Моделирование несимметричного режима сельской воздушной электрической сети 0,38/0,22 кВ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства им. П. Василенка (ХНТУСХ)

Моделирование несимметричного режима сельской воздушной электрической сети 0,38/0,22 кВ

Ю.Ф. Свергун

А.А. Мирошник

Эффективность использования электрической энергии определяется в основном созданием таких условий её потребления, при которых обеспечивается требуемое качество электрической энергии и минимум потерь. Актуальность проблемы улучшения качества и уменьшения потерь электрической энергии особенно возрастает в сельских электрических сетях напряжением 0,38/22 кВ.

Одним из способов достижения поставленной цели является соблюдение требований ГОСТ 13109-97, который регламентирует нормы качества электрической энергии [1]. К одним из основных показателей качества электрической энергии в сетях 0,38/0,22 кВ относят величину отклонения напряжения от номинального (U = ± 5 %) и значения коэффициентов несимметрии напряжения обратной и нулевой последовательностей, которые не должны превышать 2 % [1].

Качество электрической энергии у потребителей, наряду с надёжностью электроснабжения, является одним из основных показателей режима работы сети. Низкое качество электрической энергии оказывает существенное влияние на технико-экономические характеристики элементов сети и электроприёмников. При ухудшении качества напряжения, происходит снижение эксплуатационной надёжности электродвигателей, возникает ряд отрицательных электромагнитных явлений в сетях, увеличиваются дополнительные потери электрической энергии, обусловленные несимметрией токов.

Однако, для правильной оценки эффективности использования энергии необходим более глубокий анализ режимов работы сельских сетей 0,38/0,22 кВ, а также разработка совершенных методов расчёта показателей качества электрической энергии.

Многочисленные исследования, посвященные анализу режимов работы сельских сетей напряжением до 0,38/22 кВ [2], показали, что несимметрия токов обусловлена работой коммунально-бытовой нагрузки, основную часть которой составляют неравномерно распределённые по фазам однофазные электроприёмники, имеющие случайный характер включения.

Линию 0,38/0,22 кВ с равномерно распределенными по фазам однофазными потребителями различной мощности (рис. 1) можно рассматривать как линию с несколькими распределенными симметричными трехфазными приемниками, образованными тремя группами однофазных приемников различной мощности, соединенных "звездой", нулевая точка которых присоединена к нулевому проводу.

Рис.Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Линия с равномерно распределенными по фазам однофазными потребителями различной мощности

Любой несимметричный трехфазный приемник можно заменить эквивалентным симметричным трехфазным приемником и двумя разными по мощности однофазными потребителями, которые включены на фазные напряжения. Условием эквивалентности такой замены является равенство напряжений и токов на зажимах потребителей, а для эквивалентных схем несимметричных трехфазных потребителей и равенство комплексов пульсирующих мощностей [3]. В общем случае несимметричной трехфазной системы фазных напряжений на зажимах несимметричного приемника будем иметь следующие выражения для фазных токов [4]:

, (1)

где - фазные напряжения;

, , - проводимости фазных проводов.

Заменим каждую группу из трех однофазных потребителей, присоединенных к фазным и нулевому проводу линии 0,38/0,22 кВ и расположенных на одном расстоянии от источника ЭДС, симметричными потребителем и двумя однофазными потребителями различной проводимости, присоединенными к двум наиболее нагруженным фазам линии в одной точке с выделенными трехфазными симметричными потребителями. Тогда будем иметь схему, представленную на рис. 2.

Рис.Размещено на http://www.allbest.ru/

2. Схема линии с выделенными симметричными трехфазными приемниками и разными по мощности однофазными потребителями

Если пренебрегать проводимостями фазных проводов () и одним симметричным потребителем с проводимостями каждой фазы, равными , то получаем схему, которая имеет вид, приведенный на рис. 3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Замена трех трехфазных симметричных потребителей одним симметричным потребителем с проводимостями каждой фазы, равными

В полученной схеме так же можно выделить еще один симметричный трехфазный потребитель и получить схему (рис. 4) с распространенными вдоль линии однофазными потребителями, которые и будут определять уравнительный ток на участках нулевого провода.

