Электрическая сеть 0,38 кВ с трехфазными нагрузками и конденсаторным шунто-симметрирующим устройством

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 621.31                                          

Keyword: asymmetry, electrical energy, power, load, ratio, tire, current, shunto-symmetrical device, technical means.

Предметом исследования является несимметрия токов в фазах сети 0,38 кВ, приводящая к увеличению потерь электрической энергии, а также не симметрирующее устройство, или средства снижения этих потерь.

• 1)    проведен анализ существующих способов и технических средств снижения потерь электрической энергии в сетях 0,38 кВ;

• 2)    на основе проведенного анализа этих средств и способов создана классификация ТС для снижения потерь электрической энергии;

• 3)    разработана методика расчета потерь мощности и показателей не симметрии токов и напряжений в сети 0,38 кВ с сосредоточенной нагрузкой и симметрирующим устройством.

Разработан методика расчета потерь мощности и показателей токов и напряжений в сети 0,38 кВ. обусловлен целесообразность применения шунто-симметрирующих устройств как наиболее эффективных технических средств снижения потерь электрической энергии, обусловленных несимметрией токов. Различие между коэффициентами несимметрии напряжений при наличии и отсутствии трехфазной симметричной нагрузки составляет 30 и более процентов. Коэффициенты неуравновешенности напряжений с изменением трехфазной симметричной нагрузки практически не изменяется. Токи прямой последовательности могут создавать дополнительные потери мощности и электрической энергии в самом устройстве, что значительно снижает экономическую целесообразность использования шунтосимметрирующих устройств в течение всего времени суток. Возникает проблема автоматизации таких устройств его работы только в заданном временном или нагрузочном интервале. Применяемые средства симметрирования должны соответствовать определенным требованиям.

Целью работы является подтверждения зависимостей, в котором был произведен теоретический эксперимент по программе «Несимметрия – 2». Исследование проводилось при постоянной трехфазной несимметричной нагрузке. Трехфазная симметричная нагрузка включалась в пределах от 0 до 0,9. По результатам расчетов построен график зависимости коэффициентов не симметрии £_ин и неуравновешенности К_ин напряжений в узле нагрузок от мощности трехфазной симметричной нагрузки. Как видно из графика с увеличением P_s от 0 до 0,9 происходит снижение коэффициента несимметрий напряжений.

Материалы и методы исследования

Методами исследования является несимметрия токов в фазах сети 0,38 кВ приводящая к увеличению потерь электрической энергии, а также несимметрирующее устройство или средства снижения потерь. ШСУ который является материалом, подключается к сети и к самому устройству. Данное устройство замыкают на себя (шунтируют) токи нулевой последовательности и почти не пропускают их на другие участки линии 0,38 кВ.

На Рисунке 1 представлены графики изменения коэффициентов несимметрии г ^_л и неуравновешенности К ^_л токов в линии 0,38 кВ от изменения мощности несимметричной нагрузки. В этом случае трехфазная симметричная нагрузка изменяется в соответствии с табл.3.3. Как видно из графика (Рисунок 1), при отсутствии в сети несимметричной нагрузки, то есть при Р_н = 0 коэффициенты £ ^_л и К ^_л имеют нулевые значения.

С ростом несимметричной нагрузки коэффициенты г ^_л и К ^_л такие увеличиваются и достигают своего максимума в точке максимальной не симметрии, то есть при Р н = 1,0. Наибольшие значения коэффициенты не симметрии и неуравновешенности токов составляют: при отсутствии КШСУ г ^_л = 4,4 %, К ^_л = 34,7 %; при включенных КШСУ на шинах трансформатора £ ^_л = 47,3 %, К ^_л = 42,5 %; при включении КШСУ в узле нагрузок e_u = 54,2% и К _iл = 20,3%.

Следует отметить, что включение КШСУ на шинах трансформатора приводит к увеличению коэффициентов несимметрии и неуравновешенности токов, по сравнению с этими же показателями при отсутствии КШСУ. Так, например, при максимальной мощности несимметричной нагрузки, то есть при Р н =1,0 коэффициенты £ ^_л и К ^_л увеличивается соответственно в 1,37 и 1,23 раза. Вместе с тем, при включении КШСУ в узле нагрузок наблюдается увеличение нагрузок Е (максимально в 1,2 раза), однако коэффициент К значительно уменьшается (в 1,71 раза в течение Р н =1,0), то сравнение с режимом работы линии, когда ШСУ отключено.

