Компенсатор третьей гармоники тока нейтрали сети 0,38 кВ

В настоящее время в сельских электрических сетях 0,38 кВ, питающих населенные пункты, наблюдается рост нелинейных потребителей мощности, подключенных к трехфазным сетям по однофазной схеме.

Проведенные экспериментальные исследования [1] свидетельствуют о существенной загрузке нейтрали сети 0,38 кВ токами высших гармоник, особенно кратных трем.

Высшие гармоники в токе нейтрали сети нежелательны по ряду причин: из-за появления дополнительных потерь энергии в электрической сети и силовом трансформаторе; ухудшения электромагнитной обстановки; снижения срока службы изоляции.

Проведено физическое моделирование разработанного устройства [2], позволяющего за счет компенсации третьей гармоники тока нейтрали сети 0,38 кВ повысить энергоэффективность электропередачи.

Разработанный компенсатор третьей гармоники тока нейтрали приведен на рисунке 1, а на рисунке 2 показаны диаграммы составляющих напряжений и токов, поясняющие принцип его работы.

Компенсатор третьей гармоники тока нейтрали сети выполнен по схеме фильтра тока нулевой последовательности. Содержит включенные в фазные и нулевой проводники измерительные трансформаторы тока ТА1–ТА3 и ТА4, к вторичным обмоткам которых подключены диоды VD1– VD3, своими анодами образующие общую точку и подключенные к четвертому трансформатору тока по схеме рисунка 1. Для исключения разрыва вторичных цепей трансформаторов тока предусмотрены диоды VD4–VD6.

Компенсатор третьей гармоники тока нейрали электрической сети функционирует следующим образом.

Нелинейные нагрузки вызывают протекание в фазах и нейтрали четырехпроводной сети несинусоидальных токов, среди которых доминирует третья гармоника [1]. Под действием напряжений ULp UL,, UL3 (рис. 2) во вторичных обмотках трансформаторов тока ТА1–ТА3 диоды VD1–VD3 включаются попеременно на время равное 1/3 периода промышленной частоты. Ток проводят те диоды, потенциал анода которых относительно общей точки трансформаторов тока TА1–TА3 оказывается выше, чем у других диодов. Коммутация диодов происходит в моменты времени, соответствующие точкам пересе- чения синусоид фазных напряжений, поэтому кривая выпрямленного напряжения Ud имеет вид огибающей синусоиды фаз- ных напряжений, индуктируемых вторичными обмотками трансформаторов тока (рис. 2).

Рис. 1. Схема включения компенсатора в сеть 0,38 кВ

Рис. 2. Временные диаграммы, поясняющие принцип компенсации третьей гармоники тока нейтрали

На физической модели сети 0,38 кВ были проведены испытания разработанного малозатратного компенсатора. Результаты измерений контролировались при помощи трехфазного счетчика Меркурий 230 АRT-03 и цифрового осциллографа «АСК-4166». Исследовались два случая компенсации третьей гармоники тока нейтрали сети 0,38 кВ: с согласным и встречным включением трансформаторов тока ТА1–ТА4. В качестве нагрузки использовались: в фазе А – лампа ДРЛ мощностью 400 Вт, в фазе В – лампа накаливания

500 Вт, в фазе С – лампа ДРЛ 250 Вт.

Результаты лабораторных исследований форм кривых тока в нулевом проводе in и напряжения uф фазы А показаны на рисунке 3.

Рис. 3. Осциллограммы тока в нулевом проводе относительного напряжения фазы А:

а – до применения компенсатора (I n = 1,14 А);

б – согласное включение ТА1-ТА4 (I n = 0,61 А); в – встречное включение ТА1-ТА4 (I n = 0,68 А)

D Без фильтра    □ Встречное включение ТТ   □Согласное включение

Рис. 4. Амплитудно-частотные характеристики тока в нулевом проводе (нейтрали) сети

Выполненный спектральный анализ тока в нулевом проводе (нейтрали) сети (рис. 4) позволяет сделать следующие выводы:

• 1.    Для повышения энергоэффективности в сети 0,38 кВ, за счет симметрирования и улучшения формы кривой тока нейтрали сети, необходимо вторичные об-

• 2.    Нормализация формы кривой тока нейтрали сети за счет компенсации третьей гармоники позволяет снизить амплитудное значение тока третьей гармоники на 27%, а потери электрической энергии в нейтрали сети снизятся до 47%.

мотки измерительных трансформаторов тока ТА1–ТА3 включать согласно с ТА4.