Размещено на http://www.allbest.ru/

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

РАСЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕМЕНТАХ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРИ НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТИ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА, НЕСИММЕТРИИ НАПРЯЖЕНИЯ

С.В. Тригорлый, А.В. Гетманская

электрический энергия электроснабжение напряжение

Разработан программный комплекс расчета дополнительных потерь электрической энергии в элементах системы электроснабжения при наличии несинусоидальности напряжения и тока, несимметрии напряжений. На основе проведенных измерений показателей качества электрической энергии проведены расчеты дополнительных потерь, и дана оценка влияния коэффициентов несимметрии и гармонических составляющих на величину и стоимость потерь.

Ключевые слова: Качество электрической энергии, система электроснабжения, коэффициент несимметрии напряжений, коэффициент гармонических составляющих напряжения.

Abstract

CALCULATION OF ADDITIONAL LOSSES OF ELECTRIC ENERGY IN THE ELEMENTS OF POWER SUPPLY SYSTEM UNDER NON-SINUSOIDAL VOLTAGE AND CURRENT, VOLTAGE UNBALANCE

S.V. Trigorlyi, A.V. Getmanskaya A.V,

Yuri Gagarin Saratov state technical university of Saratov

Developed a software package for calculation of additional losses of electric energy in the elements of power supply system in the presence of non-sinusoidal voltage and current, of voltage unbalance. On the basis of the measurements of quality parameters of electric energy the calculations of the additional losses and the estimation of the influence of the coefficients of asymmetry and harmonics on the magnitude and cost of losses.

Keywords: The quality of electric energy, power supply system, the coefficient of voltage unbalance, voltage harmonic distortion.

Основная часть

Показатели качества электрической энергии (ПКЭ) должны удовлетворять требованиям введенного в действие с 1 июля 2014 года межнационального стандарта ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения»[1].

Отклонение показателей качества от нормативных значений влияет на появление дополнительных потерь, снижение коэффициента полезного действия, уменьшение производительности различных электроустановок, а, следовательно, и на их энергоэффективность [2]. Увеличение стоимости электроэнергии приводит к необходимости повышения эффективности использования электроустановок и систем их электроснабжения.

Мощные электротехнологические установки (ЭТУ) являются источниками искажений параметров энергосистем и, следовательно, могут влиять на качество электроэнергии в питающих системах. ЭТУ являются причиной возникновения колебаний напряжения, несимметрии токов и напряжений и несинусоидальности напряжения.

Таким образом, актуальной проблемой является повышение энергетический эффективности электротехнологических установок и электрооборудования за счет поддержания показателей качества электрической энергии в соответствии с нормативными требованиями.

Целью расчет дополнительных потерь электрической энергии в элементах системы электроснабжения за счет несинусоидальности напряжения и тока, несимметрии напряжения. Исходными данными для расчетов являются результаты проведенных измерений показателей качества электрической энергии в электрических сетях с помощью соответствующих измерительных средств.

Одной из задач данной работы является разработка программного комплекса, позволяющего автоматизировать расчеты дополнительных потерь при отклонении ПКЭ от нормативных значениях и упростить анализ результатов инструментальных обследований ПКЭ.

Данный программный комплекс разработан на основе методики расчета дополнительных потерь в элементах системы электроснабжения, изложенной в [2].

Блок-схема расчета дополнительных потерь в электроустановках при несинусоидальности и несимметрии токов и напряжений приведена на рис. 1.

Программный комплекс реализован в системе MathCAD, с помощью данной программы результаты расчетов представляются в графическом виде и в виде таблиц.

Программный комплекс предназначен для расчета дополнительных потерь мощности и электрической энергии, возникающих за счет несинусоидальности напряжения и тока в элементах системы электроснабжения (линиях электропередачи, трансформаторах, электродвигателях и др.). Программный комплекс позволяет также рассчитывать дополнительные потери мощности и электрической энергии за счет несимметрии токов и напряжений в асинхронных и синхронных двигателях. Кроме того, программный комплекс на основе полученных дополнительных потерь электроэнергии позволяет рассчитать дополнительные финансовые затраты на оплату потерь электроэнергии.

Программный комплекс дает возможность проводить анализ влияния коэффициентов гармонических составляющих напряжения и коэффициентов несимметрии напряжения, полученных в результате измерений ПКЭ у потребителей, на дополнительные потери электроэнергии в электроустановках.

