Повышение эффективности энергосбережения в сельских сетях 0,38 кВ при несимметричной нагрузке Криштопа Наталья Юрьевна

Содержание к диссертации

Введение

1 Зависимость потерь мощности от несимметрии токов в силовых трансформаторах от их сопротивления нулевой последовательности 13

1.1. Критерий потерь мощности от несимметрии токов 13

1.1.1. Способ измерения (расчета) симметричных составляющих токов прямой, обратной и нулевой последовательностей в трехфазных сетях 16

1.2 Трансформаторы со схемой соединения обмоток «звезда – звезда с нулем» ( ) 19

1.3 Трансформаторы со схемой соединения обмоток «звезда – звезда с нулем с симметрирующим устройством ( ) 25

1.4. Трансформаторы со схемой соединения обмоток «звезда – зигзаг с нулем ( ) 28

1.5. Выводы по первой главе 31

2 Экспериментальные исследования потерь мощности в трансформаторе и линии на физической модели сети 0,38 кв с трансформаторами и 32

2.1. Определение сопротивления прямой последовательности трансформатора 32

2.2. Определение сопротивления нулевой последовательности трансформатора 35

2.3. Измерение сопротивлений прямой и нулевой последовательностей линии 0,38 кВ 37

2.4. Физическая модель электрической сети 0,38 кВ с трансформатором 41

2.5. Методика экспериментального исследования 45

2.6. Результаты экспериментального исследования 46

2.7. Выводы по второй главе 54

3 Анализ потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии 0,38 КВ 55

3.1. Общие сведения 55

3.2. Исходные данные к анализу потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и линии 56

3.3. Анализ потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии при однофазной нагрузке 58

3.4. Анализ потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии при двухфазной нагрузке 62

3.5. Анализ потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии при трехфазной нагрузке 65

3.6. Анализ потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии при однофазной (двухфазной) нагрузке с трехфазным асинхронным электродвигателем 67

3.7. Выводы по третьей главе з

4 Анализ потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии 0,38 КВ 72

4.1. Исходные данные 72

4.2. Анализ потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии при однофазной нагрузке 73

4.3. Анализ потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии при двухфазной нагрузке 75

4.4. Анализ потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии при несимметричной трехфазной нагрузке 77

4.5. Анализ потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии при однофазной нагрузке с трехфазным асинхронным электродвигателем 80

4.6. Сравнение потерь мощности и показателей качества электроэнергии от несимметрии токов в сетях 0,38 кВ с трансформаторами, имеющими различные схемы соединения обмоток 82

4.6.1. Потери мощности от несимметрии токов в трансформаторах и в линии 0,38 кВ 82

4.6.2. Показатели качества электрической энергии в сети 0,38 кВ с различными трансформаторами 91

4.7. Выводы по главе 4 97

5 Основы методики расчета экономического эффекта от снижения потерь электроэнергии в сельских распределительных сетях 0,38 КВ 98

5.1. Методы расчета снижения потерь электроэнергии в сетях 0,38 кВ

за счет снижения несимметрии токов 98

5.2. Расчет экономического эффекта от снижения потерь электроэнергии в сетях 0,38 кВ 104

5.3. Расчет экономического эффекта от снижения потерь электроэнергии в сельских распределительных сетях 0,38 кВ путем внедрения трансформатора 106

5.4. Выводы по пятой главе 108

Выводы 109

Список литературы

• Способ измерения (расчета) симметричных составляющих токов прямой, обратной и нулевой последовательностей в трехфазных сетях
• Определение сопротивления нулевой последовательности трансформатора
• Анализ потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии при двухфазной нагрузке
• Анализ потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии при однофазной нагрузке

Введение к работе

Актуальность темы исследования. В сельских сетях 0,38 кВ с коммунально-
бытовыми нагрузками применяются трансформаторы со схемой соединения обмоток
«звезда – звезда с нулем», обладающие большим сопротивлением нулевой
последовательности, примерно в 10 раз превышающим сопротивление прямой
последовательности. Поэтому при несимметричной нагрузке фаз в этих
трансформаторах возникает значительное напряжение нулевой последовательности,
вызывающее несимметрию напряжений во вторичных обмотках трансформатора.
Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности

трансформаторов во многих случаях превышает допустимое ГОСТом значение.

