ПРИМЕНЕНИЕ СИММЕТРИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ В СЕЛЬСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

APPLICATION OF SYMMETRICAL DEVICES IN RURAL ELECTRIC NETWORKS

Chukalin Alexander Yuryevich

4th year student of the Institute of Mechanics and Power Engineering named after V.P. Goryachkin, Russian State Agrarian University – Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazev,

Russia, Moscow

Savenko Alexey Valentinovich

Scientific adviser, Ph.D. of the V.P. Goryachkin Institute of Mechanics and Energy, Russian State Agrarian University – Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazev,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Рассмотрено применение симметрирующих устройств в сельских электрических сетях 0,4 кВ, снижение потерь электроэнергии, повышения качества электроэнергии, повышение надежности и эффективности сетей, увеличение пропускной способности линий, улучшения работы электродвигателей и устранение перекоса фаз.

ABSTRACT

The application of balancing devices in rural 0.4 kV electrical networks is considered, reducing electricity losses, improving the quality of electricity, increasing the reliability and efficiency of networks, increasing the capacity of lines, improving the operation of electric motors, and eliminating phase imbalance.

Ключевые слова: несимметрия, электродвигатель, потери, симметрирующее устройство, схема Штейнметца, электрическая сеть.

Keywords: asymmetry, electric motor, losses, balancing device, Steinmetz scheme, electric network.

В настоящее время сельские электрические сети 0,4 кВ работают в режиме несимметрии токов и напряжений. Это происходит неравномерной загрузки фаз электрической сети, некачественных контактных соединений, обрывах нулевого проводника, повреждений изоляции и замыкания на землю, нелинейных нагрузок, создающих токи высших гармонических составляющих, особенно 3 – й гармоники. Это может приводить к значительному увеличению токов в обмотках трехфазных асинхронных двигателей, что вызывает их сильный перегрев и преждевременный выход из строя. Для уменьшения несимметрии можно использовать симметрирующие устройства (СУ) [1].

Существуют различные виды симметрирующих устройств. Комбинированные симметрирующие устройства, позволяющие компенсировать токи обратной и нулевой последовательностей. Устройства данного типа обеспечивают симметрирование в довольно широком диапазоне фазовых углов нагрузки, недостатками является то, что их целесообразно использовать только тогда, когда нагрузка постоянная или меняется в широком диапазоне. [1]

Рисунок 1. Схема комбинированного симметрирующего устройства

Симметрирующие устройства фильтрового типа. К ним можно отнести шунтосимметрирующие устройства (ШСУ), характерной особенностью которых является то, что они имеют минимально возможное сопротивление току нулевой последовательности. Данные устройства как бы замыкают на себя (шунтируют) токи нулевой последовательности и почти не пропускают их на другие участки линии 0,4 кВ. Кроме того, они позволяют осуществлять широкополосную фильтрацию токов высших гармоник прямой, обратной и нулевой последовательностей. Условием фильтрации тока нулевой последовательности является подключение элементов с пофазно-одинаковыми параметрами по схеме четырехлучевой звезды. Недостатком данного устройства является невозможностью регулирования мощности, что в свою очередь снижает качество симметрирования. Данный недостаток устраняется устройством, позволяющим автоматически регулировать мощность симметрирующих устройств [1]

Рисунок 2. Схема симметрирующего устройства фильтрового типа

Схема Штейнметца - схема симметрирующего устройства для устранения несимметрии токов в трёхфазной системе. Состоит из реактора L и конденсаторной батареи С, которые включены в трёхфазную сеть вместе с несимметричной нагрузкой [2]. Схема представляет собой набор пассивных реактивных элементов, которые подключаются между фазами или между фазой и нейтралью трехфазной сети параллельно несимметричной нагрузке. Правильный подбор параметров этих элементов позволяет создать дополнительные токи, которые в сумме с током несимметричной нагрузки формируют симметричную трехфазную систему токов в питающей линии. Она наиболее эффективная при чисто активной нагрузке. В случае однофазной нагрузки в свободные фазы включаются реактор и батарея конденсаторов, реактивные мощности которых в √3 раз меньше мощности симметрируемой нагрузки. Существенным ее достоинством является равенство номинальной трехфазной мощности трансформатора активной мощности однофазной нагрузки. Схема Штайнмеца обеспечивает симметрирование и активно-индуктивной нагрузки, однако общий коэффициент мощности при этом снижается. Кроме того, для эффективного применения схемы требуется использование регулируемых индуктивно-емкостных элементов с высоким быстродействием [3].