Рис.Размещено на http://www.allbest.ru/

4. Схема с распределенными вдоль линии однофазными потребителями

Симметричный трехфазный приемник обычно представляет собой соединение трех одинаковых однофазных приемников в "звезду", нулевая точка которой присоединена к нулевому проводу в локальной точке линии 0,38/0,22кВ. Наряду с этим можно рассматривать рассредоточенный симметричный трехфазный приемник состоящий из 3N однофазных приемников различной мощности в каждой фазе. Участок трехфазной воздушной линии с нулевым проводом длиной 105 м представляет собой три опоры с присоединенными разной мощности тремя однофазными приемниками. Если суммарные проводимости приемников, присоединенных к каждой фазе одинаковы, то в фазных проводах со стороны источника питания будут протекать равные токи, а ток в нулевом проводе практически будет равен нулю. В нулевом проводе на участках 1-2 и 2-3 будут протекать уравнительные токи, зависящие от величины токов однофазных потребителей, присоединенных в одной точке линии к разным фазам. На участке 0-1 в фазных проводах будут протекать одинаковые токи, а ток в нулевом проводе практически будет отсутствовать.

Рассмотрим конкретный пример. Нами осуществлено моделирование режимов сети 0,38/0,22 кВ с помощью компьютерной программы Electronic Workbench [5], расчетная схема сети приведена на рис 5. При этом схема замещения линии 0,38/0,22 кВ (рис. 5) выполнена трехфазной с источником, который представляет собой три однофазных источника напряжения, соединенных "звездой", начальные фазы синусоид которых равны соответственно 0, 120, 240 градусов, сопротивления алюминиевых проводов представлены рядом последовательно соединенных активных и реактивных сопротивлений участков воздушной линии (R = 0,012 Oм, X = 0,011 Oм для провода АС-35) между точками присоединения потребителей (для воздушных линий это расстояние между опорами), потребители включены между одним из фазных проводов и нулевым проводом, сопротивления нагрузки потребителей имеют следующие значения: 20 Ом, 30 Oм, 40 Oм, что соответствует статистике разброса значений неравномерности нагрузок фаз в сетях с однофазными потребителями [6]. Потребители различной мощности подключены таким образом, что по отношению к шинам подстанции 10/0,4 кВ линия 0,38/0,22 кВ представляет собой линию с симметричной нагрузкой. На приведенной на рис. 5 схеме смоделирован полнофазный участок линии длиной 105 м (три опоры, к каждой присоединены три однофазных потребителя). В табл. 1 приведены потери на каждом участке в фазных и нулевом проводе [7, 8].

Рис. 5. Моделирование режимов сети 0,38/0,22 кВ с помощью компьютерной программы Electronic Workbench

Таблица 1. Распределение потерь в проводах на участках

Векторные диаграммы токов в нулевом проводе для узлов присоединения трех однофазных потребителей и участков сети показаны на рис 6. В приведенном примере условно разделили трехфазную линию (рис. 5) с однофазными потребителями на три равных участка и каждую 1/3 часть линии нагрузили разными фазными токами (потребителями). Проанализировав изменение токов в нулевом проводе, можно увидеть, что на первом от шин подстанции участке, длина которого составляет 1/3 длины линии, ток в нулевом проводе будет отсутствовать, а на 2/3 длины линии будут протекать уравнительные токи. Это объясняется тем, что в точки 1, 2 и 3 нулевого провода (рис. 5) будут подтекать одинаковые по величине токи, но так как векторы этих токов имеют разные направления (углы поворота 120⁰), то их векторная сумма на участке 0-1 будет равняться нулю (рис. 6).

