В. 1

---

1 ФГОУ ВПО «Омский государственный технический университет»

Представлены итоги исследований режимов работы распределительной сети 0,38 кВ при несимметричном характере нагрузки. По данным измерений и результата расчетов проведена оценка величины дополнительных потерь мощности вызванных неравномерностью загрузки фаз. Определено, что при увеличении коэффициента неравномерности токов фаз потери мощности увеличиваются.

Статья в формате PDF

3664 KB

качество электрической энергии

несимметричная нагрузка

потери мощности

1. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М.: ФГУП «Стандартинформ», 2013. – 10 с.

2. Дед А.В. Дополнительные потери мощности в электрических сетях при несимметричной нагрузке / А. В. Дед [и др.] // Омский научный вестник. –2013. – №1 (117). – С. 157–158.

3. Дед А.В. Основные методы определения потерь электроэнергии при несимметричных режимах работы электроприемников / А.В. Дед, М.Ю. Денисенко, Е.С. Сухов // Международный научно-исследовательский журнал. – Екатеринбург, 2012, – № 6-1. – С. 46–48.

4. Дед А.В. Экспериментальное исследование влияния несимметричной нагрузки на систему электроснабжения /А.В. Дед, Е. Н. Еремин // Омский научный вестник. – 2009. – №1(77). – С. 133–138.

5. Долингер С.Ю. Оценка дополнительных потерь мощности от снижения качества электрической энергии в элементах систем электроснабжения / C.Ю. Долингер, А.Г. Лютаревич, В.Н. Горюнов и др. // Омский научный вестник. –2013. -№ 2 (120). – C. 178–183.

6. Карташев И.И. Управление качеством электроэнергии. / И. И. Карташев, Н. В. Тульский, Р.Г. Шамонов и др. под ред. Шарова Ю. В. – М.: МЭИ, 2006. –320 с.

7. Шидловский А.Н. Повышение качества энергии в электрических сетях. / А.Н. Шидловский, В.Г. Кузнецов – К.: Наукова думка, 1985. – 268 с.

В современных условиях развития экономики, при росте во всех сферах деятельности человека – в промышленности, на транспорте, в быту, установленных мощностей электроприемников искажающих параметры электрической энергии, ухудшение качества электрической энергии приводит к увеличению дополнительных потерь активной мощности и как следствие к снижению эффективности работы, как самих систем электроснабжения, так и потребителей, подключенных к ним. При этом большая часть дополнительных потерь мощности обусловлена наличием несимметричных режимов работы электрической системы, вызванных в свою очередь неравномерностью распределения нагрузок по фазам, снижением (увеличением) нагрузок трехфазных потребителей, вероятностным характером коммутации однофазных нагрузок.

Так несимметрия токов (напряжений) приводит к увеличению потерь мощности электроэнергии во всех элементах электрической сети, что обусловлено протеканием токов обратной и нулевой последовательностей [5].

При снижении качества электрической энергии ухудшаются условия работы силовых трансформаторов, конденсаторных батарей, освещения и другого электрооборудования. Например, при величине коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности K_2U = 2 % добавочные потери в обмотках асинхронных двигателей ΔPДОБ составляют 8 % основных потерь прямой последовательности ΔPОСН, а при K_2U = 5 % DPДОБ равны половине ΔPОСН [7]. При несимметрии напряжений K_2U = 2 %, срок службы асинхронных двигателей ввиду дополнительных потерь активной мощности сокращается на 10,8 %, синхронных – на 16,2 %, трансформаторов – на 4 %, конденсаторов – на 20 % [6].

Большинство электрических сетей 0,4 кВ, которые составляют около 40 % от суммарной протяженности всех сетей России, выполнены в четырехпроводном исполнении (три фазы и ноль). Именно эти сети являются замыкающим звеном в процессе передачи и распределения электрической энергии от генерирующих станций к конечным потребителям. От надежности их работы зависит качество, надежность и безубыточность электроснабжения потребителей. Поэтому для оценки эффективности передачи и распределения электрической энергии, при отклонении показателей качества электрической энергии от нормативных значений, необходимо учитывать и дополнительные потери возникающие в распределительных сетях 0,4 кВ.

Увеличение потерь мощности в сети 0,4 кВ при неравномерной загрузке фаз можно учесть коэффициентом дополнительных потерь [5]:

(1)

где R_HT, R_Ф, – сопротивления нейтрального и фазного проводов;

– коэффициент неравномерности;

I_A, I_B, I_C – измеренные токи фаз.

На рис. 1 приведена зависимость коэффициента дополнительных потерь мощности в электрических сетях 0,4 кВ от коэффициента неравномерности нагрузки фаз линии, из которой видно, что при увеличении коэффициента неравномерности токов фаз потери мощности увеличиваются.

Вследствие вышесказанного, подтверждается необходимость исследования режимов работы электрических сетей с целью выявления и подтверждения закономерностей влияния несимметричной нагрузки на изменение соответствующих норм качества электрической энергии в электросетях общего назначения.

