Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние систем электроснабжения в сельском хозяйстве
1.1. Проблемы и ограничения существующих систем централизованного электроснабжения 8
1.2. Возможности использования линий электропередач постоянного тока для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей 16
1.3. Роль местных энергоресурсов в сельской энергетике 22
1.4. Цели и задачи исследования 28
Выводы по главе 1. 29
Глава 2. Разработка резонансной системы электроснабжения
2.1. Электрические схемы резонансной системы (PC) электроснабжения 30
2.2. Расчёт параметров резонансной системы электроснабжения 42
2.3. Разработка электрооборудования резонансной системы электроснабжения мощностью 20 кВт 55
Выводы по главе 2. 61
Глава 3. Экспериментальное исследование резонансной системы электроснабжения
3.1. Программа и методика исследований 62
3.2. Исследование резонансной системы электроснабжения с воздушной и кабельной линией 70
3.3. Производственные испытания резонансной системы электрической мощностью 20 кВт 79
Выводы по главе 3 90
Глава 4. Исследование основных направлении использования резонансной системы электроснабжения
4.1. Анализ результатов экспериментальных исследований резонансной системы электроснабжения 91
4.2. Исследование основных областей применения резонансной системы для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей 99
4.3. Расчёт технико-экономических показателей использования резонансной системы электроснабжения сельскохозяйственных потребителей 108
Выводы по главе 4. 121
Заключение 122
Литература
- Возможности использования линий электропередач постоянного тока для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей
- Расчёт параметров резонансной системы электроснабжения
- Исследование резонансной системы электроснабжения с воздушной и кабельной линией
- Исследование основных областей применения резонансной системы для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей
Введение к работе
Электрические сети России составляют более 3,1 млн. км линий электропередач 0,38 - 220 кВ, включая около 300,0 тыс. км воздушных линии (ВЛ) напряжением 35 - 220 кВ, примерно 700 тыс. трансформаторных подстанций 6 - 35/0,4 кВ. По сельской местности проходит 2,1 млн. ВЛ различных классов напряжения. В эксплуатации находятся 470 ТП. Электрические сети построены в основном в 50 - 70-е годы прошлого столетия. Требуется замена 40 % линий электропередач и трансформаторных подстанций [1].
Потери электроэнергии в электрических сетях за последние 15 лет возросли на 20 - 25 %, продолжительность перерывов в электроснабжении сельских объектов возросла до 75 ч в год [2].
Хищения (безучётное потребление) электроэнергии распределяются следующим образом: промышленность -6 %, сельское хозяйство -16 %, общественный сектор -27 %, население -51 % [3].
В 1998 году в 19 областях Центральной России снято 250 тыс. км провода с ВЛ, похищено оборудование на многих подстанциях, выведены из строя тысячи сельских трансформаторных пунктов [4].
Вопросы электроснабжения сельских территорий должны решаться на более высоком техническом уровне с использованием новых принципов построения сетей и технических решений. Электроснабжение должно быть надежным, приемлемым по стоимости и экологически безопасным.
Система электроснабжения в сельском хозяйстве была сформирована в 60 годы 20 века. 70 % территории страны, где проживает 15 % населения, не имеет централизованного снабжения электрической энергией из-за высокой стоимости строительства и эксплуатации линий электропередач [5]. Значительно повышает затраты на строительство и создание централизованных систем электроснабжения вырубка просек в лесных районах и постоянное поддерживание линий электропередач в процессе их эксплуатации, необходимость повышения механической устойчивости линии согласно требованиям ПУЭ 7-го издания, а также строительство электрических сетевых объектов в экстремальных климатических условиях. Элек трическая энергия вырабатывается в отдалённых районах в основном, дизельными электрическими станциями (ДЭС), топливо к которым завозят танкерами, а в чрезвычайных условиях вертолётами, как, например, в Корякском автономном округе.
Создание автономных электроэнергетических систем, работающих на возобновляемой энергии, в этих районах требует также значительных затрат.
