Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ режимов работы четырехпроводной сети низкого напряжения электротехнического комплекса предприятия 10
1.1 Симметричный режим работы линейной нагрузки 10
1.2 Несимметричный режим работы линейной нагрузки 12
1.3 Режим работы с симметричной нелинейной нагрузкой 19
1.4 Режим работы с несимметричной нелинейной нагрузкой 21
1.5 Современные способы компенсации несинусоидальности и несимметрии 22
1.5.1 Способы компенсации несимметрии 25
1.5.1.2 Применение замкнутых и полузамкнутых схем 28
1.5.1.3 Особые соединения обмоток распределительных трансформаторов 28
1.5.1.4 Современные силовые электронные устройства 31
1.5.1.5 Применение электромашинных преобразователей 31
1.5.2 Устройства компенсации несинусоидальности 32
1.5.2.1 Применение линейных дросселей 32
1.5.2.2 Применение пассивных фильтров 33
1.5.2.3 Применение активных фильтров высших гармоник 35
1.5.2.4 Применение гибридных фильтров высших гармоник 37
1.6 Характерные схемы электроснабжения 38
Выводы к главе 1 50
Глава 2 Факторы, влияющие на величину нулевого тока 52
2. 1 Анализ экспериментальных данных 52
2.2 Факторы, оказывающие влияние и накладывающие ограничения на ток нулевого провода 60
Выводы к главе 2
Глава 3 Выявление влияния различных факторов на величину тока нулевого провода 65
3.1 Влияние нелинейной нагрузки на величину тока в нулевом проводе. 65
3.2 Влияние несимметричной нагрузки на величину тока в нулевом проводе 69
3.3 Взаимовлияние несимметрии токов фаз и несинусоидальности нулевого провода, а также факторы, ограничивающие это взаимовлияние 73
Выводы по главе 3 77
Глава 4 Алгоритм выбора эффективного способа уменьшения тока нулевого провода 79
4.1 Моделирование режимов работы электротехнического комплекса 79
4.2 Зависимость величины тока в нулевом проводе от коэффициентов несимметрии и несинусоидальности в их взаимосвязи 80
4.3 Оценка экономической эффективности выбора устройств компенсации тока нулевого провода 89
4.4 Практическое применение алгоритма выбора эффективного способа уменьшения тока нулевого провода 97
Выводы по главе 4 103
Заключение 105
Список литературы
- Режим работы с симметричной нелинейной нагрузкой
- Факторы, оказывающие влияние и накладывающие ограничения на ток нулевого провода
- Взаимовлияние несимметрии токов фаз и несинусоидальности нулевого провода, а также факторы, ограничивающие это взаимовлияние
- Зависимость величины тока в нулевом проводе от коэффициентов несимметрии и несинусоидальности в их взаимосвязи
Введение к работе
Актуальность работы
В электротехнических системах в последнее время все чаще используются мощные электроприемники, которые вносят значительные искажения в напряжение питающей электросети. Это оборудование часто требует высококачественного питания для их безупречной работы. Но, так как оно само является основным генератором нарушений, то в конечном итоге очевидно взаимовлияние работы оборудования и качества электроэнергии. Дополнительной проблемой в этом случае для четырехпроводной системы является увеличение нагрузки на нулевой провод. Асимметрия нагрузки по фазам усиливает негативный эффект. Особенно существенное влияние это имеет на эксплуатируемые сети, к которым подключается новая нелинейная нагрузка. Это значительно влияет на срок службы кабельных линий и надежность электроснабжения. В 2013 году при замене ГОСТ Р 50571.15-97 на ГОСТ Р 50571.5.52-2011 были изменены требования к нулевому проводнику. Если в ГОСТ Р 50571.5.52-2011 нет ограничения на величину сечения нулевого провода, то в ГОСТ Р 50571.15-97 оно ограничивалось сечением фазного проводника. Таким образом возникла новая ситуация относительно тока нулевого провода, сечения провода и других факторов, влияющих на величину тока. В этих условиях для действующего предприятия, модернизирующего свою электрическую нагрузку, ток нулевого провода в 4-х проводной системе которого может в несколько раз превышать фазный, отсутствует комплексное решение задачи уменьшения тока нулевого провода в зависимости от параметров, влияющих на его величину.