При величине коэффициентов несимметрии токов обратной и нулевой последовательности в сети, равной 0,25…0,30 потери мощности и электрической энергии в линиях и трансформаторах возрастают на 30…50 % по сравнению с симметричным режимом работы. Технологические потери электроэнергии в сельских сетях за последнее десятилетие выросли почти в 3 раза и достигают 30 %. Причиной этого является возрастание в сетях 0,38 кВ доли однофазной нагрузки по сравнению с трехфазной симметричной нагрузкой. Этому способствовало, в частности, применение в коттеджном строительстве мощных (до 50 кВт и выше) однофазных стабилизаторов напряжения.

В электрических сетях 0,38 кВ с несимметричной и нелинейной нагрузкой возникают потери мощности и электрической энергии от токов прямой последовательности (основные потери), а также потери от токов обратной и нулевой последовательностей (потери от токов несимметрии), потери от несинусоидальных токов и потери от реактивных токов. Потери от несимметричных, несинусоидальных и реактивных токов относятся к дополнительным потерям, снижением которых в сельских сетях необходимо заниматься прежде всего.

До настоящего времени специалисты-электроэнергетики рассматривали в электрических сетях общие потери (основные и дополнительные), не разделяя их на отдельные составляющие. При этом разрабатывались способы снижения общих потерь в сетях, эффективность которых в некоторых случаях была недостаточной.

В диссертации разработан критерий потерь мощности от несимметрии токов, который позволяет разделить основные потери и потери от несимметрии токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях. Нами проведены с использованием критерия потерь мощности от несимметрии токов теоретические и экспериментальные исследования потерь в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях сельских сетей 0,38 кВ, которые позволили повысить эффективность энергосбережения в сетях при несимметричной нагрузке.

В связи с вышеизложенным задача повышения эффективности

энергосбережения в сельских сетях 0,38 кВ при несимметричной нагрузке является актуальной.

Степень разработанности темы исследования. В решении вопроса повышения эффективности энергосбережения в сельских сетях 0,38 кВ при несимметричной нагрузке внесли существенный вклад такие ученые как: Арзамасцев Д.А., Бородин И.Ф., Воротницкий В.Э., Добрусин Л.А., Железко Ю.С., Казанцев В.Н., Клебанов Л.Д., Косоухов Ф.Д., Мельников Н.А., Наумов И.В., Попов Н.М., Поспелов Г.Е., Сердешнов А.П., Солдатов В.А., Сыч Н.М. и другие.

Цель работы. Повышение эффективности энергосбережения в сельских сетях 0, 38 кВ при несимметричной нагрузке.

Задачи исследования:

1. Разработать критерий потерь мощности от несимметрии токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях.

2. Разработать способ измерения потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторах и линиях электропередачи.

3. Разработать способ расчета и измерения симметричных составляющих токов в трехфазных несимметричных сетях.

4. Провести теоретическое исследование зависимости потерь мощности при несимметрии токов от активного сопротивления нулевой последовательности типовых трансформаторов со схемами соединения обмоток YY_H, YY_H СУ, YZ_H при однофазной нагрузке.

5. Провести экспериментальное исследование потерь мощности от
несимметрии токов в трансформаторах с различными схемами соединения обмоток и
в четырехпроводной линии на физической модели сети 0,38 кВ.

6. На основе экспериментальных данных произвести анализ потерь мощности
от несимметрии токов в трансформаторах и в линии, установив уровень потерь и
долю потерь мощности от несимметрии токов по отношению к общим потерям.

7. Рассчитать технико-экономическую эффективность трансформатора с
минимальными потерями мощности от несимметрии токов.

Объект исследований. Сельские электрические сети 0,38 кВ с несимметричной нагрузкой.

Предмет исследований. Снижение потерь мощности от несимметрии токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях.

Методы исследования. Теоретические исследования базировались на положениях теории электрических цепей, метода симметричных составляющих, комплексного метода. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с действующими стандартами с применением современной измерительной техники. Результаты теоретических и экспериментальных исследований обладают достаточной точностью и сходимостью.