Для электроснабжения удалённых сельскохозяйственных потребителей от централизованных систем электроснабжения разработана в ВИ-ЭСХе резонансная система передачи электрической энергии по однопро-водниковой воздушной или кабельной линии [6].
Настоящая работа выполнена в соответствии с общими положениями Федерального Закона «Об электроэнергетике» от 26 марта 2003 года № 35ФЗ, а также в соответствии с заданием Программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2001-2005 годы. Россельхозакадемии по «Созданию техники и энергетики нового поколения и формирование эффективной инженерно-технической инфраструктуры агропромышленного комплекса», с «Концепцией развития электрификации сельского хозяйства» до 2010 года (принятой в 2001 году Минсельхозом РФ и Россельхозакадемией), с «Основными направлениями развития распределительных электрических сетей на период до 2015 года» (ОАО «ФСК ЕЭС») [1].
Проблемы экологической безопасности и надежности электроснабжения с учётом возрастающей стоимости земельных участков могут решаться при переходе от воздушных к кабельным линиям электропередачи. Однако кабельные линии передачи электроэнергии на большие расстояния возможны только на постоянном токе.
Поэтому весьма актуальной является проблема повышения эффективности передачи и распределения электроэнергии, особенно в сельской местности для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей, отличающихся значительной протяжённостью.
В качестве одного из эффективных средств снабжения электроэнергией сельскохозяйственных потребителей может рассматриваться резонансная система передачи и распределения электроэнергии, предложенная в работах Н. Тесла [7,8].
Цель диссертационной работы состоит в разработке основных элементов резонансной системы передачи электроэнергии сельскохозяйственным потребителям при соответствующем качестве электроэнергии и заданном уровне надёжности электроснабжения, которая обеспечит снижение потерь электроэнергии в линиях, расхода цветных металлов и стоимости электрооборудования при строительстве электрических сетей.
Задачи исследования:
- анализ состояния и проблем развития систем электроснабжения сельскохозяйственных потребителей;
- обоснование возможности использования резонансного метода для передачи электрической энергии;
- разработка схем и основных технических решений для резонансной системы передачи электрической энергии;
- разработка аналитических методов и методик расчёта параметров и режимов работы резонансной системы;
- разработка и экспериментальное исследование элементов электрооборудования резонансной системы;
- определение основных условий и технико-экономические показателей применения резонансной системы электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.
Методика исследования основана на использовании теоретических основ электротехники, методов расчета резонансных контуров, теории электромагнитного поля, техники высоких напряжений, техники передачи электрической энергии в электрических сетях.
Впервые теоретически разработаны и экспериментально подтверждены новые технические решения для передачи электрической энергии по однопроводниковой линии с использованием резонансного режима.
Разработаны инженерные методы расчёта резонансной электрической линии для передачи электрической энергии (мощности) и разработана, создана и испытана экспериментальная установка однопроводниковой линии для передачи электрической энергии напряжением 10 кВ, мощностью 20 кВт. Решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке № 20031033618/09 (003804) от 07.02.2003г выдан 17 марта 2005г.
Реализация принципов передачи электроэнергии по однопроводниковой линии обеспечит:
Научно-технические разработки, инженерные расчёты и результаты испытаний практически использованы:
- в ООО «Сургутгазпром» при создании комплекта оборудования для передачи электрической энергии по однопроводниковой линии станции катодной защиты и водозаборных сооружений КС-5 Южно-Балыкского ЛПУ МГ мощностью 20 кВт, напряжением 10 кВ;
- в РФЯЦ-ВНИИЭФ при разработке и проведении испытаний экспериментального образца однопроводной энергетической системы для передачи информации (договор от 21.06.2002 № 3834К);
- в ООО «Новатранс-Техника» при проработке схемы электропитания троллейбуса по однопроводной контактной сети.
Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 14 научных работах и доложены на 2-й Международной научно-технической конференции (3-5 октября 2000 года, Москва -ВИЭСХ) «Энергосбережение в сельском хозяйстве», на 3-й Международной научно-технической конференции (14-15 мая 2003 года, Москва, ГНУ ВИЭСХ), на 4-й Международной научно-технической конференции (12-13 мая 2004 года, Москва, ГНУ ВИЭСХ) и на 3-й научно-практической конференции (16-18 июня 2004 года, Москва, ГНУ ВИМ), на 5-й Международной научно-технической конференции (16-17 мая 2003 года, Москва, ГНУ ВИЭСХ). Действующий макетный образец получил Золотую медаль на международной выставке «Энергетика будущего». Получен патент РФ.
Возможности использования линий электропередач постоянного тока для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей
Вопрос о том, какими должны быть линии электропередачи: на переменном или постоянном токе, обсуждается в научных и периодических журналах много десятков лет [27,28].
Силами созданного в 1945 году НИИ постоянного тока (НИИПТ) и других организаций в 1950 году была создана первая опытно- промышленная линия постоянного тока (ЛПТ) Кашира—Москва, которая по ряду показателей была близка к ЛПТ Эльба-Берлин. В 1962 году с использованием отечественного оборудования была введена в эксплуатацию ЛПТ напряжением ±400кВ, 900 А, 720 МВт Волгоград - Донбасс протяжённостью 800 км [29].
В конце 60-х годов начато проектирование сверхмощной ЛПТ напряжением ±750 кВ, Экибастуз-Центр протяжённостью 2400 км. Для этой ЛПТ было разработано и в основном создано отечественное оборудование и сооружена значительная часть линии. Однако, сооружение этой передачи не доведено до завершения. На принципах, используемых при разработке ЛПТ Экибастуз-Центр, была создана вставка постоянного тока между энергосистемами Финляндии и России [29].
Линии постоянного тока имеют следующие особенности:
1. Они не требуют расчета устойчивости. Связь отдельных систем линиями постоянного тока допускает несинхронную совместную работу их на различных частотах.
2. Напряжение в таких линиях более равномерно, так как в установившемся режиме они не генерируют реактивной мощности.
3. Кратности внутренних перенапряжений на линиях постоянного тока ниже, чем на линиях переменного. Это значит, что при одинаковых уровнях изоляции для линий передач постоянного тока можно применять более высокое напряжение.
4. Конструкции линий постоянного тока проще, чем линии переменного тока; при этом снижается число гирлянд изоляторов, расход металла.
5. Направление потока мощности можно изменять автоматическим переключением в устройствах сеточного управления вентилей (выпрямителей и инверторов). Такие линии называются реверсивными. Максимальная пропускная способность линий постоянного тока обычно ограничивается пропускной способностью преобразовательных подстанций. Номинальным напряжением линий электропередачи постоянного тока считается обычно напряжение между полюсом и землей [30].
Использование ЛПТ обосновывается рядом специфических характеристик, наиболее существенные из которых:
1. Меньшие по сравнению с В Л переменного тока затраты на передачу киловатт-часа энергии при равных условиях надежности в случае превышения некоторой длины линии. Эта характеристика выражается зависимостью капитальных затрат от длины линии биполярной ЛПТ и двух-цепной ВЛ переменного тока при приблизительно равных условиях надёжности и прочих равных условиях [30]. Критическое значение длины линии, при котором капитальные вложения в ВЛ переменного тока и ЛПТ становятся приблизительно равными, составляет L ю». = 600-1000 км. Это соотношение характерно для широкого диапазона номинальных мощностей Р ном.= 300 -5000 МВт. Некоторое смещения L ЮР. в сторону меньших значений при увеличении Р НОм определяется снижением удельной стоимости преобразовательных подстанций при увеличении их мощности. Значение L КР. увеличивается при необходимости наличия более двух преобразовательных подстанций [29].