Применение компенсирующих устройств по подавлению высших гармоник, способов компенсации несимметрии или увеличения сечения нулевого провода – это те способы, которые предлагаются ведущими учеными. Среди них следует выделить: A. Baggini, Z. Hanzelka, M. Ramos, C. Tahan, И.В. Жежеленко и др. Однако никем не предложено решение, учитывающее влияние всех определяющих факторов на величину тока нулевого провода в комплексе.
Отсюда следует, что тема работы является актуальной, так как связана с энергоэффективностью предприятий и с обеспечением бесперебойной работы оборудования.
Диссертация соответствует паспорту специальности 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы (технические науки): п.2
«Обоснование совокупности технических, технологических, экономических, экологических и социальных критериев оценки принимаемых решений в области проектирования, создания и эксплуатации электротехнических комплексов и систем»; п.3 «Разработка, структурный и параметрический синтез электротехнических комплексов и систем, их оптимизация, а также разработка алгоритмов эффективного управления».
Цель работы
Обеспечение бесперебойной работы оборудования электротехнического комплекса предприятия путем оптимизации величины тока в нулевом проводе в его низковольтной четырехпроводной системе электроснабжения.
Основные задачи исследования
-
Выявление основных факторов, определяющих изменение тока нулевого провода в четырехпроводной системе электроснабжения;
-
Определение зависимости величины тока нулевого провода от взаимовлияния выявленных факторов;
-
Разработка критерия выбора параметров устройств, обеспечивающих бесперебойность работы оборудования;
-
Разработка алгоритма выбора параметров устройств, обеспечивающих бесперебойность работы оборудования;
-
Оценка эффективности применения разработанного алгоритма.
Идея работы
Минимизация степени влияния на бесперебойность работы оборудования гармонического состава тока и несимметрии нагрузки достигается применением разработанного критерия выбора технических решений и параметров компенсирующих устройств.
Методология и методы исследования
Для решения поставленных задач использовались методы теории электрических цепей и электроснабжения, математического моделирования электрических цепей с использованием пакета MATLAB, интерполяции и аппроксимации данных, экспериментальные исследования режимов работы электрической цепи.
Научная новизна
-
Выявлены основные факторы, влияющие на величину тока нулевого провода в низковольтной 4-х проводной сети с учетом изменчивости нагрузки предприятия;
-
Выявлена взаимозависимость основных факторов, определяющих величину тока нулевого провода, в виде универсальных аналитических выражений;
-
Разработан критерий выбора параметров компенсирующих устройств, обеспечивающих бесперебойность работы электрооборудования при наличии значительных величин тока нулевого провода;
-
Разработан алгоритм выбора параметров технических устройств, обеспечивающих устойчивую работу электрооборудования при изменении его характеристик.
Личный вклад автора
-
Проведены экспериментальные исследования на предприятии по определению показателей несимметрии и несинусоидальности в электрической сети низкого напряжения;
-
Разработана имитационная модель электрической сети с несимметричной и нелинейной нагрузкой;
-
Проведены аналитические исследования, на основе которых были разработаны критерий и метод выбора параметров технических устройств, обеспечивающих устойчивую работу электрооборудования при наличии значительных величин тока нулевого провода;
-
Проведены практические расчеты для действующего предприятия по разработанному методу уменьшения тока нулевого провода до заданного значения.
Положения, выносимые на защиту:
1. Расчетную величину тока нулевого провода в четы-
рехпроводной низковольтной сети следует определять в зависимости от
коэффициента несимметрии тока по нулевой последовательности и ко
эффициента несинусоидальности тока нулевого провода с учетом со
става и параметров нагрузки, параметров распределительной сети,
уровня напряжения, конфигурации сети и сечения нулевого провода,
что повысит эффективность выбора технических решений по обеспече
нию заданного значения тока.
