УДК 621.315

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПОТЕРИ МОЩНОСТИ В СЕТЯХ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИИ В НЕСИММЕТРИЧНЫХ РЕЖИМАХ

Коваленко Павел Васильевич,

канд. тех. наук, доцент

Елисеева Анастасия Александровна,

Палий Владимир Алексеевич,

старшие преподаватели

Институт сервиса, туризма и дизайна (филиал) в г. Пятигорске

ФГБОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»

 

Аннотация: При несимметрии токов и напряжений в различном электрооборудовании и самих электрических сетях возникают дополнительные потери мощности, обусловленные протеканием токов обратной и нулевой последовательности. Эти потери зависят как от степени несимметрии, так и от характеристик самого оборудования.

Ключевые слова: электрические сети, электрооборудование, потери мощности.  

   При расчете общих потерь выделяют наиболее характерные несимметричные режимы в узлах подключения нагрузок и время их действия. Суммарные дополнительные потери энергии определяются по формуле:

где T_нс.i, DР_нс.i – время работы и дополнительные потери мощности i–того вида оборудования или сети за учетный период.

   Дополнительные потери от протекания токов обратной последовательности в различных элементах систем электроснабжения можно определить следующим образом.

   Трансформаторы. Для силовых двухобмоточных трансформаторов связи с энергосистемой:

где  – номинальные потери короткого замыкания при симметричном питании; u_к – напряжение короткого замыкания, о.е.; S_ном,  S_к – номинальная мощность трансформатора и мощность короткого замыкания на шинах высокого напряжения; k_2U  – модуль коэффициента несимметрии, о.е.

   Если энергосистема имеет бесконечно большую мощность (S_ном << S_к) это уравнение упрощается:

   Отсюда следует, что дополнительные потери существенно зависят от напряжения короткого замыкания трансформатора: большие значения имеют трансформаторы с малым u_к. При его наиболее вероятных значениях общие потери могут возрасти на 10 – 25% при нормальной, и на 20 – 50%  – при кратковременно допустимой по ГОСТ 13109– 97 несимметрии напряжений.

   Вследствие возрастания реактивной мощности токи обратной последовательности вызывают дополнительные потери не только в самих трансформаторах, но и по всей предшествующей цепи электроснабжения, что учитывается коэффициентом изменения потерь k_ип, задаваемым энергосистемой:

   Асинхронные двигатели. Значительная доля потребления электроэнергии в сетях 0,4 кВ приходится на электропривод с асинхронными двигателями. Дополнительные потери от несимметрии напряжений для них равны:

причём  коэффициент  k_АД  зависит от номинальной мощности:

   Поскольку по отношению к напряжению обратной последовательности асинхронная машина работает в режиме электромагнитного тормоза с большим скольжением, дополнительные потери практически не зависят от нагрузки. Расчёт по приведенным формулам даёт только общую оценку суммарных потерь. Как будет показано далее, в действительности они будут неодинаковы в различных фазах обмоток статора.

   При большом количестве установленных в узле асинхронных двигателей допускается пользоваться усредненными значениями k_АД для различных отраслей промышленности.

   Реакторы. При подключении реакторов к трансформаторам дополнительные потери равны:

где DР_ном –  потери мощности в одной фазе реактора при номинальной нагрузке; k_2U – модуль коэффициента обратной последовательности; u_к – напряжение короткого замыкания трансформатора.

   В остальных случаях допустимо применение формулы:

   Синхронные машины. Дополнительные потери зависят от типа синхронной машины и рассчитываются по формуле:

где: k_CM = 0,273 …1,856 – коэффициент, характеризующий тип синхронной машины: наименьшие его значения имеют явнополюсные генераторы и двигатели без успокоительной обмотки, наибольшие – турбогенераторы.

   Электрические сети. При известной мощности линии электропередачи Р_ЛЭП  дополнительные потери определяются по формуле:

где  r, z – активное и полное сопротивление ЛЭП;  cosj – коэффициент мощности.

   Для неразветвлённых линий с сосредоточенной нагрузкой  в конце дополнительные потери определяются по формуле:

где  –  активные  потери в линии при симметричном режиме  и  номинальной нагрузке  i – го асинхронного двигателя, j – й синхронной машины,  k – й статической линейной нагрузки; Х_{2 АД}, Х_2СМ – сопротивления обратной последовательности асинхронного двигателя и синхронной машины в относительных единицах.

   В ориентировочных расчетах допускается принимать следующие значения сопротивлений обратной последовательности электрических машин: Х_{2 СМ} = 0,24;   

 (где  k_n – кратность пускового тока).

   Конденсаторные батареи. При соединении в треугольник токи нулевой последовательности отсутствую, а дополнительные потери от токов обратной последовательности равны:

где Q_ном – номинальная реактивная мощность батареи; tgd  – тангенс угла диэлектрических потерь.

   Дополнительные потери во всех видах электрооборудования приводят к повышению температуры нагрева изоляции, в результате чего уменьшается срок ее службы. Кратность этого снижения составляет:

b – характеризующий свойства изоляции постоянный коэффициент; Dt  –  повышение температуры изоляции, вызванное дополнительными потерями от несимметрии напряжений.

   Как в симметричных, так и в несимметричных режимах работы электрических сетей потери в них зависят от коэффициента мощности. Для участка сети с активным сопротивлением фазы  r_ф  и передаваемой по нему при линейном напряжении U_л активной мощностью Р потери в симметричном режиме равны:

   Коэффициент увеличения потерь, обусловленных снижением коэффициента мощности по сравнению с  равен:

   Дополнительные потери в несимметричных режимах пропорциональны потерям в симметричном режиме, поэтому увеличение  

приводит к их уменьшению.

Список литературы

1. Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повышение качества электрической энергии в распределительных сетях с несимметричными нагрузками. – В кн.: Проблемы технической термодинамики. – Киев: Наукова думка, 1985. – 268 с.
2. Сопов, В. И. Системы электроснабжения электрического транспорта на постоянном токе в 2 ч. Часть 2 : учебник для вузов / В. И. Сопов, Н. И. Щуров. — М. : Издательство Юрайт, 2018. — 326 с. 
3. Грунтович Н.В. Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования: учеб. пособие / Н.В. Грунтович. – Минск: Новое знание ; М.: ИНФРА-М, 2013. – 271 с.
4. Петров А.В. Разработка инженерных методов оценки несимметрии напряжений в сетях 10 – 0,4 кВ.: Автореф. дис. канд. техн наук. – Ставрополь, 2003.