При необходимости дальнейшего повышения требований к надежности передачи, например, снижения допустимого уменьшения пропускной способности в случае отключения одного элемента электропередачи, в варианте ЛПТ обычно повышают форсировочную способность преобразовательных подстанций, что обходится дешевле, чем соответствующие мероприятия для ВЛ переменного тока, связанные с повышением про
пускной способности в послеаварийном режиме передачи, прежде всего по условиям устойчивости [30].
2. Более очевидно преимущество ЛПТ с учетом изложенного в п. 1, если проблему надежности рассматривать более широко. В частности, ЛПТ имеет безусловное преимущество с точки зрения сохранения работоспособности и обеспечения максимального эффекта взаимопомощи при возникновении аварийных небалансов в объединяемых энергосистемах. При специальной организации управления мощностью ЛПТ, если это необходимо, обеспечивает автоматическое выравнивание небаланса мощности объединяемых частей энергосистемы, но при этом исключается опасность недопустимой перегрузки и нарушения устойчивости, усугубляющей аварийную ситуацию. Одним из важнейших преимуществ ЛПТ по сравнению с ВЛ переменного тока является ограничение распространения аварийных процессов на объединенные энергосистемы [31].
3. Протекание переходных процессов и их влияние на устойчивость энергообъединения следует рассматривать в двух аспектах.
Во-первых, характерная для ЛПТ (в том числе многоподстанцион-ной) особенность, связанная с возможностью одновременного, полного сброса мощности всех подстанций при коротком замыкании на стороне переменного тока вблизи шин одного из инверторов. Это, естественно, отрицательное свойство ЛПТ. Однако современные средства регулирования ЛПТ позволяют быстро ликвидировать последствия этого процесса [31].
Во-вторых при развивающихся аварийных процессах в одной из энергосистем, в том числе с нарушением устойчивости и длительным асинхронным ходом, направленным воздействием на ЛПТ может быть оказана действенная помощь аварийной системе со стороны остальных. В зависимости от характера аварийного процесса может быть увеличена или снижена выдаваемая из системы в сеть постоянного тока мощность выпрямителя, либо соответственно сброшена или увеличена принимаемая из сети постоянного тока мощность инвертора [31].
Расчёт параметров резонансной системы электроснабжения
Расчёт резонансной электрической системы сводится к определению индуктивных, ёмкостных и активных сопротивлений и частотных параметров передающего колебательного контура, однопроводной линии и приёмного колебательного контура. Коэффициенты и параметрические величины, используемые в расчёте, частично взяты из справочных и нормативных документов, частично определены расчётным и экспериментальным путём. Они обоснованы в соответствующих параграфах настоящей главы и подтверждены экспериментально.
Целью расчёта является определение основных энергетических, электрических и конструктивных параметров передающего и приёмного колебательных контуров, а также передающей линии.
Технические требования к электрооборудованию резонансной энергетической системы PC: электрическая мощность на выходе Р = 20 кВт, на входе 25 кВт, резонансная частота передачи 1-5 кГц. На входе и выходе используется трёхфазный ток с напряжением в линии 380/220 В, 50 Гц. Параметры приёмного контура: - напряжение постоянного тока (после выпрямителя): U0 = 380V2 =537,4 В; - ток в цепи постоянного тока с учётом КПД инвертора 0,94: т _ 20-103 _ао л 1о = =39,5 А; 537,4-0,94 - сопротивление нагрузки в цепи постоянного тока: 537 4 ,,, гн = — = 13,6 ом: н 39,5 - ёмкость конденсаторной батареи (ёмкостного фильтра) для двух периодной схемы выпрямления: 2qarH где: q = 0,01 - 0,1 - коэффициент пульсаций; со - 50 Гц. сф = 7350 мкф. 2-0,1-50-13,6 Выбираем ёмкость в фильтре: Сф = 7000 мкф. Для расчёта передающего колебательного контура берём за основу технические данные преобразователя «Петра» - 0115А - 25 - 5,0. Напряжение на выходе преобразователя: UBUX 500 В, частота 2-4 кГц, рабочий ток: 1н = 50 А. Передающий колебательный контур состоит из ёмкости, входящей в состав преобразователя «Петра» и индуктивности низковольтной обмотки повышающего высокочастотного трансформатора. Напряжение на линии и выходное напряжение высоковольтной обмотки принимаем равными - 10 кВ. Определим параметры электрических элементов контура. Ріндуктивность низковольтной обмотки при условии высокой добротности (гш « XL), где: гно - сопротивление контура; = 536,7л кГн L = XL- индуктивное сопротивление катушки.