2. Выбор устройств компенсации высших гармоник тока нуле
вого провода и несимметрии в трехфазной четырехпроводной распре-
делительной системе с нелинейной нагрузкой определяется соотношением коэффициентов несимметрии и несинусоидальности по разработанному критерию эффективности компенсации, учитывающему сечение нулевого провода, что позволит обеспечить снижение влияния тока нулевого провода на работу электротехнического комплекса предприятия.
Достоверность выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждается применением апробированных методов математического и имитационного моделирования и достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований значения тока в нулевом проводе.
Практическая значимость работы
Заключается в том, что результаты, полученные на основе применения разработанного метода выбора оптимального технического решения для минимизации влияния тока нулевого провода на бесперебойность работы электрооборудования предприятия, могут лежать в основе промышленной реализации на предприятиях, содержащих вновь подключаемую несимметричную и (или) нелинейную нагрузку. За счет внедрения метода по разработанному алгоритму можно исключить перерывы в электроснабжении, вызванные превышением допустимого значения тока нулевого провода.
Реализация выводов и рекомендаций работы
Алгоритм применения критерия выбора параметров компенсирующих устройств, обеспечивающих минимальное значение тока в нулевом проводе, апробирован на четырехпроводной трехфазной системе электроснабжения СЗГМУ им. И. И. Мечникова.
Апробация
Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на: «II-й Всероссийской (с международным участием) молодежной научно-практической конференции «Введение в энергетику», г. Кемерово, 23-25 ноября 2016 г., конференции 2017 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, г. Санкт-Петербург, 1-2 февраля 2017 г.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 в научных изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации.
Структура и объем работы
Режим работы с симметричной нелинейной нагрузкой
Cимметричный режим работы возможен только при полностью одинаковой нагрузке во всех трех фазах, что в современных условиях зачастую невозможно выполнить.
Как правило, источниками несимметричной нагрузки являются однофазные электроприемники. В меньшей степени наблюдается трехфазная нагрузка с неравномерно распределенной загрузкой фаз [26].
В представленной работе рассматриваются длительные несимметричные режимы, которые, в отличие от кратковременных, представляют собой наиболее распространенный вид несимметрии в установившемся режиме электропотребления. Отметим, что к кратковременным относятся прежде всего аварийные режимы.
Несимметрию напряжений и токов, возникающую из-за несимметрии элементов сети, называют продольной.
Поперечной называют несимметрию токов и напряжений, возникающей из-за подключения к электрической сети несимметричных нагрузок. Поперечная несимметрия также может возникать при неравенстве активных и реактивных сопротивлений отдельных фаз электроприемников.
Несимметрия как по току, так и по напряжению может возникать при следующих обстоятельствах: разные нагрузки в различных фазах; неполнофазная работа линий или других элементов в сети; различные параметры линий в разных фазах. Установлено, что при значительной несимметрии ток нулевого провода может превышать фазные токи, что создает проблему перегрузки нулевого провода и возможного его повреждения.
В качестве примера на рисунке 1.2.1 показан график зависимости токов фаз и тока нулевого провода от времени при несимметричном режиме работы линейной нагрузки.
Напряжения будут Ua=UA; Ub=UB; Uc =ис;иф =U/3, благодаря нейтральному проводу при Z= 0. Векторная диаграмма при несимметричной нагрузке приведена на рисунке 1.2.2 [27]. Векторная диаграмма токов и напряжений трехфазной четырехпроводной несимметричной системы Несимметрия напряжений и токов характеризуется следующими показателями: — коэффициентом несимметрии по обратной последовательности; — коэффициентом несимметрии по нулевой последовательности.
Согласно ГОСТ 32144-2013 [28] «несимметрия трехфазной системы напряжений обусловлена несимметричными нагрузками потребителей электрической энергии или несимметрией элементов электрической сети.
Показателями качества электроэнергии (КЭ), относящимися к несимметрии напряжений в трехфазных системах, являются коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности k2U и коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности k0U .