Научная новизна:

1. получены функциональные зависимости потерь активной мощности в силовых трансформаторах и четырехпроводных линиях от токов обратной и нулевой последовательностей (от токов несимметрии) и от конструктивных параметров трансформатора (активных сопротивлений нулевой и прямой последовательностей), определяемые критерием потерь мощности от несимметрии токов;

2. разработан способ измерения потерь мощности от несимметрии токов в трехфазных трансформаторах через критерий потерь мощности (заявка на изобретение №2015107414 от 03.03.2015);

3) разработан способ измерения симметричных составляющих токов в
трехфазных трансформаторах (Патент на изобретение № 2574867 от 25.09.2013),
необходимых для определения потерь мощности от несимметрии токов;

4. в результате экспериментальных исследований на физической модели сети 0,38 кВ и анализа потерь мощности определены уровни потерь мощности от несимметрии токов для трансформаторов со схемами соединения обмоток YY_H, YY_H СУ и YZ_H, что дало возможность установить области применения этих трансформаторов в сельских сетях 0,38 кВ для повышения эффективности энергосбережения;

5. для повышения точности метода расчета потерь электрической энергии в сетях с несимметричной нагрузкой предложено использовать вместо приближенного коэффициента несимметрии токов точное его значение, полученное по методу

симметричных составляющих, отличающееся от приближенного коэффициента, примерно в 2 раза.

Практическая значимость:

1) применение критерия потерь мощности от несимметрии токов для
трехфазных трансформаторов и четырехпроводных линий с целью снижения потерь
электроэнергии в сельских сетях 0,38 кВ;

2) в экспериментальных исследованиях потерь мощности в сетях 0,38 кВ
использование способа измерения потерь мощности от несимметрии токов;

3) применение простого и удобного способа измерения, с помощью
трансформаторов тока и пяти амперметров, симметричных составляющих токов в
трехфазной сети, необходимых для расчета потерь мощности от несимметрии токов;

6. разработанные рекомендации по применению в сельских сетях 0,38 кВ силовых трансформаторов с различными схемами соединения обмоток позволяет повысить эффективность энергосбережения в сетях при несимметричной нагрузке;

7. предложение об использовании в методе расчета потерь электрической энергии в сетях с несимметричной нагрузкой вместо приближенного коэффициента несимметрии токов точное его значение позволяет повысить точность, примерно в 2 раза.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. применение критерия потерь мощности от несимметрии токов в теоретических и экспериментальных исследованиях потерь в трансформаторах и четырехпроводных линиях 0,38 кВ;

2. способ измерения с помощью трансформаторов тока и пяти амперметров симметричных составляющих токов прямой, обратной и нулевой последовательностей в трехфазных сетях, необходимых для расчета потерь мощности от несимметрии токов;

3. экспериментальные исследования потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторах со схемами соединения обмоток YY_n, YY_n СУ, YZ_n и четырехпроводной линии при различных режимах сети;

4. результаты анализа потерь мощности от несимметрии тока в трансформаторах и линии 0,38 кВ, на основании которых установлены уровни потерь мощности и доля потерь от несимметрии токов по отношению к общим потерям;

5. метод расчета потерь электрической энергии в сетях с несимметричной нагрузкой.

Достоверность и апробация результатов. Достоверность результатов при теоретических исследованиях достигнута применением критерия потерь мощности от несимметрии токов путем сравнения теоретических и экспериментальных значений. Достоверность экспериментальных исследований подтверждена выбором высокоточных приборов для измерений электроэнергетических величин и показателей качества электрической энергии, а так же соблюдением требований действующих стандартов.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международных научно-технических конференциях в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете в 2013, 2014, 2015 г.г.; на конференции ПАО «Ленэнерго» «Автоматизация электрических сетей как элемент Smart Grid» 27 ноября 2015 года; на 6-ой Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Инновации в сельском хозяйстве», посвященной 105-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ И.А. Будзко, 15-16 декабря 2015 г. (ФГБНУ ВИЭСХ, Москва).

Внедрение. Способ измерения потерь мощности от несимметрии токов с применением критерия потерь мощности применяется при проведении научно-исследовательских работ на кафедре электроэнергетики и электрооборудования СПбГАУ, там же применяются способы измерения симметричных составляющих токов и напряжений в трехфазных сетях.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ. В том числе 5 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 119 наименований и 2-х приложений. Работа изложена на 148 страницах машинного текста, содержит 19 рисунков, 55 таблиц.