Низковольтную катушку передающего контура получаем путём намотки параллельно 4 проводами ПВЗ-25 одновременно. Ширина одного витка из четырёх проводов ПВЗ-25 составит: 10 х 4 = 40 мм. Число витков в одном слое составит: 400 : 40 =10 витков. Катушка состоит из 26 витков, следовательно в катушке будет: 26 : 10 = 2,6 слоя. Длину провода низковольтной катушки передающего контура определим по среднему диаметру. Начальный диаметр катушки равен диаметру высоковольтной катушки -0,84 м. Диаметр провода ПВЗ-25 равен -0,01м. Средний диаметр равен -0,86 м. Длина среднего витка равна -2,7 м. Общая длина обмотки из 4 проводов -280,8 м.
Определим число витков высоковольтной обмотки повышающего высокочастотного трансформатора.
Напряжение на входе контура 500 В, на выходе -10 кВ, следовательно: К = —г- = —-— = 20. Для обычного трансформатора число витков высоковольтной обмотки: п2 = К л, = 20 26 = 520 витков. Для четвертьволнового трансформатора число витков высоковольтной обмотки выбирается из условия, что длина половины линии, включая длину высоковольтной обмотки, должна быть примерно равна четверти длины волны. Для / = 3 кГц, Л — = 25 км. Принимаем длину половины линии 23 км, а длину высоковольтной обмотки трансформатора 2 км. Средняя длина витка 2,1 м, число витков 2000 пс„ „ п2 = = 952 витка. Принимаем п2 = 950 витков. z,i Произведём расчёт изготовленных нами контуров. Определим индуктивность LB высоковольтных обмоток по формуле: [48] 0,32-а2-и2 в 6а + 9Ь + \0с где: а = 35,4см - средний радиус намотки; Ъ = 40см - длина катушки; п = 952 - число витков катушки; с = 23,3см - высота намотки катушки; і всек ц = 1 магнитная проницаемость в катушке без сердечника. А см Получим индуктивность высоковольтных катушек: LB = 450 мГн Индуктивность LH низковольтной катушки передающего контура из 4х параллельно намотанных проводников определяются по формуле: [48,49] г 0 0395-я2-а2 LH = К-// мкГн, о а = 43,5см - радиус намотки; b = 40см - длина катушки; п = 19 - число витков катушки; К = 0,52 - коэффициент, зависящий от отношения —, определяется по гра Ъ фику рис. 2.14. [48]. в-qeK //=1 магнитная проницаемость в катушке без сердечника: А -см Получим: LH =350мкГн. Измерения индуктивности LH RLC-метром марки ESCORT ELC-13 ID на частоте 1 кГц: LH =369.3мкГн.