при отсутствии КШСУ;

КШСУ включено в узле нагрузок;

КШСУ включено на шинах трансформатора

Рисунок 1. Зависимости коэффициентов несимметрии г ^ _л и не уравновешенности К ^ _л токов линии 0,38 кВ от мощности и трехфазной несимметричной нагрузкой при наличии в узле трехфазной симметричной нагрузки:

При отсутствии в узле нагрузок трехфазной симметричной нагрузки, то есть при P_s = 0 коэффициенты г ^_л и К ^_л убивают как при отсутствии КШСУ, так и при заключении его на шинах трансформатора (Рисунок 2). При включении КШСУ в узле нагрузок в диапазоне изменения мощности несимметричной нагрузки от 0,1 до 0,5 происходит увеличения коэффициентов г ^ _л и К ^_л соответственно от 21,5% и 8,7% и 22,5%. С дальнейшим ростом Р н от 0,5 до 1,0 наблюдается уменьшение г ^л и К ^_л соответственно до 54% до 30,3%.

Симметрирующий эффект, который оказывает трехфазная симметричная нагрузка, можно отчетливо увидеть, сравнивая графики (Рисунок 1, 2). Например, для точки Р н =0,5 коэффициенты г ^_л и К ^_л соответственно увеличивается при отключении трехфазной симметричной нагрузки: в случае отсутствия КШСУ — г ^л в 2,58 раза, К [ _л в 2,05 раза; при включении КШСУ на шинах трансформатора — г ^л в 2,55, К ^_л в 2,0 раза; при включении КШСУ в узле нагрузки -£ [ _л в 2,42, К ^_л в 1,67 раза.

при отсутствии КШСУ;

КШСУ включено в узле нагрузок;

КШСУ включено на шинах трансформатора

Рисунок 2. Зависимости коэффициентов несимметрии £ ; _л и не уравновешенности K i _n токов линии 0,38 кВ от мощности и трехфазной не симметричной нагрузкой при наличии в узле трехфазной симметричной нагрузки

Таким образом, включение шунто-симметрирующего устройства в сеть 0,38 кВ приводит к незначительному увеличению коэффициента несимметрии токов (независимо от места включения КШСУ), к увеличению коэффициента неуравновешенности токов ( при включении КШСУ на шинах трансформатора) и к значительному снижению коэффициента К при включении КШСУ в узле нагрузок. Кроме того, наличие в узле нагрузок трехфазной симметричной нагрузки также улучшает показатели несимметрии токов в лини 0,38 кВ.

На Рисунке 3 и 4 представлены графики зависимостей коэффициентов не симметрии Е_ин и неуравновешенности К_ин напряжений в узле нагрузок от мощности трехфазной несимметричной нагрузки, соответственно, при наличии и отсутствии в узле трехфазной симметричной нагрузки. Как видно из этих графиков при отсутствии несимметричной нагрузки, то есть при Р_н =0, коэффициенты не симметрии и неуравновешенности напряжений имеют нулевые значения.

при отсутствии КШСУ;

КШСУ включено в узле нагрузок;

КШСУ включено на шинах трансформатора

Рисунок 3. Зависимость коэффициентов несимметрии К _ин напряжений в узле нагрузок от мощности трехфазной несимметричной нагрузки при отсутствии трехфазное симметричной нагрузки:

При изменении трехфазной симметричной нагрузки будут изменяться эквивалентной проводимости У _Э1 и У _Э2 . В соответствии с выражением величины Y 2 и Y²_Fl могут изменяться только за счет изменения при соответствии изменения трехфазной симметричной нагрузки. Так как входит как в числитель, так и в заменитель выражения, то любое изменение трехфазной симметричной нагрузки изменяет и соответствующее изменение и числителя и знаменателя одновременно, а самовыражение остается без изменения, то есть трехфазная симметричная нагрузка не влияет на величину коэффициента неуравновешенности напряжения на зажимах нагрузки.

при отсутствии КШСУ;

КШСУ включено в узле нагрузок;

КШСУ включено на шинах трансформатора

Рисунок 4. Зависимость коэффициентов несимметрии г _ин и не уравновешенности К _ин напряжений в узле нагрузок от мощности трехфазной не симметричной нагрузки при отсутствии трехфазной симметричной нагрузки

На Рисунке 6 представлен график изменения показателей не симметрии напряжений на шинах 0,4 кВ трансформатора 10/0,4 кВ от мощности трехфазной несимметричной нагрузки при наличии в узле трехфазной симметричной нагрузки. При изменении несимметричной нагрузки от 0 до 1,0 коэффициенты U и K увеличиваются от нулевых до максимальных значений при Р_н = 1,0. В этой точке показателя несимметрии напряжений. Следовательно, максимальное снижение коэффициента увеличения потерь мощности, а, следовательно и дополнительных потерь мощности и электрической энергии, возможно при включении шунто-симметрирующего устройства в узле нагрузок.

