Определение показателей качества электрической энергии в распределительных сетях фермерских и пригородных хозяйств

Введение. Современное развитие РФ, которое характеризует увеличение мощности нагрузок на предприятиях, рост коммунальнобытовых нагрузок, ведет за собой ухудшение качества электрической энергии (ЭЭ) в системах электроснабжения и, как следствие, снижение эффективности работы и сокращения срока службы систем электроснабжения и ее электроприемников. Нерациональное распределение большого количества несимметричных и нелинейных потребителей вызывает ухудшение качества электрической энергии и создает несим-метрию напряжений в сети и на зажимах оборудования. Увеличение несимметрии ведет к увеличению потерь в энергетическом оборудовании при передаче и потреблении электрической энергии, а также к сокращению срока службы оборудования. Результаты исследования показателей качества электрической энергии (ПКЭЭ) и компенсации несимметрии, а также определение наиболее эффективных методов ее снижения является весьма актуальной задачей в электроэнергетике.

Показатели качества ЭЭ в электросетях пригородных и фермерских хозяйств 0.38 кВ снижаются при эксплуатации однофазных потребителей электроэнергии, имеющих различные показатели по токам и напряжениям. Несиммет-рия токов и напряжений в электросетях (ЭС) создается при подключении потребителей к одной или двум фазам трехфазной сети и появляется в ее фазах под воздействием неравномерного распределения нагрузок только в 3фазной сети. Ухудшение состояния и режимов работы ЭС выражается ухудшением показателей качества ЭЭ за счет появления токов и напряжений обратной К 2U и нулевой К 0U последовательностей, которые могут привести к дополнительным потерям в элементах ЭС, сокращению срока службы электрооборудования, снижению экономических показателей его работы, возникновению тормозного электромагнитного момента, дополнительному нагреву активных частей машины и т. п. [1].

Цель исследования: определение ПКЭЭ и выбор наиболее положительного варианта симметрирования режимов работы ЭС 0.38 кВ в зависимости от характера нагрузки и коэффициентов несимметрии.

Задачи исследования : определение коэффициентов прямой и обратной последовательностей токов и напряжений, обоснование экономически выгодного технического решения для увеличения качества ЭЭ в ЭС пригородных и фермерских территорий.

Материалы и оборудование . На территориях фермерских и пригородных хозяйств Восточной Сибири в основном эксплуатируются ЭС 0.38 кВ, которые характеризуются наличием бытовой и производственной нагрузок. Практика показывает, что протяженность отдельных линий производственных нагрузок обычно составляет до 500 м. Специфика исследуемых ЭС говорит о том, что некоторые из них имеют только производственную электрическую нагрузку, а некоторые – бытовую или коммунальную нагрузки.

Среднее расстояние между источниками питания – трансформаторными подстанциями (ТП) – достигает 2…2.5 км, а для одиночной цепи – 1…1.5 км. Обычно все линии ЭС рассматриваемых участков разветвлены в конце головного участка, протяженность ответвлений которого достигает от 500 до 550 м, а головного – не менее 200 м. Помимо этого, линии имеют 3-4-5проводные ответвления. К одной линии в среднем подключается от 30 до 35 различных однофазных потребителей.

Нами были проведены испытания шунтосимметрирующих устройств при их установке в РС, произведено их математическое моделирование на экспериментальных физических моду- лях при различных подключениях в ЭС. В качестве объектов исследования были использованы ЭС Иркутскпромстроя, Управления малой механизации (УММ), Иркутского, Черемховского и других районов Восточной Сибири. При проведении исследований были учтены: схемы соединения обмоток, мощности трансформаторов; характеристика электроприемников, которые получают электрическую энергию от данных подстанций, их количество. Были осуществлены замеры фазных токов IА, IВ, IС; нулевого тока IN и тока между фазами В и С Iвс; напряжений между фазой и нулем UА, UВ, UС и напряжений между фазами UАВ, UВС, UАС [2]. Эксперименты проводились как при использовании шунто-симметрирующего устройства (ШСУ), так и без него.