а - векторная сумма токов, подтекающих в нулевой провод от трех однофазных нагрузок, подключенных в точку 3

б - ток I2-3= I03, протекающий на участке 2-3

в - векторная сумма токов, подтекающих в нулевой провод от трех однофазных нагрузок, подключенных в точку 2

г - ток I12, протекающий на участке 1-2

д - векторная сумма токов, подтекающих в нулевой провод от трех однофазных нагрузок, подключенных в точку 1

е - ток I01 равен току I1-2 и имеет противоположное направление, поэтому на участке 0-1 ток отсутствует

Рис. 6. Распределение токов в узлах присоединения однофазных потребителей (на одной опоре) и на участках сети

Моделирование линии 0,38/0,22 кВ с тремя однофазными потребителями различной мощности в каждом узле присоединения, то есть на каждой опоре, показало, что только на расстоянии 1/3 длины линии от шин подстанции токи в фазах ВЛ вследствие случайного характера включения и отключения потребителей практически выравниваются, вследствие чего ток в нулевом проводе на этом участке отсутствует, при этом в нулевом проводе на 2/3 его длины текут уравнительные токи при полной симметрии токов на зажимах трансформатора 10/0,4 кВ, которая обеспечивается одинаковой по фазам суммарной нагрузкой однофазных потребителей разной мощности в сети. На каждом следующем аналогично выделенном участке линии (три опоры, к каждой из которых присоединены три однофазных потребителя) может наблюдаться такое же распределение токов, то есть - возможен режим, когда между точками присоединениями в нулевом проводе будут протекать уравнительные токи, а на каждом третьем участке нулевого провода, аналогичном участку 0-1 ток в нулевом проводе будет отсутствовать.

Нами рассмотрен идеализированный вариант сети, где суммарная нагрузка трех фаз одинакова, но на участке в каждой из точек присоединения трех однофазных потребителей их мощности разные. В реальной ВЛ практически не бывает симметрии нагрузок в любой момент времени в любой точке сети. В то же время очень часто токи в нулевом проводе на головном участке линии могут быть (в результате описанных выше режимов) значительно меньше, чем токи в нулевом проводе на отдельных участках по всей длине линии.

Таким образом, решение задач энергосбережения и улучшения качества электрической энергии в низковольтных сетях 0,38/0,22 кВ тесно связано с решением проблемы снижения несимметрии токов в этих сетях. Проведенный анализ показал, что даже при равномерном распределении однофазных потребителей между фазами вдоль линии и полной симметрии фазных токов и отсутствии тока в нулевом проводе на шинах подстанции 10/0,4 кВ на 2/3 длины нулевого провода протекают уравнительные токи, которые вызывают дополнительные потери мощности. Эти потери на сегодняшний день не учитываются и могут быть уменьшены за счет создания симметричного режима не только на шинах подстанции, но и на участках линии 0,38/0,22 кВ или применением симметрирующих устройств, обеспечивающих переключение однофазных потребителей с наиболее нагруженной фазы на наименее нагруженную.

Литература

воздушный электрический сеть энергия

1. ГОСТ 13109-97. Норми якості електричної енергії в системах електропостачання загального призначення.

2. Левин М.С., Лещинская Т.Б. Анализ несимметричных режимов сельских сетей 0,38 кВ. - Электричество, 1999, № 5. - С. 18-22.

3. Шидловский А.К., Мостовяк И.В., Кузнецов В.Г. Анализ и синтез фазовращательных преобразовательных цепей. Киев, «Наукова думка» 1979 г. - 244 С.

4. Косоухов Ф.Д. Расчет падений напряжений и потерь мощностей в сельских распределительных сетях при несимметрии токов. ЛСХИ, Л. 1982 г. 74 С.

5. Панфилов Д.И., Иванов В.С., Чепурин И.Н. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: практикум на Electronic Workbench: В 2 т. / Под общей ред. Д.И. Панфилова - Т. 1: Электротехника. - М.: ДОДЭКА, 1999. 304 С.

6. Делягин В.Н. Анализ несимметрии в сельских электрических сетях Новосибирской области. - В кн.: Механизация и электрификация сельского хозяйства в условиях специализации и концентрации производства. Новосибирск, 1978, с. 68-72.

7. Косоухов Ф.Д. Потери мощности и напряжения в сельских сетях 0,38 кВ при несимметричной нагрузке. - Техника в сельском хозяйстве, 1988. - № 3, с. 5-8.

8. Militaru P. Influenta gradului de nesimetrie a sarsinilor asupra pierdeilor de putere in retelele de joasг tensinne - Energetica, 1967, № 4, s. 47-59.

Размещено на Allbest.ru