На Рисунке 8 представлены зависимости коэффициента увеличения потерь мощности К р от мощности несимметричной нагрузки. Как видно из данного графика, при наличии в сети трехфазной симметричной нагрузки, в случае, когда Р н = 0, коэффициент К_р для всех расчетов режимов работы КШСУ едины. По мере увеличения трехфазной несимметричной нагрузки от 0 до 1,0 происходит увеличение коэффициента К р . Для случая, когда ШСУ отключено, небольшое значение коэффициента К_р в точке Р н = 1,0 составляет 1,677. При включении КШСУ на шины трансформатора К р увеличивается и при Р н = 1,0 он равен

1,9463. При включении КШСУ в узле нагрузок, по сравнению с первым случаем, то есть когда КШСУ отсутствует, К р увеличивается медленнее по мере возрастания мощности несимметричной нагрузки и в точке, соответствующей Р _н = 1,0 К р достигает значения 1,4583, то есть в 1,15 раза меньше по сравнению с коэффициентом К р при отключении КШСУ.

Рисунок 5. График зависимости коэффициентов не симметрии е _ин и не уравновешенности К _ин напряжений в узле нагрузок от мощности трехфазной симметричной нагрузки: 1 - Р _н = 0,3; 2 - Р н = 0,6

Рассмотрим, как изменяется коэффициент увеличения потерь мощности при отключении трехфазной симметричной нагрузки. Как видно из графика (Рисунок 7), при Рн = 1,0 значение Кр для случаев отсутствия ШСУ и включения его на шины трансформатора меняет максимальное значение, составляющее соответственно 2,4324 и 2,5039. С увеличением мощности не симметричной нагрузки от 0,1 до 1,0 Кр уменьшается и составляет при Рн = 1,0: при отсутствии ШСУ - 1,67; при включении ШСУ на шины трансформатора 1,9463. В случае включения ШСУ в узле нагрузок при Рн = 1,0 коэффициент Кр имеет максимальное значение, равное 1,0766. В диапазоне изменения Рн от 0,1 до 0,5 происходит увеличение Кр до значения, равного 1,5368, а затем, с дальнейшим ростом несимметричной нагрузки, Кр уменьшается и в точке, соответствующей Рн = 1,0 достигает значения, равного 1,4563.

при отсутствии КШСУ;

КШСУ включено в узле нагрузок;

КШСУ включено на шинах трансформатора

Рисунок 6. Зависимость коэффициентов несимметрии г _ит и неуравновешенности К _ит на шинах 0,4 кВ трансформаторе 10/0,4 кВ от мощности трехфазной несимметричной нагрузки при наличии в узле трехфазной симметричной нагрузки

при отсутствии КШСУ;

КШСУ включено в узле нагрузок;

КШСУ включено на шинах трансформатора

Рисунок 7. Зависимость коэффициента увеличения потерь мощности сети 0,38 кВ от мощности трехфазной несимметричной нагрузки

Таким образом, включение в сеть ШСУ приводит к следующему изменению коэффициента потерь мощности по сравнению с сетью без ШСУ при изменении мощности несимметричной нагрузки в диапазоне от 0,1 до 1,0 и P_s : при включении ШСУ на шины трансформатора К р увеличивается в 1,03^1,16 раза; при включении ШСУ в узел нагрузки К р уменьшается в 2,26…1,35 раза.

По результатам расчетов построены зависимости показателей и несимметрией токов и напряжений и коэффициента потерь мощности сети 0,38 кВ от мощности несимметричной нагрузки.

Выводы

Разработана программа расчета дополнительных потерь мощности и показателей несимметрии токов и напряжений в сети 0,38 кВ с симметрирующим устройством.

В результате анализа потерь мощности и показателей несимметрии токов и напряжений в сети 0,38 кВ установлено:

• -снижение потерь мощности, обусловленных несимметрией токов, достигается применением шунто-симметрирующих устройств, имеющих малое сопротивление нулевой последовательности;

• -включение ШСУ на шинах трансформатора потребительской ТП несколько снижает коэффициент неуравновешенности напряжений в узле нагрузок, но вместе с тем приводит к увеличению потерь мощности, обусловленных не симметрией токов, за счет увеличения токов нулевой последовательности в линии 0,38 кВ;