ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОДНОФАЗНЫХ НАГРУЗОК

АННОТАЦИЯ

Данная статья посвящена оценке влияния перераспределения нагрузок при несимметрии напряжений и токов.

Ключевые слова: несимметрия напряжений и токов, электроэнергия, электрооборудование, потери электроэнергии, нагрузки.

   Это наиболее простой, доступный в условиях эксплуатации электрических сетей, способ, не требующий капитальных затрат. В трехфазных четырехпроводных линиях электропередачи одинаковость значений токов, обеспечивается за счет правильного распределения однофазных нагрузок по фазам. Его применение позволяет существенно уменьшить несимметрию напряжений и токов в электрических сетях с коммунально-бытовой и административной нагрузками. Задача выравнивания нагрузок фаз особо актуальна в городских и сельских электрических сетях 0,4 кВ, которые характеризуются большим количеством однофазных потребителей. Наблюдения в распределительных сетях 0,38 кВ отдельных хозяйств Нижегородской области показали, что правила симметричного подключения однофазной нагрузки нарушаются в 90% случаев. Такая халатность службы электрификации отдельных хозяйств приводит к тому, что хозяйство терпит значительные убытки от низкого качества и дополнительных потерь электрической энергии, обусловленных несимметрией напряжений и токов, но не предпринимает мер для обеспечения перераспределения нагрузок. Следует отметить, что некоторые хозяйства не имеют даже средств контроля распределения нагрузки, простых токоизмерительных клещей. В месте с тем, перераспределение нагрузок производить необходимо, так как проведенными исследованиями установлено, что потери электрической энергии, обусловленные несимметрией напряжений и токов, могут быть снижены на 15...20 %. Кроме того, значительно улучшается качество электрической энергии и, в первую очередь, такие основные показатели качества как отклонение напряжения, коэффициенты обратной и нулевой последовательностей напряжения. Поэтому, для минимизирования несимметрию напряжений и токов необходимо проводить следующие мероприятия.

1. Периодический (не реже одного раза в год) контроль состояния несимметрии токов и напряжений в распределительной сети 0,38 кВ, путем осуществления замеров этих величин на трансформаторной подстанции (ТП).

2. Замена неполнофазных ответвлений на полнофазные.

3. Составление карты (схемы) распределения нагрузок в сети, и осуществление дальнейших подключений в соответствии с этой схемой. Использование принципа перераспределения нагрузок по фазам сети эффективно только для снижения систематической несимметрии, но слабо работает в сетях, где нагрузка имеет случайный характер и когда нет возможности спрогнозировать или рассчитать величину тока нагрузки и их равномерность по фазам в конкретный момент времени.

Каждый владелец трехфазного ввода (380 В) обязан позаботиться о равномерной нагрузке на фазы, дабы избежать перегрузки одной из них. При неравномерном распределении на трехфазном вводе, при отгорании нуля или его плохом контакте, напряжения на фазных проводах начинают различаться друг от друга, как в большую так и в меньшую сторону. На уровне однофазного питания (220 Вольт) это может повлечь за собой поломку электрических приборов, из-за повышенного напряжения 250-280 Вольт, или же пониженного 180-150 Вольт. Помимо этого в данном случае наблюдается завышенное потребление электроэнергии у нечувствительных к перекосу напряжений электрических приборов. В этой статье будет рассказано о том, как выполняется распределение нагрузки по фазам, предоставив краткую инструкцию со схемой.

Данная диаграмма рис.1 условно иллюстрирует трехфазную сеть:

Рисунок 1. Диаграмма

Напряжение между фазами 380 вольт обозначено синим цветом. Зеленым цветом обозначено равномерное распределенное линейное напряжение. Красным — перекос напряжений.

Новым, трехфазным абонентам электросети в частном доме или квартире, при первом подключении, не стоит сильно надеяться на изначально равномерно распределенную нагрузку на вводной линии. Поскольку от одной линии могут быть запитаны несколько потребителей, а у них с распределением могут возникать проблемы.

Первым делом нужно выяснить напряжение между фазами, а также между L1-L3 и нулем, измерив их измерительным прибором.

Если после измерений вы увидели, что есть отклонения от номинальных напряжений (более 10%, согласно ГОСТ 29322-92), необходимо обратиться в электроснабжающую организацию для принятия соответствующих мероприятий по восстановлению симметрии фаз.