Для указанных показателей КЭ установлены следующие нормы: - значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности k2U и несимметрии напряжений по нулевой последовательности k0u в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 2 % в течение 95 % времени интервала в одну неделю; - значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности k2U и несимметрии напряжений по нулевой последовательности k0u в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 4 % в течение 100 % времени интервала в одну неделю.» Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности равен k2U = —2(1)-100 , % , (1.2.1) где и2(1) - действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В; и1(1)- действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты, В. Допускается вычислять k2U по выражению, % : ш=2(1)100 , (1.2.2) U ном.мф. где иноммф - номинальное значение междуфазного напряжения сети, В. Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности равен, % : t-0(1)100 , (1.2.3) где и0(1)- действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В. Допускается вычислять к0и по формуле, % кш=0(1) 100 , (1.2.4) U ном.ф. где иномф - номинальное значение фазного напряжения, В. Коэффициенты несимметрии для токов определяются аналогично. В [29] представлены составляющие суммарного ущерба от несимметрии, которые включают в себя дополнительные потери электроэнергии, увеличение капитальных затрат на обновление электрической сети предприятия, технологический ущерб, возникающих из-за простоя оборудования при аварийных режимах, ущерб из-за увеличения реактивной мощности, генерируемой конденсаторными батареями и синхронными двигателями и т.п.
В [30-35] представлен анализ последствий несимметрии напряжений. Так показано, что при несимметрии напряжений, равной 5%, мощность асинхронных электродвигателей в зависимости от их конструктивного исполнения уменьшается на 5-20%. Также известно, что срок службы асинхронного электродвигателя сокращается в 2 раза при несимметрии напряжений в 4%. Также установлено, «что 1% величины коэффициента несимметрии напряжений соответствует 1,73% дополнительного отклонения напряжения» [36].
Стоит отметить, что значительное воздействие на низкочастотные каналы автоматики, проводной связи и сигнализации оказывает несимметрия фазных токов оказывает [37].
Факторы, оказывающие влияние и накладывающие ограничения на ток нулевого провода
Применение пассивных LC-фильтров эффективно в том случае, когда не дает эффекта применение линейных дросселей. Пассивные фильтры конструктивно настраиваюся на определенный спектр гармоник за счет комбинаций индуктивностей и ёмкостей. Зачастую такие фильтры применяются в системах с бесперебойными источниками питания, в которых используются шестиполупериодные выпрямители. За счет этого достигается снижение несинусоидальности тока с более чем 30% до 8-10% .
На рисунке 1.5.2.2.1 изображена структура подключения пассивного фильтра. Пассивные фильтры обладают следующим рядом преимуществ: - простота проектирования и изготовления по сравнению с другими устройствами компенсации высших гармоник. - надежность и экономичность конструкции; Рисунок 1.5.2.2.1 - Схема подключения пассивного фильтра - возможность изготовления пассивных фильтров больших мощностей - в процессе использования пассивные фильтры не требуют дополнительных эксплуатационных затрат; - в пассивных фильтрах отсутствует возможность короткого замыкания в отличие от синхронных компенсаторов; - возможность коррекции коэффициента мощности и снижения падения напряжения при запуске мощных асинхронных двигателей.
В связи со всем вышесказанным пассивные фильтры получили широкое распространение во многих отраслях электроэнергетики. Однако необходимо учитывать недостатки пассивных фильтров, которые заключаются в следующем [84,85]: - узкий спектр компенсируемых гармоник, большие габариты; - возможность возникновения резонанса с сопротивлением системы питания на основной и/или других частотах; - невозможность изменения спектра компенсируемых гармоник и габаритов фильтра после установки; - возможность уменьшения эффективности работы фильтра из-за изменения его параметров, вызванных внешними воздействиями, а также старением изоляции; - для жестких систем: условие эффективной работы пассивного фильтра - сопротивление фильтра должно быть меньше сопротивления системы; - необходимость контроля коммутационных перенапряжений; - невозможность осуществления бесступенчатое управление, так как фильтр может быть либо включен, либо выключен [86].
