ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ НЕСИММЕТРИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ НЕСИММЕТРИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ

Научная статья

Дед Александр Викторович¹, Денисенко Мария Юрьевна², Сухов Егор Сергеевич³

₁Старший преподаватель кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» ОмГТУ

₂Магистрант кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» ОмГТУ

₃Магистрант кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» ОмГТУ

Аннотация

Обозначена актуальность проблемы улучшения качества электрической энергии. Возникновение несимметрии напряжения в трехфазной системы. Рассмотрены методы определения дополнительных потерь мощности.

Ключевые слова: дополнительные потери мощности, несимметрия напряжений, качество электрической энергии, методы определения потерь мощности.

Key words: additional losses of capacity, asymmetry of tension, quality of electric energy, methods of definition of losses of capacity.

В сетях низкого напряжения актуальна проблема обеспечения качества электроэнергии поскольку именно в сетях до 1 кВ распространено применение однофазных приемников и применение новой техники на базе современной электроники. Решение данной проблемы требует комплексного подхода.

Исследования режимов работы электрических сетей до 1кВ, проведённые ОмГТУ и другими ВУЗами установили, что в таких сетях возникает несимметричные токи нагрузки из-за неравенства нагрузок фаз (систематическая или неслучайная несимметрия токов).

Несимметричные токи нагрузки, протекающие по элементам системы электроснабжения, вызывают несимметрию напряжений на зажимах трехфазных электроприемников, что во многих случаях приводит к превышению в 2–2,5 раза допустимое ГОСТ 13109-97 значения коэффициента нулевой последовательности напряжений K_0U. Для обеспечения нормативных требований, значение коэффициента K_0U должно составлять 2% в течение 95% суток, и только 5% времени суток этот показатель качества может достигать максимально допустимого значения – до 4% [3].

Все это ведет к ухудшению работы электроприемников, используемого в электрических сетях и электроустановках и рассчитанного для работы в симметричном режиме. Известно, что при коэффициентах несимметрии токов обратной и нулевой последовательности в сети, равных 25-30%, потери мощности и электрической энергии в линиях 0,38кВ и трансформаторах увеличиваются почти в два раза по сравнению с симметричным режимом работы [5].

В настоящее время несимметричные режимы в электрических сетях являются постоянно действующим фактором, существенно снижающим эффективность работы, как самих систем электроснабжения, так и потребителей, подключенных к ним.

Кратковременные несимметричные режимы возникают при различного рода аварийных ситуациях и протекают в относительно короткие промежутки времени.

Длительные нормальные режимы характерны для ряда несимметричных устройств: преобразователей фаз, симметрирующих элементов, и т. д. Повышение несимметрии нагрузок приводит к заметным нарушениям симметрии токов и напряжений в трехфазных электрических сетях, особенно распределительных.

Несимметрия напряжений и токов трехфазной системы является одним из важных показателей качества электрической энергии, характеризующих режим электропотребления. Работа систем электроснабжения промышленных предприятий в условиях несимметрии токов и напряжении вызывает экономический ущерб, составной частью которого является увеличение потерь активной мощности и потребление активной и реактивной мощностей.

Наибольшее распространение получили методы определения потерь по методу с использованием коэффициентов симметричных составляющих и метод, предложенный Железко Ю.С.

Как известно, любую несимметричную систему (напряжение, ток) можно представить в виде суммы трех симметричных. Таким образом, выражение для вычисления дополнительных потерь, с использованием методов симметричных составляющих будет иметь вид:

где:

ΔP_нес– потери с учетом несимметрии токов;

ΔР – потери вызванные прямой последовательностью;

k_2I=I₂/I₁ – модуль коэффициента несимметрии по обратной последовательности;

k_0I=I₀/I₁ – модуль коэффициента несимметрии по нулевой последовательности;

r_N;r_ф – сопротивление нейтрального и фазного провода соответственно.

Железко Ю. С. предлагает рассчитывать потери с учетом несимметрии по следующему уравнению:

где:

ΔPнес – потери с учетом несимметрии токов;

ΔР – потери вызванные прямой последовательностью;

I_A, I_B, I_C – токи в каждой фазе;

I_ср – среднее значение фазных токов;

r_N; r_ф – сопротивление нейтрального и фазного провода соответственно.

