АНАЛИЗ  НЕОБХОДИМОСТИ  УЧЕТА  ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ,  ИСКАЖАЮЩИХ  СИНУСОИДАЛЬНОСТЬ  ФОРМЫ  КРИВОЙ  ТОКА  И  НАПРЯЖЕНИЯ  НА  ВЫБОР  СХЕМЫ  ТРАНСПОРТИРОВКИ  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ  ЭНЕРГИИ

Иващенко  Александра  Валерьевна

студент  3  курса,  кафедра  Электроснабжение

промышленных  предприятий  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

E-mail: 

Новикова  Светлана  Юрьевна

студент  3  курса,  кафедра  Электроснабжение

промышленных  предприятий  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

E-mail: 

Сатпаев  Дмитрий  Сергеевич

студент  4  курса,  кафедра  Электроснабжение

промышленных  предприятий  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

E-mail: 

Осипов  Дмитрий  Сергеевич

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  доцент  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

E -mail:  ossipovdmitriy@list.ru

Введение:  при  проектировании  схемы  транспортировки  электрической  энергии  промышленных  предприятий  в  расчете  нагрузок  принимается  допущение,  что  электроприемники  имеющие  нелинейную  вольт-амперную  (вебер-амперную)  характеристику,  задаются  без  учета  высших  гармоник.  Известно,  что  нагрузка,  искажающая  синусоидальность  формы  кривой  напряжения  и  тока  влияет  на  распределение  токов  и  величины  потерь  мощности  и  электрической  энергии  в  токоведущих  частях,  на  уровни  напряжений  в  узлах  электрических  нагрузок.

Рассмотрим  фрагмент  системы  электроснабжения  (СЭС)  представленный  на  рисунке  1,  где  объект  питается  от  ГПП-110/10  кВ  по  магистральной  схеме.  Поскольку  помещения  1—3  являются  потребителями  III  категории,  электроснабжение  осуществляется  от  однотрансформаторной  ТП1,  цех  2  и  3  питаются  от  силовых  пунктов  СП1  и  СП2  соответственно.

Рисунок  1.  Фрагмент  схемы  транспорта  электрической  энергии  по  предприятию

Известно,  что  электроприемники  в  помещениях  1  и  3  не  искажают  синусоидальность  формы  кривой  тока  и  напряжения.  Электроприемники  СП1  имеют  нелинейную  вольт-амперную  характеристику,  что  на  рисунке  2  отражено  введением  нелинейной  нагрузки  НН1. 

Рисунок  2.  Фрагмент  однолинейной  схемы  электроснабжения  предприятия

Параметры  элементов  системы  электроснабжения  представлены  в  таблице  1.

Таблица  1.

Параметры  элементов  СЭС

Произведем  расчет  напряжений  в  узлах,  токов  в  ветвях  и  потерь  мощности  в  токоведущих  частях  СЭС,  представленной  на  рисунке  2.  Расчет  произведен  по  принципу  наложения.  Для  этого  необходимо  построить  схемы  замещения  для  основной  частоты  (50Гц)  и  для  высших  гармоник.

На  рисунке  3  представлена  схема  замещения  без  учета  высших  гармоник.  В  качестве  источника  бесконечной  мощности  условно  принимаем  секцию  шин  10  кВ  трансформаторной  подстанции  ТП1.

Рисунок  3.  Схема  замещения  системы  электроснабжения  без  учета  высших  гармоник

На  рисунке  4  представлена  схема  замещения  на  высших  гармониках.  Нелинейную  нагрузку  НН1,  в  соответствии  с  [2],  можно  представить  источником  тока  с  внутренним  сопротивлением.  В  качестве  нелинейной  нагрузки  примем  6-пульсный  выпрямитель,  чей  спектр  гармоник  определяется,  как  .  Для  данного  расчета  в  качестве  исходного  спектра  гармоник  примем  5  (250  Гц)  и  7  (350  Гц)  гармоники.  Более  высокими  порядками  гармоник  пренебрегаем  в  следствии  малости  их  амплитуд.

Рисунок  4.  Схема  замещения  системы  электроснабжения  на  высших  гармониках

Индуктивные  сопротивления  на  высших  гармониках  могут  быть  рассчитаны  как:

,

где:    —  циклическая  (круговая)  частота; 

L   —  индуктивность; 

f   —  частота  питающей  сети.

Для  50  Гц:  .

Для  250  Гц:  .

Для  350  Гц:  .

Активные  сопротивления  на  высших  гармониках  увеличиваются  под  действием  поверхностного  эффекта:  .

Таблица  2.

Результаты  расчетов  параметров  схемы  замещения

Исходя  из  полученных  данных,  получили  по  принципу  наложения  токи  в  ветвях  и  напряжения  в  узлах,  как  сумму  основной  составляющей  и  высших  гармоник:

;

;

;

.

По  полученным  результатам  построили  графики  токов  и  напряжений  на  интервале  2-3  периода  (используя  мгновенные  значения).

Рисунок  5.  Графики  тока  КЛ1

Рисунок  6.  Графики  тока  КЛ2

Рисунок  7.  Графики  напряжения  в  узле  1

Рисунок  8.  Графики  напряжения  в  узле  2

Произведем  расчет  потерь  мощности  в  токоведущих  частях  СЭС  с  учетом  и  без  учета  высших  гармоник  [1].

Потери  в  токоведущих  частях  с  учетом  высших  гармоник:

;

Потери  в  токоведущих  частях  без  учета  высших  гармоник:

.

Таблица  3.

Результаты  расчета  потерь  мощности  в  токоведущих  частях

Вывод: 

1.  Наличие  нелинейной  нагрузки  ухудшает  показатели  качества  (синусоидальность  формы  кривой  напряжения  на  шинах  СП2,  питающих  «спокойную»  нагрузку);

2.  Наличие  высших  гармоник  в  сети  вызывает  дополнительные  потери  в  токоведущих  частях  табл.  3,  что  в  данном  примере  неучет  дополнительных  потерь  от  высших  гармоник  может  составить  более  20  %,  что  весьма  существенно.

Список  литературы:

1.Горюнов  В.Н.  Расчет  потерь  мощности  от  влияния  высших  гармоник  /Горюнов  В.Н.,  Осипов  Д.С.,  Лютаревич  А.Г.  [текст]  //  Научные  проблемы  транспорта  Сибири  и  Дальнего  Востока.  —  2009.  —  №  2.  —  С.  268—273.

2.Шидловский  А.К.  Высшие  гармоники  в  низковольтных  электрических  сетях  /  Шидловский  А.К.,  А.Ф.  Жаркин  [монография]  //Киев.  Наукова  думка.  2005.  —  210  с.