Активные фильтры получили развитие в результате создания мощных силовых элементов – IGBT и MOSFET транзисторов, несмотря на то, что уже в 1970-х годах были сформированы основные принципы их работы.
В активном фильтре через трансформатор, подключенный параллельно или последовательно нелинейной нагрузке, включается шунтирующий управляемый выпрямитель, в качестве нагрузки которого выступает емкость на стороне постоянного тока. За управление схемы активного фильтра отвечает контроллер, который реагирует на мгновенные значения тока нелинейной нагрузки и вырабатывает сигнал управления силовой части схемы. В свою очередь силовая часть формирует компенсирующий ток, который находится в противофазе с токами гармоник, и передает его через трансформатор связи. В результате работы активного фильтра происходит подавление токов высших гармоник в зависимости от коэффициента усиления управляющей части схемы [87].
Основные типы активных фильтров: а -параллельный источник тока; б - параллельный источник напряжения; в -последовательный источник напряжения; г - последовательный источник тока
При использовании последовательной схемы активного фильтра вырабатывается компенсирующее напряжение, за счет которого происходит подавление гармонических токов. При использовании преобразователей с широтно-импульсной модуляцией активный фильтр может выполняться как по схеме с источником напряжения, так и по схеме с источником тока.
Для снижения гармонического состава тока нагрузки, вызываемого наличием нелинейных устройств, в основном применяется схема включения активного фильтра параллельно нагрузке.
Стоит отметить, что помимо подавления гармоник тока нагрузки последовательный активный фильтр также может использоваться для устранения несимметрии при работе дуговых печей и мощных электродвигателей с частыми пусками и для регулирования напряжения основной гармоники (но только в узком диапазоне). Основным недостатком применения чисто активных фильтров считается их высокая стоимость.
В конце 1980-х годов были предложены первые схемы последовательного (сериесного) и параллельного (шунтирующего) гибридных фильтров. По сравнению с параллельным активным фильтром мощность активной части гибридного фильтра в несколько раз ниже, что уменьшает проблему высокой стоимости фильтров. Вместе с тем устраняются такие недостатки пассивного фильтра, как невозможность его применения в динамических системах и высокая добротность, что является особенно важным при необходимости выбора фильтра большой мощности.
Взаимовлияние несимметрии токов фаз и несинусоидальности нулевого провода, а также факторы, ограничивающие это взаимовлияние
В этом разделе подвергнуто анализу взаимовлияние несимметрии токов фаз и несинуоидальности тока нулевого провода, а также рассматриваются факторы, ограничивающие их взаимовлияние.
До сих пор не было определено влияние на ток нулевого провода коэффициента несинусоидальности и коэффициента несимметрии в их взаимозависимости.
Для определения указанного влияния была создана математическая модель (приложение 1) , с помощью которой определялся ток в нулевом проводе в относительных единицах при изменении коэффициентов. Их изменение было принято в интервале:k0I =0-1, kn=0 + 5, т.к. при изменении амплитуды токов фаз коэффициент несимметрии по нулевой последовательности не может превышать 1, а пределы изменения коэффициента несинусоидальности выбраны исходя из статистически вероятных его значений в условиях реальной нагрузки.
Следует подчеркнуть, что поскольку kn и koI характеризуют не
мощность нагрузки, а лишь её соотношение по несимметрии и наличие высших гармоник, то полученные результаты можно обобщить на любую нагрузку, подключенную к четырехпроводной сети.
Для иллюстрации взаимозависимости вышеописанных коэффициентов было получено семейство графиков зависимости kn от k0I.