Определим собственную индуктивность - L0, собственную (меж витковую) ёмкость -С0 ,а затем и собственную результирующую частоту -f0 высоковольтных катушек приёмного и передающего контуров. Для этого воспользуемся стандартной методикой измерения двух «резонансных частот» при известных, параллельно подключённых двух внешних ёмкостях С0 и С, по схеме рис. 2.15. л+ % Рисунок 2.15 - Схема параллельно подключённой ёмкости Методика измерения: параллельно испытуемой высоковольтной катушке с собственными (10 и С0) подключается конденсатор С, = 0,025 мкф и измеряется с помощью генератора ГЗ-33 и двухлучевого осциллографа С1-74 резонансная частота контура /0,= 1428 Гц, которая определяется по формуле: /01 = Затем вместо конденсатора С, подключается дру гой конденсатора С2 = 0,05 мкф и производится измерение аналогичным методом резонансной частоты /02 = 1008 Гц и так же определяется по формуле:
Исследование резонансной системы электроснабжения с воздушной и кабельной линией
Разработанный нами комплект оборудования PC смонтирован на территории ВИЭСХ рис. 3.5 и 3.6. Воздушная линия имеет длиной 472 м, а кабельная линия длиной 1256 м проложена в земле рис. 3.5-3.8. Испытания и исследования PC проводились с воздушной или кабельной линии, а также с последовательно соединёнными воздушной и кабельной линиями. Электрическая схема РВС с двумя трансформаторами Тесла, показана на рис. 3.5.
Электрическая энергия напряжением 380 В (три фазы) подаётся на регулируемый выпрямитель напряжения - 4, разработанный к.т.н. Верютиным В.И. (ВИЭСХ), который изменяет напряжение в пределах от 70 В до 560 В рис. 3.5. Выпрямленное напряжение подаётся в преобразователь частоты-5 рис. 3.5. На выходе преобразователя получаем частоту 1 ч-10 кГц в зависимости от выбранных параметров контуров. Далее энергия поступает в передающий последовательный резонансный контур - 1, рис. 3.5.
Воздушная линия смонтирована зигзагообразно во дворе института высоковольтным проводом ПВВ-1. Провод подвешен на капроновом шнуре на высоте 4 -5 м, расстояние между опорами 4 6 м, как показано на рис. 3.6. (рис. 3.9) представлены результаты многократных измерений параметров вольтамперной характеристики (ВАХ) понижающего трансформатора в зависимости от напряжения на линии при различной нагрузке. Измерения проводились при диаметре провода линии 0,08 - 1,3 мм. Было показано, что параметры ВАХ не зависят от диаметра провода линии. По углу наклона ВАХ к оси напряжений было определено внутреннее сопротивление низковольтной обмотки понижающего трансформатора, при UH= 6,8 кВ, равное 1,34 Ом.
На выходе низковольтной обмотки принимающего резонансного контура ток выпрямляется выпрямителем - 6 и подаётся в нагрузку - 7 рис. 3.5. Нагрузочный модуль выполнен из 24 ламп накаливания (ЛН) общей мощностью 24 кВт. Результаты испытаний узлов комплекта электрооборудования РС-20представлены табл. 3.9.
В качестве нагрузки в лабораторных условиях использовались лампы накаливания мощности 500 Вт и 1000 Вт с цоколем Е27 и Е40, ртутные и натриевые лампы высокого давления типа ДРЛ и ДНаТ мощностью 250 и 400 Вт с балластными дросселями, асинхронные электродвигатели с корот-козамкнутым ротором общей мощностью 20 кВт.
Результаты измерения электрических параметров, узлов и общие характеристики РС-20 представлены в табл. 3.9 и 3.10.
Комплект оборудования резонансной электрической системы мощностью 20 кВт (РС-20) разработан и изготовлен по заказу ООО «Сургутгаз-пром» для электроснабжения станций катодной защиты и водозаборных сооружений линейных участков магистрального газопровода. Комплект оборудования PC состоит из преобразователя частоты ПЧ, повышающего передающего ВЧ трансформатора ТР 1, понижающего приёмного ВЧ трансформатора ТР 2 и инвертора с нагрузкой. Разработанный комплект оборудования резонансной электрической системы позволяет осуществлять передачу электрической энергии в резонансном режиме. Обоснование резонансного метода преобразования и передачи электроэнергии и результаты проведенных перед отправкой оборудования заказчику лабораторных исследований технических характеристик и режимов работы оборудования, представлены нами в работах [43,4 -47,54,61-70].