Рисунок 3. Схема Штейнметца

Подход к выбору параметров СУ формулируется исходя из условия максимального снижения напряжения обратной последовательности в месте установки СУ. При этом дополнительно можно задать, чтобы СУ не оказывало влияние на напряжение прямой последовательности, что будет иметь место, если ток прямой последовательности, протекающий через СУ, будет равен нулю. Режимное сопротивление и соответственно параметры СУ зависят от комплексных значений напряжений по прямой и обратной последовательности в месте подключения и входного сопротивления схемы по обратной последовательности относительно места подключения СУ. Для определения фазных мощностей самого СУ достаточно определить токи, протекающие по его фазам. [4]

Место установки СУ в распределительной сети 0,4 кВ имеет важное значение. Одним из мест установки являются шины трансформаторов распределительной ТП. Такое подключение приводит к улучшению качественного состава напряжения в узле нагрузок и на шинах трансформатора, но вместе с тем приводит к увеличению потерь электрической энергии. Включение СУ в узле нагрузок способно снизить как потери мощности и электрической энергии, та и коэффициенты обратной и нулевой последовательностей напряжений, поэтому наибольший эффект приносит установка в узлах нагрузок [5]

Использование СУ позволит повысить качество электроэнергии, устранив перекосы фаз, снижая несимметрию напряжений, выравнивая его в фазах и доводя до нормативных значений, защитить электродвигатели от неполнофазного режима работы с последующим их выходом из строя, снизить дополнительные потери от токов обратной и нулевой последовательностей, а следовательно потери мощности в линиях электропередачи и трансформаторах, снизить нагрузки на трансформаторы, выравнивая ток по фазам, увеличить пропускную способность сети, за счет более полного использования установленной мощности линий и трансформаторов, предотвратить перегрев нейтральных проводников.

Список литературы:

1. Методические указания для самостоятельной работы аспирантов по дисциплине «Несимметричные режимы работы распределительных электрических сетей» составлены на основе монографии: И.В. Наумов. Несимметричные режимы работы распределительных электрических сетей»: Монография (теоретические обобщения). - Иркутск: Изд-во ФГБОУ ВО Иркутский ГАУ, 2022- 152 с. (протокол № 5 от 11.01.2022 г.).
2. В. П. Закарюкин, А. В. Крюков, Е. С. Иванова. Анализ схем симметрирования на тяговых подстанциях железных дорог переменного тока. Научная статья. Иркутский государственный университет путей сообщения, Кафедра электроснабжения железнодорожного транспорта, ул. Чернышевского, 15, Иркутск, Россия, 664074, тел./факс: (3952) 638345, эл. почта: and krvukov @mail.ru . УДК 621.311:621.331
3. Р.Н. Бозжанова, О.П. Живаева. Общепромышленные потребители систем электроснабжения. Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 050718 – Электроэнергетика. – Алматы: АИЭС, 2008. – 49 с.
4. Анохин Б.А. Исследование несимметрии и управление параметрами симметрирующих устройств в протяженных электрических сетях с тяговой нагрузкой. Автореферат дисс. На соискание уч.ст. к.т.н. по специальности 05.14.02 – Электрические станции и энергетические системы. М: НГТУ – 2018. – 24 с.
5. Симметрирующее устройство в трансформаторе: роль и применение [электронный ресурс] - https://eltcom.ru/info/articles/simmetriruyushchee-ustroystvo-v-transformatore-rol-i-primenenie/