На рисунке 3.3.1 представлено семейство графиков зависимости kn от k0I при несимметрии в одной фазе, а на рисунке 3.3.2 - в двух фазах. Рисунок 3.3.1 - График зависимости kn от k0I токов фаз при несимметрии в одной из фаз
Семейство графиков получено для множества значений коэффициента несимметрии по обратной последовательности. Каждый из графиков построен для конкретных значений несинусоидальности фазных токов (см. таблицу 3.3.1). Таблица 3.3.1 - Параметры нелинейной нагрузки
Коэффициенты А и В также представлены в таблице 3.3.1: А1, В1 - для рисунка 3.3.1, А2, В2 - для рисунка 3.3.2. Выявлено, что чем выше коэффициент несимметрии фазных токов первой гармоники, тем ниже несинусоидальность тока нулевого провода. Таким образом, установлено, что возможно определить для конкретного объекта степень взаимовлияния несинусоидальности и несимметрии на ток нулевого провода.
Определена закономерность, свидетельствующая о том, что при максимальной несимметрии фазных токов третьей гармоники коэффициент несинусоидальности тока нулевого провода для каждого из случаев максимален, при минимальной несимметрии минимален.
Все это доказывает то, что на несинусоидальность тока нулевого провода влияет не только несинусоидальность фаз, но и несимметрия несинусоидальных токов в фазах, что является важнейшим фактором при выборе технических устройств компенсации тока нулевого провода. Выводы по главе 3
Выявлено, что чем выше коэффициент несинусоидальности нулевого провода при фиксированном значении несимметрии токов фаз, то тем выше действующее значение тока нулевого провода.
Полученная зависимость величины тока нулевого провода от коэффициента несинусоидальности тока нулевого провода нелинейна и не зависит от коэффициента несимметрии по нулевой последовательности токов фаз.
По результатам аналитических исследований выявлено, что при несимметрии нагрузки следует учитывать коэффициент несимметрии только по нулевой последовательности, что ранее нигде не учитывалось. Следует подчеркнуть, что поскольку kn и koI характеризуют не мощность нагрузки, а лишь её соотношение по несимметрии и наличие высших гармоник, то полученные результаты можно обобщить на любую нагрузку, подключенную к четырехпроводной сети.
Определена закономерность, свидетельствующая о том, что при максимальной несимметрии фазных токов третьей гармоники коэффициент несинусоидальности тока нулевого провода для каждого из случаев максимален, при минимальной несимметрии минимален.
Все это доказывает то, что на несинусоидальность тока нулевого провода влияет не только несинусоидальность фаз, но и несимметрия несинусоидальных токов в фазах, что является важнейшим фактором при выборе технических устройств компенсации тока нулевого провода.
Получены универсальные аналитические зависимости тока нулевого провода от его коэффициента несинусоидальности: I0 = 0,0514-kn2 +0,5802-kn + 0,8553. А также зависимость тока нулевого провода от отношения коэффициент несимметрии тока оп нулевой последовательности к коэффициенту несинусоидальности тока нулевого провода: -в Кп=А-(К01) . Таким образом, установлено, что возможно определить для конкретного объекта степень взаимовлияния несинусоидальности и несимметрии на ток нулевого провода.
Зависимость величины тока в нулевом проводе от коэффициентов несимметрии и несинусоидальности в их взаимосвязи
Коэффициент несимметрии по нулевой последовательности – 0.2. Коэффициент несинусоидальности тока нулевого провода – 4.08. Действующие значения токов фаз: А – 35 А, В – 33 А, С – 30 А. Нулевого провода – 58 А. Сечение фазных и нулевого провода сети – 6 мм 2. Необходимое сечение нулевого провода в данном режиме работы – 10 мм 2. Проверим, эффективна ли технически компенсация несимметрии. Для этого построим график зависимости минимально возможного тока нулевого провода от коэффициента несимметрии по нулевой последовательности при отсутствии несинусоидальности (рисунок 4.4.3).
График зависимости минимально возможного тока нулевого провода от коэффициента несимметрии по нулевой последовательности Таблица 4.4.1 - Таблица выбора сечения кабеля в зависимости от параметров нагрузки Сечениетокопроводящейжилы, мм 2 Медные жилы, проводов и кабелей Напряжение, 220 В Напряжение, 380 В ток, А мощность, кВт ток, А мощность, кВт Затем, опираясь на нормативную таблицу нагрузки для различных сечений нулевого провода (таблица 4.4.1), необходимо построить график зависимость минимально возможного сечения нулевого провода от коэффициента несимметрии по нулевой последовательности при отсутствии несинусоидальности.