Потери мощности минимальны в симметричных режимах работы. Несимметрия и неравномерность нагрузки приводят к увеличению потерь. Поскольку характер нагрузки может быть не только симметричным и неизменным, но может иметь также режим неизменной во времени несимметричной нагрузки; изменяющейся во времени симметричной нагрузки; симметричный режим переменной нагрузки [1]. При сравнении этих потерь с потерями в нормальном режиме, можно оценить влияние различных факторов. Для данного анализа требуется закономерности изменения симметричных составляющих токов и эквивалент таких потерь мощности, которые дадут одинаковые значения потерь.

Итак, потери мощности при неизменной во времени симметричной нагрузке могут быть определены по среднему значению тока прямой последовательности или его ортогональных составляющих:

∆Р_1Аср=3I²_1срr_ф=3I²_1Аср(1+tg²φ_1ср)r_ф;

где:

tgφ_1ср=I_1Рср/I_1Аср – коэффициент реактивной мощности, определенный по средним значениям реактивной и активной ортогональных составляющих тока прямой последовательности;

ΔР_1Аср=3I²_1Асрr_ф – минимально необходимые потери для передачи по данному участку сети определенного количества энергии при tgφ1ср=0;

Потери мощности при систематической несимметрии нагрузки представляют собой сумму потерь от протекания средних значений токов всех симметричных составляющих или определения их по методу с использованием симметричных составляющих [1].

Определение потерь мощности в симметричном режиме при изменяющейся во времени нагрузке можно определить по среднеквадратическим ортогональным составляющих тока прямой последовательности:

где:

Р_1Аср, Р_1Рср – средние значения активной и реактивной мощностей.

Потери мощности в несимметричном режиме при случайном изменении нагрузки определяют по аналогии с потерями в симметричном режиме, но – по среднеквадратичным значениям ортогональных составляющих токов обратной и нулевой последовательности:

∑∆P_ср=∆P_1ср +∆P_1случ +∆P_2ср+∆P_2случ+∆P_0ср+∆P_0случ;

Как показывает практика среди суммарных дополнительных потерь наибольшее значение имеют потери от токов нулевой последовательности.

Несмотря на значительное число работ по данной тематике методы построения эффективных алгоритмов применительно к расчету несимметричных режимов работы СЭС и их практическая реализация не получили должного развития.

Большой вклад в разработку методов расчёта и способов снижения потерь внесли такие учёные: Шидловский А.К., Кузнецов В.Г., Жежеленко И.В., Косоухов Ф.Д., Ерошенко Г.П., Воротницкий В.Э., Железко Ю.С., Наумов И.В., Попов Н.М. и другие.

Таким образом методы расчета дополнительных потерь активной мощности и электроэнергии, обусловленных несимметрией представляют особый интерес, так как дополнительные потери активной мощности должны входить в общий баланс предприятия независимо от причин их возникновения.

Список литературы / References

1​ Коваленко П. В. Анализ потерь мощности в электрических сетях при неравномерной и несимметричной нагрузке.//Электрика./П. В. Коваленко, О. А. Смышляева. -2009. – №9. –С. 18–22.

2​ Наумов И. В. Оценка Экспериментальное исследование показателей несимметрии при несимметричной системе напряжений источника питания.//Успехи современного естествознания./И. В. Наумов, Д. А. Иванов.-2006. – №11. –С. 64–65.

3​ ГОСТ 13109–97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения / – М. : Издательство стандартов, 1998. – 32 с.

4​ Карташев И.И. Управление качеством электроэнергии [Текст] / И. И. Карташев [и др.];. – М. : Изд-во МЭИ, 2006. – 319 с.

5​ Железко Ю.С. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов / Ю.С. Железко, А.В. Артемьев, О.В. Савченко // – М. : Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. – 280 с.

6​ Шидловский А.К. Повышение качества энергии в электрических сетях [текст] / Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. – Киев: Наукова думка, 1985. –268 с.