Способ измерения (расчета) симметричных составляющих токов прямой, обратной и нулевой последовательностей в трехфазных сетях

Учитывая, что для трансформаторов (линии) , выражение (1.4) запишется в следующем виде: , (1.5) где: , – коэффициенты обратной и нулевой последовательностей токов, определяемые согласно ГОСТу Р54149 – 2010 [14] по соотношениям: , . (1.6) Выражение (1.5) является математическим выражением критерия потерь мощности от несимметрии токов. Как видно из (1.5), критерий потерь зависит от показателей несимметрии нагрузки ( , ) и от параметров трансформатора (активных сопротивлений нулевой и прямой последовательностей), что соответствует физическому представлению о потерях мощности от несимметрии токов в трехфазном трансформаторе (четырехпроводной линии).

Максимальное значение критерий потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе будет иметь при однофазной нагрузке, так как и и будет зависеть от конструкции трансформатора, в частности, от схемы соединения обмоток. Это заключение полностью подтверждено теоретическими (гл. 1) и экспериментальными (гл. 2-4) исследованиями.

При уменьшении несимметрии нагрузок (уменьшением коэффициентов и ) критерий потерь мощности от несимметрии токов будет уменьшаться, и при симметричном режиме ( , ) критерий потерь будет равен нулю (что соответствует физическому представлению о потерях мощности). Определив по выражению (1.5) критерий , а по формуле (1.3) потери от токов прямой последовательности , можно определить потери мощности от несимметрии токов в трансформаторе (линии): . (1.7) Назначение критерия потерь мощности от несимметрии токов: 1) выделить из общих потерь мощности в трансформаторе (линии) потери от несимметрии токов; 2) рассчитать (измерить) по выражению (2) потери от несимметрии токов; 3) разработать способы снижения потерь от несимметрии токов; 4) сравнить по величине критерия (2) трансформаторы с различными схемами соединения обмоток; 5) установить уровни потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторах и в линиях.

В дальнейших теоретических и экспериментальных исследованиях критерий потерь мощности от несимметрии токов широко нами использовался в целях повышения эффективности энергосбережения в сельских сетях при несимметричной нагрузке.

Чтобы определить критерий потерь мощности от несимметрии токов надо рассчитать (измерить) коэффициенты обратной и нулевой последовательностей токов [47]. Выражение (1.5) справедливо для силовых трансформаторов со схемами соединения обмоток , , и других. Оно также применимо для линий с изолированными проводами марки СИП с нулевым проводом. В некоторых научных изданиях в качестве критерия потерь мощности от несимметрии токов в трехфазных четырехпроводных сетях 0,38 кВ принят коэффициент, учитывающий потери мощности от токов прямой, обратной и нулевой последовательностей [37, 39, 41, 46], , (1.8) где: ; (1.9) После подстановки (1.9) в (1.8), получим: . (1.10) При отсутствии несимметрии токов в трехфазной сети коэффициенты обратной и нулевой последовательностей токов равны нулю, равен нулю и критерий потерь мощности от несимметрии токов . Коэффициент несимметрии токов в этом случае не равен нулю, поэтому не может являться критерием потерь мощности от несимметрии токов. Он может служить обобщенным коэффициентом несимметрии токов трехфазной четырехпроводной сети.

Способ измерения критерия потерь мощности от несимметрии токов (заявка на изобретение № 2015107414 от 03. 03. 2015 г.) Как видно из выражения (1.5), для определения критерия потерь мощности от несимметрии токов , например, для трансформатора, надо измерить коэффициенты обратной и нулевой последовательностей токов и по каталогу определить активные сопротивления прямой и нулевой последовательностей. Для измерения коэффициентов и требуется специальная измерительная техника.

Определение сопротивления нулевой последовательности трансформатора

Потери мощности от несимметрии токов в силовых трансформаторах с различными схемами соединения обмоток зависят от сопротивления нулевой последовательности трансформаторов [2, 15, 20, 28, 45, 57, 100, 106]. В сельских сетях 0,38 кВ основное применение получили трансформаторы со схемами соединения обмоток , , , имеющие различные сопротивления нулевой последовательности. Поэтому потери мощности в них от несимметрии токов существенно отличаются. Влияет ли сопротивление нулевой последовательности трансформатора на потери мощности и электроэнергии в линии 0,38 кВ?

