ПОТЕРИ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ЭЛЕМЕНТАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ С НЕСИММЕТРИЧНЫМИ НАГРУЗКАМИ

Дед А.В.¹, Паршукова А.В.²

¹ Старший преподаватель, ² магистрант, Омский государственный технический университет

ПОТЕРИ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ЭЛЕМЕНТАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ  С НЕСИММЕТРИЧНЫМИ НАГРУЗКАМИ

Аннотация

Статья посвящена способам расчета дополнительных потерь мощности в основных элементах систем электроснабжения от несимметрии уровня токов и напряжений.

Ключевые слова: Качество электрической энергии, несимметричная нагрузка, потери мощности

 Ded A.V.¹, Parshukova A.V.²

¹ Senior lecturer, ² undergraduate, Omsk State Technical University

ACTIVE POWER LOSSES IN ELEMENTS OF THE ELECTRICAL SYSTEMS WITH UNBALANCED LOAD

Abstract

The article is devoted way to calculate the additional power losses in the basic elements of power supply systems from the level of asymmetry of the currents and voltages.

Keywords: The quality of electric power, unbalanced load, the power loss

В современных условиях, как правило, системы электроснабжения всегда содержат потребителей, которые искажают качество электрической энергии. Как показали проведенные исследования, основной вред, от снижения качества электрической энергии проявляется в увеличении потерь активной мощности и электроэнергии, в сокращении срока службы электрооборудования и в увеличении капитальных вложений в систему электроснабжения [1-3]. Все эти последствия имеют место в основном электротехническом оборудовании систем электроснабжения: силовых трансформаторах, линиях электропередач, электрических машинах (синхронные и асинхронные двигатели).

Рассмотрим влияние несимметрии напряжений и токов на увеличение потерь активной мощности, как наиболее значимых факторов снижения эффективности работы вышеуказанных элементов.

Трансформаторы это статические устройства, порядок чередования фаз в которых не влияет на характер протекающих в них процессов.

Дополнительные потери активной мощности от несимметрии режима в силовых трансформаторах, могут быть определенны по формуле:

   (1)

где  ΔP_X.X. –  потери холостого хода;

ΔP_КЗ – потери короткого замыкания;

ΔUКЗ– напряжение короткого замыкания.

В случае отсутствия сведений о точных паспортных характеристик трансформатора, либо при расчете величины ΔР_ДОП.ТР для группы однородных трансформаторов, дополнительные потери активной мощности вычисляют с помощью выражения:

   (2)

где  S_H – номинальная полная мощность силового трансформатора;

k’_ТР – коэффициент, зависящий от типа трансформатора.

Расчетное значение k’_ТР, определенное для усредненных параметров стандартного оборудования рекомендуется принимать для трансформаторов 6-10 кВ k’_ТР = 2,67, для трансформаторов 35 - 220 кВ  k’_ТР = 0,5 [4].

В линиях высокого напряжения (без нулевого провода) токи нулевой последовательности можно не учитывать, так как . Поэтому дополнительные потери, обусловленные только токами обратной последовательности равны:

   (3)

где  ΔP_ЛЭП – потери в линии электропередачи в симметричном режиме;

– коэффициент несимметрии тока по обратной последовательности, определяемый при помощи прямых измерений.

Аналогично  можно определить с помощью значений токов прямой и обратной последовательности и активного сопротивления фазного проводника:

   (4)

где  – ток прямой последовательности;

– ток обратной последовательности;

 r – активное сопротивление линии электропередачи.

При несимметричной нагрузке линий электропередач 0,38 кВ дополнительное увеличение потерь мощности по сравнению с симметричным режимом может быть оценено с помощью коэффициента , учитывающего неравномерность нагрузки фаз:

   (5)

где 

 r_HT, r– сопротивления нейтрального и фазного проводов;

 – измеренные токи фаз;

Для сети с изолированной нейтралью выражение для определения  принимает вид:

   (4)

В асинхронных двигателях наличие на зажимах даже небольшой несимметрии напряжений, приводит к значительному увеличению дополнительных потерь активной мощности, которые определяются из выражения:

   (6)

где k_АД– безразмерный коэффициент, зависящий от параметров двигателя;

 – коэффициент несимметрии напряжений;

Р_Н – номинальная активная мощность двигателя.

Значения коэффициента  возможно определить следующим способом [4]:

   (7)

где Δ – потери в меди статора при номинальном токе основной частоты;

 – кратность пускового тока при номинальном напряжении. В случае большого количества асинхронных двигателей с различной номинальной мощностью, допускается применять табличные значения k_АД, определенные для различных отраслей промышленности. Согласно [4] значение коэффициента k_АД для всей промышленности в целом принимаются равными 1,85. Максимальное значение kсоответствует легкой промышленности, минимальное k – угольной отрасли. В синхронных машинах потери активной мощности, обусловленные несимметрией токов и напряжений, существуют как в статоре, так и в роторе. Однако потерями в статоре от несимметрии напряжений принято пренебрегать, так как их величина значительно меньше потерь в обмотке ротора. Поэтому, дополнительные потери мощности, могут быть определены в зависимости от коэффициента несимметрии напряжений по формуле:

   (8)

где k– коэффициент, зависящий от типа синхронной машины;  – коэффициент несимметрии напряжений; – номинальная активная мощность двигателя. Коэффициент k может принимать значения: для турбогенераторов – 1,856; для гидрогенераторов и синхронных двигателей с успокоительной обмоткой (без успокоительной обмотки) – 0,681 (0,273); для синхронных компенсаторов – 1,31 [4]. Таким образом, расчет дополнительных потерь мощности является актуальной задачей, так как несимметричные режимы работы элементов сети, как было сказано выше, сопровождаются увеличением в них потерь энергии и снижением надежности их работы.

Литература

1. 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.
2. Дед А. В. Оценка дополнительных потерь мощности в электрических сетях 0,38 кВ на основе экспериментальных данных / А. В. Дед, С. В. Бирюков, А. В. Паршукова // Успехи современного естествознания – 2014.– № 11.– С. 64-67.
3. 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.
4. Шидловский А.Н. Повышение качества энергии в электрических сетях. / А.Н. Шидловский, В.Г. Кузнецов – К.: Наукова думка, 1985. – 268 с.