На рис. 2 - 3 в качестве примера показаны графические зависимости изменения дополнительных потерь в электроустановках при увеличении суммарного коэффициент гармонических составляющих фазных напряжений и при увеличении коэффициента несимметрии напряжения по нулевой последовательности.

Из приведенных зависимостей видно, что дополнительные потери электроэнергии, возникающие как за счет высших гармоник, так и за счет несимметрии напряжений резко возрастают (в квадратичной зависимости) при увеличении соответствующих коэффициентов гармонических составляющих напряжений и коэффициентов несимметрии:

- при увеличении, например, суммарного коэффициент гармонических составляющих фазных напряжений от 4 до 6% (в 1,5 раза) дополнительные потери в линиях 0,4 кВ увеличиваются в 2,25 раза;

- при увеличении коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности от 4 до 6% (в 1,5 раза) дополнительные потери в асинхронных двигателях 0,4 кВ возрастают в 2,25 раза.

Рисунок 1 Блок-схема расчета дополнительных потерь в электроустановках при несинусоидальности и несимметрии токов и напряжений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2 Влияние суммарного коэффициента гармонических составляющих фазных напряжений на дополнительные потери электроэнергии в линиях 0,4 кВ

Рисунок 3 Влияние суммарного коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности на дополнительные потери электроэнергии в асинхронных двигателях 0,4 кВ

Кроме указанных дополнительных потерь необходимо учитывать и другие негативные последствия, к которым приводят отклонения показателей качества электроэнергии от нормативных значений. Как известно, несимметрия напряжений, равная 2 %, согласно данным [3] приводит к сокращению срока службы асинхронных двигателей на 10,8 %, синхронных двигателей - на 16,2 %, трансформаторов - 3,9 %; батарей конденсаторов - на 20-30 %.

Учитывая, что по результатам измерений коэффициент несимметрии по нулевой последовательности превышает 10 %, и время выхода данного показателя за границу нормально допустимых значений превышает нормативное значение, срок службы электрооборудования, эксплуатируемого на заводе, неоправданно сокращается.

Для поддержания ПКЭ в соответствии с нормативными требованиями, снижению потерь и повышения энергоэффективности электроустановок предлагается использовать следующие мероприятия.

1. Симметрирование напряжения в сети 0,4 кВ.

С этой целью на секциях шин 0,4 кВ трансформаторных подстанций производятся переключения однофазных нагрузок (в первую очередь - электронагревателей в производствах, использующих однофазные нагрузки) с более загруженных фаз на менее загруженные.

2. Установка динамических фильтрокомпенсирующих устройств (ДФКУ) в сети 0,4 кВ, питающей нелинейную нагрузку, что позволит снизить потерь от высших гармоник напряжения и токов в элементах системы электроснабжения предприятия и уменьшить их влияния на работоспособность электрооборудования. При установке ДФКУ частично или полностью решается проблема компенсации реактивной мощности.

3. Предлагается для предприятий, эксплуатирующих мощные электротехнологические установки, использовать непрерывный автоматизированный мониторинг как электропотребления с целью определения удельного расхода электроэнергии на единицу продукции и оценки энергоэффективности электроустановок, так и непрерывный контроль показателей качества для поддержания их величины в соответствии с нормативными требованиями.

Для наиболее полного решения указанных задач можно использовать автоматизированную информационно-измерительную систему коммерческого и технического учета электрической энергии (АИИС КУЭ) на базе КТС «Энергия+», с помощью которой можно осуществлять мониторинга качества электрической энергии. В этой системе предлагается использовать хорошо себя зарекомендовавшие электрические счетчики СЭТ 4ТМ, которые дают возможность измерять не только потребляемую активную и реактивную энергию, но и оценивать показатели качества электрической энергии.

Литература

1. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Введ. 2014-01-06. М.: Стандартинформ. 2014. 16 с.

2. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: В 2-х томах. Том 1. Электроснабжение / Под общ. ред. А. А. Федорова. М.: Энергоатомиздат, 1986. 568 с.

3. Иванов В.С. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. / В.С. Иванов, В.И.Соколов. М.: Энергоатомиздат, 1987. 336 с.

Размещено на Allbest.ru