Теоретические исследования потерь мощности от несимметрии токов в сети 0,38 кВ с различными схемами соединения обмоток трансформаторов, проведенные профессором Ф.Д. Косоуховым, позволили ему сделать вывод о том, что замена трансформатора с большим сопротивлением нулевой последовательности трансформатором с малым сопротивлением приводит к увеличению потерь мощности от несимметрии токов в линии 0,38 кВ [39, 46, 51]. Экспериментальные исследования потерь мощности в сети 0,38 кВ, выполненные нами на физической модели сети, подтвердили вывод Ф.Д. Косоухова. Действительно в некоторых режимах работы сети 0,38 кВ замена трансформатора с большим сопротивлением на трансформатор с малым сопротивлением приводит к увеличению потерь мощности от несимметрии токов в линии 0,38 кВ. Однако, это увеличение потерь мощности в линии не превышают 5%, тогда как потери в трансформаторе уменьшаются по сравнению с трансформатором в 9 раз. Такая замена трансформаторов позволяет одновременно с уменьшением потерь мощности от несимметрии токов снизить коэффициент нулевой последовательности в несколько раз [42, 44, 60], повысив таким образом, качество электрической энергии [7, 19, 25, 36, 37, 61].

В главе 2 получены на физической модели сети 0,38 кВ с трансформатором и воздушной линией экспериментальные данные для различных режимов работы сети. Эти данные приведены в таблицах 2.4 – 2.6 второй главы и в таблицах П.1.1 – П.1.4 Приложения 1. В названных таблицах для расчета потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии используются следующие физические величины: – активная мощность на входе трансформатора ; – активная мощность на выходе трансформатора ; – активная мощность на выходе линии (в узле нагрузок) ; симметричные составляющие токов: – прямой последовательности ; – обратной последовательности ; – нулевой последовательности ; – коэффициенты несимметрии токов обратной последовательности ; – коэффициенты несимметрии токов нулевой последовательности . Перечисленные физические величины относятся и к трансформатору и к линии. Критерием потерь мощности от несимметрии токов является коэффициент потерь мощности от несимметрии токов , формулы для которого приведены в главе 1 диссертации. Для определения критерия вычисляются: – потери активной мощности в трансформаторе (линии) от токов прямой последовательности ; – потери активной мощности от токов обратной последовательности ; – потери активной мощности от токов нулевой последовательности ; – суммарные потери активной мощности от токов прямой, обратной и нулевой последовательности . Коэффициент потерь мощности при несимметричной нагрузке определяется по формуле (1.8): Для проверки правильности формулы (1.10) по расчету коэффициента потерь мощности через коэффициенты обратной и нулевой последовательностей, а также для проверки достоверности полученной во время эксперимента информации, проведен расчет по формуле (1.10): где , – активные сопротивления нулевой и прямой последовательностей трансформатора (линии). Полные потери мощности в трансформаторе по экспериментальным данным определены как разность активных мощностей на входе и выходе трансформатора: ; ( ) или в процентах от входной мощности трансформатора ( ) . Полные потери мощности в линии определены как разность активных мощностей на выходе трансформатора и выходе линии : в ваттах ( ) ; в процентах ( ) . К полным потерям мощности в трансформаторе и в линии, кроме потерь мощности от несимметрии токов, относятся потери обусловленные токами прямой последовательности, потери мощности от несинусоидальности токов и от снижения коэффициента мощности ( ).

Анализ потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии при двухфазной нагрузке

Во второй главе диссертации на физической модели сети 0,38 кВ с трансформатором и воздушной линией получены экспериментальные данные для следующих режимов работы сети: – с изменяющейся однофазной активной нагрузкой; – с изменяющейся двухфазной активной нагрузкой; – с изменяющейся трехфазной активной нагрузкой; – с изменяющейся однофазной активной нагрузкой и работающим с полной нагрузкой трехфазным асинхронным двигателем 4,5 кВт. Полученные экспериментальные данные приведены в таблицах П.1.5 – П.1.9 Приложения 1. По этим данным произведен расчет потерь мощности от несимметрии токов и анализ в трансформаторе и в линии 0,38 кВ. Результаты расчета потерь мощности в трансформаторе сравниваются с потерями мощности в трансформаторе при одном и том же режиме работы сети. Одновременно выполняется сравнение потерь мощности в воздушной линии 0,38 кВ длинной 370 м, выполненной проводом марки СИП-4 сечением 4х25 мм2. 4.2 Анализ потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии при однофазной нагрузке Расчет потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии по данным эксперимента (таблица П.1.5) при однофазной нагрузке приведен в таблицах 4.1. и 4.2. Аналогичные расчеты для трансформатора приведены в таблицах 3.1. и 3.2.