На основе результатов измерения были построены временные диаграммы фазных и меж-дуфазных токов без использования шунтосимметрирующего устройства (рис. 1). Анализ графиков показывает, что фаза В нагружена менее, чем фаза А , за счет чего величина несимметрии резко возрастает и меняется в больших пределах.

I,A 22.5

20.0

17.5

15.0

12.5

10.0

I А                 I В             I С

In             ^IАВВВВc

Рис. 1. Временные диаграммы фазных и междуфазных токов

На рисунке 2 представлены графики напряжений между фазами. Наименьшее отклонение действительного напряжения от номинального (380 В) имело место при измерении напряжений между фазами В и С. Минимальное значение 370 В было зафиксировано между фа- зами В и С, между фазами А и В 386 В – максимальное значение. Числовые значения линейных (межфазных) напряжений отличаются друг от друга, что подчеркивает наличие несим-метрии.

U, B.

CD CD

CD CO

66 66

368 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I M I I H I I I H I I I H I I I

U АВ           U ВС           U СА

Рис. 2. Временные диаграммы междуфазных напряжений

Графики, представленные на рисунке 3, характеризуют изменение фазных напряжений. Напряжение фазы А на 25 В меньше напряжений в фазах С и В .

U, B.

U А           U В           Uc

Рис. 3. Временные диаграммы фазных напряжений

С целью снижения несимметрии в исследуемых ЭС было предложено использовать шунтосимметрирующее устройство. После установки ШСУ и проведения предложенных мероприятий для уменьшения статической несимметрии авторами статьи были выполнены повторные измерения.

Учитывая результаты полученных измерений, были определены показатели качества электрической энергии – коэффициенты несим-метрии нулевой и обратной последовательностей напряжения для различных режимов исследуемых ЭС: а) без ШСУ; б) ШСУ включено в узле нагрузки; в) при перераспределении нагрузки по фазам.

Временные диаграммы коэффициентов обратной и нулевой последовательностей напряжения показывают, что максимальное значение коэффициента К в исследуемой ЭС без ШСУ составило 5,35 %, математическое ожидание – М(К2U) 3,86 %; для коэффициента K соответственно – 12,07 % и М( К0U) – 9,02 % ( рис. 4, 5.). ШСУ включено в узле нагрузки. Математическое ожидание коэффициента К2U повышается на 0,32 % по сравнению с К2U, полученного при перераспределенной по фазам нагрузке. Значение математического ожидания для коэффициента К0U уменьшается до 2,67 %, что на 6,35 % меньше для режима работы ЭС без ШСУ деления электрической нагрузки по фазам. Работы, проведенные с целью перераспределения по фазам электрической нагрузки, снижают рассматриваемые показатели качества ЭЭ на 20 % от исходного варианта. Математическое ожидание для коэффициента K2U составило 2,45 %; для коэффициента K0U – 6,3 %. Результаты анализа изменения показателей несимметрии напряжения при математическом моделировании для всех исследуемых режимов приведены в таблице.

ЙМММЫвМй K2U         К2U пер

К2U с СУ

Рис. 4. Временные диаграммы коэффициентов обратной последовательности напряжений К

Рис. 5. Временные диаграммы коэффициентов нулевой последовательности напряжений K

Результаты анализа коэффициентов несимметрии напряжения в сети 0.38 кВ

Коэффициент несим-метрии	Режим работы	Математическое ожидание	Дисперсия	Ассиммет-рия	Максималь-ное значение	Минимальное значение	Амплитуда
К 2U	Без ШСУ	3.86	0.66	-1.2	5.35	2.01	3.34
	При пере-распределении нагрузки	2.44	0.36	-0.18	3.84	0.6	3.24
	С ШСУ	2.77	0.54	0.32	4.35	0.78	3.57
К 0U	Без ШСУ	9.02	2.68	-0.2	12.6	5.32	7.27
	При пере-распределении нагрузки	6.3	1.8	-0.7	8.37	2.95	5.42
	С ШСУ	2.67	0.66	-0.4	4.2	0.9	3.3

Выводы . Установлено, что проведенные исследования в ЭС 0.38 кВ фермерских и пригородных хозяйств подтвердили результаты теоретических и лабораторных исследований в целесообразности применения ШСУ.