СПОСОБЫ РАСЧЕТА ПОТЕРЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРАХ ПРИ НЕСИММЕТРИИ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ

Дед А.В.¹, Паршукова А.В.²

¹ Старший преподаватель, ² магистрант, Омский государственный технический университет

СПОСОБЫ РАСЧЕТА ПОТЕРЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРАХ ПРИ НЕСИММЕТРИИ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ

Аннотация

В статье рассмотрены способы оценки дополнительных потерь мощности в силовых трансформаторах 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

METHODS OF CALCULATING THE ACTIVE POWER LOSSES IN POWER TRANSFORMERS AT ASYMMETRY OF CURRENTS AND VOLTAGES

Abstract

The article discusses ways to evaluate additional power losses in power transformers unbalance level currents and voltages.

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

Несимметрия токов, вызванная наличием в системах электроснабжения потребителей искажающих качество электрической энергии, является одним из факторов увеличивающих потери в сетях и элементах распределения электрической энергии. Способы определения дополнительных потерь активной мощности и электроэнергии, вызванных отклонением показателей качества электрической энергии от действующих норм [1 – 4], представляют особый интерес, так эти дополнительные потери могут учитываться для оценки величины потребления энергии при симметричном и несимметричном режимах работы.

Необходимо отметить, что снижение эффективности работы электрооборудования имеет место даже при изменении показателей качества электрической энергии в допустимых нормативных диапазонах. Поэтому для определения экономически обоснованных границ их изменения и целесообразности применения корректирующих устройств необходима количественная оценка ущерба, вызванного отклонением показателей качества электрической энергии.

Рассмотрим, в качестве примера, случай работы трехфазного силового трансформатора с подключенной несимметричной нагрузкой. Трансформаторы – статические устройства, в которых на характер протекающих процессов не влияет порядок чередования фаз. Несимметрия входных напряжений трансфор­матора или нагрузочных токов, приводит к появлению у него несиммет­рии выходных напряжений [3], обуслов­ленных составляющими соответственно обратной и нулевой последо­вательности.

В силовых трансформаторах дополнительные потери активной мощности от несимметрии режима, вызванные протеканием в них токов обратной последовательности, могут быть определенны выражением [4]:

   (1)

где ΔP_X.X. – потери холостого хода;

ΔP_КЗ – потери короткого замыкания;

U_КЗ – напряжение короткого замыкания.

Выражение (1) более удобно применять, если известны номинальные потери холостого хода и короткого замыкания исследуемого трансформатора.

В случае отсутствия точных паспортных данных трансформатора, либо при расчете значений потерь для группы однородных трансформаторов, дополнительные потери активной мощности допускается вычислять по формуле [3]:

   (2)

где S_Н – номинальная полная мощность силового трансформатора;

k`_TP – коэффициент, зависящий от мощности и назначения трансформатора.

Расчетное значение k`<sub>TP</sub>, определенное для усредненных параметров стандартного оборудования, в частности для трансформаторов 6-10 кВ рекомендуется принимать k`_TP=2,67, а для трансформаторов 35 - 220 кВ k`_TP=0,5  [3].

На рисунках 1 и 2 представлены зависимости дополнительных потерь мощности ΔP_ДОП.ТР от уровня коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности  силовых трансформаторов с высшим напряжением 6(10) кВ типа ТМ и номинальной мощностью S_Н=400кВА и S_Н=630кВА, построенные с помощью выражений 1 и 2. Значения коэффициента несимметрии  принимались равными в диапазоне от 0 до 4%. Согласно действующего ГОСТ в области качества электрической энергии, значение коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности К_U2, не должно превышать 2%  в течение 95 % времени интервала в одну неделю, и не должно превышать 4 % в течение 100 % времени интервала в одну неделю [5].

Из графиков на рисунках 1 и 2 видно, что при величине коэффициента несимметрии  в 4% (предельно допустимый уровень) дополнительные потери, относительно нормально допустимого уровня несимметрии равного 2%, увеличиваются в 4 раза. Кроме того, в зависимости от выбранного метода расчета дополнительных потерь в трансформаторе, обусловленных несимметричным режимом работы, разница между полученными расчетными величинами ΔP_ДОП.ТР может составлять до 50%.

 

Рис. 1 –  Зависимости дополнительных потерь мощности трансформатора серии ТМ 6(10) кВ мощностью S_Н=400 кВА.

Рис. 2 –  Зависимости дополнительных потерь мощности трансформатора серии ТМ 6(10) кВ мощностью S_Н=630 кВА.

Таким образом, выбор способа расчета дополнительных потерь в каждом конкретном случае должен основываться на наличии исходных данных о трансформаторах, величине искажения режима работы и точности оценки предполагаемого экономического ущерба вызванного снижением качества электрической энергии.

 

Литература

1. Дед А. В. Дополнительные потери мощности в электрических сетях при несимметричной нагрузке / А. В. Дед [и др.] // Омский научный вестник. – 2013. – № 1 (117). – С. 157–158.
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. Шидловский А.Н. Повышение качества энергии в электрических сетях. / А.Н. Шидловский, В.Г. Кузнецов – К.: Наукова думка, 1985. – 268 с.
4. Карташев И.И. Управление качеством электроэнергии. / И. И. Карташев, Н. В. Тульский, Р.Г. Шамонов  и др. под ред. Шарова Ю. В.  – М.: МЭИ, 2006. –320 с.
5. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М.: ФГУП «Стандартинформ», 2013. – 10 с.