Сравнивая результаты расчетов потерь мощности для двух трансформаторов, приходим к следующим выводам: 1) потери мощности от токов прямой последовательности больше в 6,6 раза в трансформаторе по сравнению с трансформатором ; 2) потери мощности от токов нулевой последовательности в трансформаторе меньше в 6 раз по сравнению с трансформатором ; 3) критерий потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе , , меньше, чем в трансформаторе , , в 10,84 раза. Расчет потерь мощности от несимметрии токов в линии с трансформатором с однофазной нагрузкой приведен в таблицах 4.1 и 4.2. Аналогичные расчеты для линии с трансформатором приведены в таблицах 3.1 и 3.2. Сравнивая результаты расчетов потерь в линии с различными трансформаторами мы видим, что они совершенно одинаковы. Критерий потерь мощности от несимметрии токов в линии 0,38 кВ в обоих случаях при однофазной нагрузке . 4.3 Анализ потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии при двухфазной нагрузке

Аналогичные расчеты для трансформатора приведены в таблицах 3.3. и 3.4. На основании сравнения результатов расчета потерь мощности от несимметрии токов приходим к следующим выводам: 1) потери мощности от токов прямой последовательности в трансформаторе больше в 3,1 – 2,3 раза по сравнению с трансформатором ; 2) потери мощности от токов обратной последовательности в трансформаторе больше в 2,8 – 1,8 раза по сравнению с трансформатором ; 3) потери мощности от токов нулевой последовательности в трансформаторе меньше в 11,5 – 11,2 раза по сравнению с трансформатором ; 4) критерий потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе , – , меньше, чем в трансформаторе , – , в 9,3 – 5,6 раза. Малый критерий потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе объясняется малыми потерями от токов нулевой последовательности. Расчет потерь мощности от несимметрии токов в линии с трансформатором при двухфазной нагрузке приведен в таблице 4.3 и

Аналогичные расчеты для линии с трансформатором приведены в таблицах 3.3 и 3.4. Сравнивая результаты расчетов потерь в линии с различными трансформаторами с двухфазной нагрузкой можно сделать следующие выводы: 1) потери мощности в линии от токов прямой и токов обратной последовательностей в обоих случаях примерно одинаковы; 2) потери мощности в линии от токов нулевой последовательности немного отличаются: потери в линии с трансформатором больше потерь с трансформатором в 1,1 – 1,4 раза (в опытах №1 – №5). 3) критерий потерь мощности от несимметрии токов в линии с трансформатором , больше соответствующего коэффициента в линии с трансформатором в 1,05 – 1,10 раза (опыты №1 – №5) за счет увеличения потерь мощности от токов нулевой последовательности.

Анализ потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе и в линии при однофазной нагрузке

Оценка экономического ущерба от снижения качества электрической энергии, в частности, обусловленного несимметрией напряжения, приведена в работах [20, 62, 65], а вопросы технико-экономического обоснования того или иного способа симметрирования режима работы электрической сети – в статьях [24, 30].

Для расчёта экономического эффекта от снижения потерь электроэнергии прежде всего необходимо определить плановое или фактическое снижение потерь. В "Инструкции" [27] рекомендуется определять снижение потерь электроэнергии в сетях 0,38 кВ за счёт устранения систематической несимметрии по формуле ( ) (5.1) где – потери электроэнергии в сети 0,38 кВ при равномерной загрузке фаз, определяемые в соответствии с [26]; , – коэффициенты систематической несимметрии токов до и после симметрирования, определяемые по формуле: ( ( )) ( ) , (5.2) где , , – средние значения токов фаз за период с 17 до 23 ч (не менее трех измерений); – отношение сопротивлений нулевого и фазного проводов. Для двухпроводной линии [26].