По согласованию с заказчиком производственные испытания проводились на компрессорной станции КС-5 Южно - Балыкского линейно - производственного участка под руководством и при непосредственном участии к.т.н. Некрасова А.И. Для проведения испытаний и размещения электротехнического оборудования были построены специальные укрытия размером 1,8 х 1,8 х 2,5 м, каркас которых изготовлен из уголка 50 мм, а стенки из профилированной оцинкованной жести. Оба укрытия закреплены на 4 опорах высотой 0,8 м и установлены на бетонных плитах. Укрытие предающего ВЧ трансформатора ТР 1 с конденсатором колебательного контура и электроизмерительными приборами расположены рядом с закрытым распредустройством 10/0,4кВ (ЗРУ-10/0,4№ 2), в тамбуре которого установлен преобразователь частоты (ПЧ) «Петра». Укрытие приёмного ВЧ трансформатора ТР 2 расположено рядом с насосной станцией хозяйственного и пожарного водоснабжения (ХПВ) на расстоянии 100 м от укрытия трансформатора ТР 1. Рядом с приёмным трансформатором ТР 2 смонтировано временное укрытие от дождя размером 3 х 3 х 2 м для преобразователя частоты Р-22, нагрузочного модуля из ламп накаливания (ЛН) мощно 79 стью 24 кВт с дросселем, электрокалорифером мощностью 16 кВт, электродвигателя ДМ 160 М ВЧ ОМ5 11 кВт, 1450 об/мин и электроизмерительных приборов. В качестве нагрузки также использовался электродвигатель РДМ 160 В20М5,3 ф. 380 В, 15 кВт, 2898 об/мин электронасоса K80-100-200.Q = 50м3/ч, Н = 50 м, работающего в системе насосной станции.
Однопроводная линия, соединяющая трансформаторы ТР1 и ТР2, выполнена изолированным проводом ПВВ-1 по кабельной эстакаде, проходящей по территории КС-5 и по проводам ВЛ-10. На траверсах опор ВЛ-10 кВ установлены изоляторы типа ШС-10, а в укрытии -проходные изоляторы П-10/630-МПУ-7. На всех участках линии, проходящей по эстакаде, провод закреплялся на изоляторах, изолированных прокладках и растяжках, не касаясь металлических конструкций или веток деревьев. Линия выполнена из изолированного провода ПВВ-1 и составила 700 м, а общая длина линии с использованием проводов участка ВЛ-10 составляет 1600 м. Для проведения опытного включения, наладки и проверки работоспособности смонтированного на месте проведения испытаний комплекта оборудования РВС -20 и исследования режимов его работы, вся линия сооружена из нескольких участков. Линия № 1 длиной 100 м выполнена проводом ПВВ-1, на открытом воздухе на изоляторах, закреплённых на металлических опорах из труб высотой 5-6 м. Линия № 2 длинной 160 м (одна бухта) выполнена также проводом ПВВ-1, который проложен (прикопан) зигзагообразно по болотистой земле, притоплен в воде и проходит частично по металлическим конструкциям лежащим на земле. Линия № 3 проложена по кабельной эстакаде, выполнена проводом ПВВ-1 длиной 600 м и при последовательном соединении с линией № 1 или линией № 2 может иметь длину 700 или 760м. Линия № 4 длиной 1600 м состоит из линии № 3 с проводом ПВВ-1 и участка ВЛ-10 кВ длиной 900м с проводом А-50.
Исследование основных областей применения резонансной системы для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей
При новом строительстве целесообразно использовать кабельную PC с проводом сечением 1 мм , проложенным в земле. Кабельная линия проста в эксплуатации, дешевле при монтаже, обладает высокой степенью надёжности при воздействии гололёда и ветровых нагрузок.