При проектировании схемы проводки необходимо максимально одинаково подбирать предполагаемые группы потребителей и распределить их по фазам. К примеру, каждая группа розеток по комнатам в доме подключена к своему фазному проводу и сгруппирована таким образом, чтобы нагрузка на сеть была оптимальна. Таким же образом организовывают линии освещения, выполняя их распределение по разным фазным проводникам.

Рисунок 2. Нагрузки фаз

Как видно из рисунка 2, в некоторые отрезки времени нагрузки от­дельных фаз отличаются друг от друга в три раза. Соответственно, в три раза будут отличаться падения напряжений в питающей сети, что может привести к несоответствию напряжений ГОСТ 13109-97, рег­ламентирующему установившееся отклонение напряжения с 95%-ой вероятностью, не превышающее + 5% от номинального напряжения. А это значит, что если в течение времени наблюдения (не менее 24 часов) суммарное время выхода напряжения за указанные пределы составит более 72 минут, то потребляемая электроэнергия не соот­ветствует нормированным показателям качества.

Значительное влияние на несимметрию напряжений оказывает сопротивление нулевого провода. На рис. 3 показаны схемы подклю­чения несимметричной нагрузки при исправном нулевом проводе (а) и при его обрыве (б). Если в первом случае несимметрия напряжений будет обусловлена, в основном, различными падениями напряжения в фазных обмотках трансформатора и проводниках, то во втором случае линейное напряжение Uac будет приложено к последователь­но включенным фазным нагрузкам фаз А С, отличающимся друг от друга в 3 раза, (фаза В на рисунке 3 не показана). При этом напряже­ние у потребителей фазы А будет составлять около 285 В, а у потре­бителей фазы С - 95 В.

Рисунок 3. Схемы подключения

Обрыв нулевого провода при несимметричной нагрузке является наиболее частой причиной выхода из строя электроприемников по­требителей из-за высокого напряжения.

Следует отметить, что не только обрыв, но и увеличение сопротив­ления нулевого провода (например, из-за окисления контактных со­единений) увеличивает перекос фазных напряжений при несиммет­ричной нагрузке. Отсюда следует необходимость контроля сопротив­ления петли "фаза-ноль".

Список литературы:

1. Серебряков А. С., Осокин В. Л. Несимметричная нагрузка и короткое замыкание трёхфазного трансформатора при соединении обмоток по схеме Y/Δ//Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. 2017. № 3 (52). С. 54‒62.
2. Серебряков А. С., Осокин В. Л. Несимметричная нагрузка трехфазных трансформаторов при соединении обмоток по схеме Y/Y-0 и Y/Y0-0//Вестник НГИЭИ. 2017. № 3 (70). С. 50‒57.
3. Серебряков А. С., Осокин В. Л. Моделирование в пакете MATHCAD переходных процессов в активно-емкостных цепях при переменном питающем напряжении и дискретном изменении параметров элементов//Вестник ВИЭСХ. 2016. № 4 (25). С. 13‒21.
4. Серебряков А. С., Герман Л. А., Осокин В. Л., Субханвердиев К. С. Анализ методов расчета токов короткого замыкания трансформатора при соединении обмоток по схеме Y/Δ-11//Электроника и электрооборудование транспорта. 2017. № 5. С. 19‒25.
5. Серебряков А. С., Осокин В. Л. Моделирование переходных процессов в активно-емкостных цепях при постоянном питающем напряжении и дискретном изменении параметров элементов//Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. 2017. № 5. С. 21‒27.
6. Вуколов В. Ю., Осокин В. Л., Папков Б. В. Повышение надежности и эффективности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей//Техника в сельском хозяйстве. 2014. № 3. С. 26‒30.
7. Оболенский Н.В., Осокин В.Л. Практикум по теплотехнике. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений / Княгинино, 2010. 237 с.
8. Осокин В.Л., Макарова Ю.М. Теоретические предпосылки создания нового устройства водоподготовки в помещениях содержания крс. Вестник НГИЭИ. 2015. № 4 (47). С. 72-76.
9. Дулепов Д.Е., Тюндина Т.Е. Расчет несимметрии напряжений СЭС [Текст] // Вестник НГИЭИ. 2015. № 4(47). С. 35–42.  «Высшая школа», 1996.