Формула (5.2) для расчёта коэффициента несимметрии токов в линии 0,38 кВ является приближённой, поэтому погрешность расчёта значительна, особенно для неполнофазных ответвлений от трёхфазной линии. Следовательно, расчёт снижения потерь электроэнергии по формуле (5.1) будет выполнен с большой погрешностью. Нами предложено для расчёта снижения потерь электроэнергии в сетях 0,38 кВ, за счёт уменьшения несимметрии токов, использовать точное выражение для обобщенного коэффициента несимметрии токов (см. гл. 1). . (5.3)

Обобщенный коэффициент несимметрии отличается от приближенного коэффициента несимметрии по следующим показателям: 1) в зависимости от коэффициентов обратной и нулевой последовательностей токов и ; 2) в зависимости от соотношения активных сопротивлений нулевой и прямой последовательностей; 3) в зависимости от вида линии: одно – двух – трех или четырехпроводная; 4) в зависимости от схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов. В некоторых случаях коэффициент отличается от коэффициента в 2,6 раз (табл. 5.1 – 5.4). В таблицах 5.1 – 5.4 приведены результаты расчета обобщенного коэффициента несимметрии токов по формуле (5.3) и приближенного коэффициента несимметрии по формуле (5.2) для двух трансформаторов со схемами соединения обмоток , и при однофазной и двухфазной нагрузках. Расчет коэффициентов и произведен по результатам помощью прибора «Энергомонитор 3.3.» измерены токи трех фаз , , и ток нулевого провода экспериментального исследования режимов электрической сети 0,38 кВ на физической модели этой сети. С, а так же коэффициенты несимметрии токов обратной и нулевой последовательностей

Таким образом в результате экспериментальных исследований установлено: 1) Обобщенный коэффициент несимметрии токов и приближенный коэффициент несимметрии зависят от схемы соединения обмоток трансформатора. 2) Коэффициенты и зависят от вида нагрузки. 3) Коэффициенты и различаются в зависимости от схемы соединения обмоток трансформатора и вида нагрузки. Учитывая вышеизложенное, применение формулы (5.2) для определения коэффициента несимметрии токов при расчете потерь электроэнергии в четырехпроводных линиях 0,38 кВ приводит к значительной погрешности. Обобщенный коэффициент несимметрии токов является коэффициентом потерь мощности в сети, так как он определяется как отношение суммарных потерь мощности в сети к потерям мощности от токов прямой последовательности : , (5.4) где: . Критерий потерь мощности от несимметрии токов в трансформаторе (линии) равен отношению потерь от токов обратной и нулевой последовательности к потерям : . (5.5) Исходя из определения критерия потерь мощности (электроэнергии) от несимметрии токов, запишем выражения для начального (до симметрирования) и конечного (после снижения несимметрии) значений критерия потерь через потери электроэнергии: ; (5.6) где , – потери электроэнергии в электрической сети при начальной и конечной несимметрии токов; – потери электроэнергии в той же электрической сети при симметричном режиме. Снижение потерь электроэнергии в электрической сети за счет снижения критерия потерь от до :

Из (5.6) определим потери электроэнергии в электрической сети после снижения несимметрии токов: и подставим в (5.7): ( ). (5.8) Определив по формуле (5.5) значение критерия потерь мощности до симметрирования и после снижения несимметрии токов и зная потери электроэнергии в электрической сети до симметрирования , на основании выражения (5.8) определяем снижение потерь электрической энергии, обусловленное уменьшением коэффициентов обратной и нулевой последовательностей токов в линии 0,38 кВ и трансформаторе потребительской ТП. 5.2 Расчет экономического эффекта от снижения потерь электроэнергии в сетях 0,38 кВ Абсолютный годовой экономический эффект от внедрения беззатратных организационных мероприятий определяется по формуле (5.9): , (5.9) где – снижение потерь электроэнергии, полученное в результате внедрения беззатратных мероприятий; – удельные затраты на потери электроэнергии. По формуле (5.9) определяется экономический эффект от снижения потерь электроэнергии в сельских электрических сетях 0,38 кВ с коммунально-бытовой нагрузкой за счет частичного устранения систематической несимметрии токов в результате выравнивания нагрузок по фазам электрической сети.