График зависимости минимально возможного сечения нулевого провода от коэффициента несимметрии по нулевой последовательности Компенсация несимметрии неэффективна, т.к. площадь поперечного сечения существующего нулевого проводника превышает максимальные значения сечения, полученные на рисунке 4.4.4.
Проверим, эффективна ли технически компенсация высших гармоник. Для этого необходимо построить график зависимости минимально возможного тока нулевого провода от отношения коэффициента несимметрии по нулевой последовательности к коэффициенту несинусоидальности тока нулевого провода при коэффициенте несимметрии по нулевой последовательности равным 0.2.
График зависимости минимально возможного тока нулевого провода от отношения коэффициента несимметрии по нулевой последовательности к коэффициенту несинусоидальности тока нулевого провода После чего, опираясь на таблицу 4.4.1, необходимо построить график зависимость минимально возможного сечения нулевого провода от отношения коэффициента несимметрии по нулевой последовательности к коэффициенту несинусоидальности тока нулевого провода.
График зависимости минимально возможного сечения нулевого провода от отношения коэффициента несимметрии по нулевой последовательности к коэффициенту несинусоидальности тока нулевого провода Как видно из рисунка 4.4.6, компенсация несинусоидальности эффективна при значении отношения коэффициентов выше 0,04.
В нашем случае значение отношения коэффициентов составляет 0,49, что говорит о технической эффективности компенсации высших гармоник.
В частности при компенсации высших гармоник, кратных трем, ток в нулевом проводе снизится с 59,4 А до 18,5 А, что удовлетворяет величине существующего сечения нулевого провода. Затем необходимо проверить справедливость соотношения З 1 З0 Стоимость пассивного фильтра токов гармоник, кратных трем, в нулевой провод -Ц1= 564342 рубля. Стоимость установки и первичного обслуживания оборудования Тр =50000 руб. Так как фильтр токов гармоник, кратных трем, устанавливается стационарно и не требует дополнительного обслуживания в течение всего срока службы, то затраты Об=0 руб. То есть З 1=614342 рубля. Найдем значение З 0 Стоимость пятипроводного кабеля для прокладки в земле ВБбШв 5x10 составляет от 230 рублей за метр. В нашем случае необходимо заменить 2000 метров кабеля от ГРЩ до ВРУ, тогдаЦ0 =230 2000= 460000 рублей. На замену данного кабеля необходимо потратить 3000 человек час, при стоимости одного человек час 200 рублей. Тогда Тр0 =3000 200=600000 рублей. То есть З0 =460000+600000=1060000 рублей. В результате выполняется условие З 1 З 0 , из чего можно сделать вывод, что применение устройств компенсации высших гармоник эффективно как технически, так и экономически. Выводы по главе 4
Выявлено, что чем меньше соотношение коэффициента несимметрии к коэффициенту несинусоидальности, тем выше эффект от уменьшения токов гармоник, кратных трем. Рассмотренный в работе пример показал, что максимальное изменение тока (79%) может быть достигнуто при минимальном значении коэффициента несимметрии (0,07 для 1-й фазы, 0,077 для 2-х фаз) и при минимальном значении соотношения коэффициентов несинусоидальности и несимметрии (0.014 для 1 фазы, 0.015 для 2-х фаз)
Подтвержден ранее полученный вывод, что изменение величины действующего значения тока нулевого провода тем выше, чем ниже коэффициент несимметрии по нулевой последовательности и чем выше коэффициент несинусоидальности тока нулевого провода.
Полученная зависимость А/ = А (і) " является универсальной, т.к. в К0/ ней используются только безразмерные величины. Её следует использовать при оценке текущего значения тока нулевого провода и при его прогнозировании в случае проектирования системы электроснабжения.
Сформированный алгоритм выбора средств компенсации тока нулевого провода позволяет оценить не только техническую, но и экономическую эффективность применения средств компенсации несинусоидальности и несимметрии.