С этой целью испытательной лабораторией по качеству электрической энергии ОмГТУ, были проведены неоднократные экспериментальные исследования уровней несимметрии токов и напряжений в действующих распределительных сетях 0,4 кВ [2, 3, 4].

Рис. 1. Зависимость коэффициента дополнительных потерь мощности в электрических сетях 0,4 кВ от коэффициента неравномерности нагрузки фаз линии: 1) – четырехпроводная с нейтральным проводом и R_НТ= 2R_Ф; 2) – четырехпроводная с нейтральным проводом и R_НТ= RФ;

В качестве примера рассмотрим один из исследуемых участков распределительной сети 0,4 кВ, с линиями различной протяженности, отходящих от трансформаторной подстанции 10/0.4кВ мощностью 630 кВА и питающих как производственную, так и коммунально-бытовую нагрузку.

Измерения проводились с помощью сертифицированного измерительно-вычислительного комплекса «Омск-М», фиксирующим изменяющиеся величины в соответствии с требованиями действующего на момент измерений стандарта ГОСТ 13109-97.

По результатам измерений были получены временные диаграммы изменения напряжений, токов, мощностей, показателей уровня коэффициентов обратной и нулевой последовательностей несимметрии напряжений в исследуемой электрической сети, произведен расчет дополнительных потерь энергии в элементах питающий сети.

Как видно из диаграмм, коэффициенты обратной K_2U и нулевой K_0U последовательностей напряжения, лежат в пределах, установленных для данных показателей стандартом. Соответственно электроприемники, подключенные как нагрузка к обследуемой линии, не создают и не вносят искажений качества электрической энергии по вышеуказанным коэффициентам.

В тоже время коэффициент дополнительных потерь мощности К_Дi за выбранные сутки измерений имеет среднее значение равное 1,14, то есть потери мощности с учетом несимметрии превышают потери мощности, обусловленные протеканием только токов прямой последовательности в среднем на 14 %.

Рис. 2. Временные диаграммы изменения коэффициентов обратной K_2U и нулевой K_0U последовательностей напряжений и токов фаз А,В,С

Рис. 3. Временная диаграмма изменения коэффициента потерь мощности в линии 0,4 кВ

Максимальное значение коэффициента дополнительных потерь мощности К_Дi = 2,27 достигается при коэффициенте неравномерности N² = 1,509 в момент превышения тока самой загруженной фазы по отношению к остальным двум менее загруженным в 3,7 и 4,4 раза соответственно. Аналогичная ситуация наблюдается и в остальных линиях исследуемой распределительной сети 0,4 кВ.

Таким образом, было установлено, что несимметрия может вызывать существенное увеличение потерь активной мощности, что является не приемлемым по отношению к качеству электрической энергии. Стоить обратить внимание на тот факт, что данные потери могут быть малы в относительных значениях, но большими в абсолютных величинах.

Для улучшения качества электрической энергии необходим выбор и реализация соответствующих мероприятий по оптимизации режимов потребления, которые можно осуществить на основании данных анализа показателей качества электрической энергии.

Снижение несимметрии может быть достигнуто следующими способами:

• выделением потребителей с несимметричным характером нагрузки на отдельные трансформаторы;
• перераспределением однофазных нагрузок между фазами;
• применением комбинированных технических средств для симметрирования нагрузок.

Ухудшение качества электроэнергии происходит по вине как энергоснабжающих организаций (отклонение напряжений), так и самих потребителей (коэффициенты несинусоидальности, обратной и нулевой последовательности). Причем последние должны быть в большей степени заинтересованы в обеспечении качества электрической энергии. Участникам процесса передачи и потребления электрической энергии необходимо учитывать, что экономические показатели работы электрооборудования, безопасность и бесперебойность электроснабжения, а также количество и качество выпускаемой продукции существенно зависят от качества электроэнергии передаваемой в распределительных сетях.

С июля 2014 года в Российской федерации вступил в действие новый государственный стандарт, определяющий нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения – ГОСТ 32144-2013. С этого момента, данный стандарт становится основным нормативным документом, требованиям которого должна соответствовать электрическая энергия передаваемая потребителям.

Основным отличием ГОСТ 32144-2013 от раннее действующего нормативного документа является требование о соблюдении показателей и норм качества электрической энергии в точках её передачи пользователям сетей низкого, среднего и высокого напряжения систем электроснабжения общего назначения переменного тока частотой 50 Гц.

Дополнительно в отношении конечных электроприемников ГОСТ 32144-2013 указывает, что «в электрической сети потребителя должны быть обеспечены условия, при которых отклонения напряжения питания на зажимах электроприемников не превышают установленных для них допустимых значений при выполнении требований настоящего стандарта к КЭ в точке передачи электрической энергии» [1].

Таким образом, с введением ГОСТ 32144-2013 вопрос о поддержании качества электрической энергии, в условиях нынешнего состояния энергосистем, окончательно стал актуальным не только для энергоснабжающих организаций, но также и для потребителей.

Библиографическая ссылка