Сравним электрические параметры однопроводного и четырёхпро-водного кабелей. Для измерения использовали два кабеля одинаковой длины по 17,46 м: кабель ПВВ-1 однопроводниковый, с сечением медной жилы 1мм и изоляцией 15 кВ, который был использован для прокладки кабельной линии PC в ВИЭСХ с передачей электрической мощности 20,4 кВт и кабель ВВГ-4х 10 четырёхжильный, три фазы и нулевой провод, площадь сечения каждой медной жилы по 10 мм . Электрические параметры кабеля ПВВ-1 представлены в табл. 4.1, кабеля ВВГ -4x10 представлены в табл. 4.2. и табл. 4.3. Измерения проводили RLC-метром марки ESCORT ELC- 13ID на частоте 1 кГц и 120 Гц, а так же на постоянном токе прибором Ц 43 54-М 1. Измерения электрических параметров обоих кабелей проводились между одноимёнными концами кабеля. Измерение сопротивления изоляции R0 проводилось между различными жилами кабеля. Из сравнения двух типов кабелей делаем вывод, что меди в одножильном кабеле ПВВ-1 в 40 раз меньше, чем в четырехжильном кабеле ВВГ-4х 10, следовательно, и цена значительно ниже.
Сравнивая удельные параметры L0, С0 и R0 двух кабелей, видим, что у четырёхжильного кабеля ВВГ-4х 10 примерно в 3 три раза выше индуктивность и ёмкость по сравнению с одножильным кабелем ПВВ-1. Поэтому трёхфазные кабельные линии передачи электроэнергии на переменном токе имеют ограниченное применение в сельском хозяйстве. Применение резонансной системы электроснабжения в перспективе существенно снизит за траты на передачу электрической энергии и позволит электрифицировать мобильные технологические процессы при производстве сельскохозяйственной продукции.
Возобновляемые источники энергии все чаще рассматривают как альтернативные источники энергии для сельской электрификации. Локальные небольшие энергосистемы, включающее ветровые и гидроэлектрические установки, солнечные фотоэлектрические модули и дизельные электростанции, работающие параллельно, конкурентоспособны и экономически приемлемы для электрификации домов в отдаленных, изолированных от энергосистем районах. При использовании местных энергосистем, основанных на возобновляемых источниках энергии, также необходимо решать проблемы устойчивости системы, состоящей из нескольких генераторов, примерно одинаковой мощности. Потери в сетях местных энергосистем также могут быть велики, так как малая гидростанция на реке, а также ВЭС, установленная на холме, могут быть удалены от потребителя (фермы) на большое расстояние.
Использование местных энергосистем на основе возобновляемых энергоресурсов (ВИЭ) уменьшает потери в магистральных линиях за счёт генерации энергии в месте потребления, повышает надёжность электроснабжения, улучшает экономическую ситуацию и энергетическую безопасность регионов.
Технологические варианты включают малые гидроэлектростанции, генераторы, работающие на топливе из биомассы, малые геотермальные установки, фотоэлектрические и гелиотермические установки, ветровые турбины и гибридные системы с резервными дизель-генераторами, которые могут подключаться к электросетям общего пользования.
В электрических сетях возникают специфические проблемы, связанные с их неэффективным использованием, включая потери при передачи энергии и высокие капитальные вложения на их расширение с целью электрификации удаленных районов с низкой плотностью населения. Например, офшорные ветровые установки, малые гидростанции или геотермальные ге-неоатооные установки, зачастую находятся на значительном оасстоянии от
потребителей. При этом требуется сооружение дорогостоящих линий электропередачи, потери электроэнергии в которых обычно составляют от 6 до 10 % [86].
Гибридные системы, состоящие из небольших параллельно работающих генераторов одинаковой мощности, подвержены электромагнитной нестабильности при совместной работе, обусловленной колебаниями потенциала ВЭИ или нагрузки в электросети [88].
PC может быть использована для уменьшения потерь в местных энергосистемах при передачи энергии от возобновляемых источников энергии. Нами проведены испытания PC с электроснабжением от солнечной фотоэлектрической установки мощностью 100 Вт.
