ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ НЕСИММЕТРИИ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ 0,4 КВ
Журнал: Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №22(245)
Рубрика: Технические науки
Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №22(245)
ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ НЕСИММЕТРИИ ПРИ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ 0,4 КВ
Аннотация. В данной статье приведены результаты исследований коэффициентов несимметрии по нулевой и обратной последовательности при пофазной компенсации реактивной мощности в воздушных линиях 0,4 кВ. По результату исследования видно, что компенсация помогает уменьшить значения коэффициентов несимметрии. Также это приводит к уменьшению потерь.
Ключевые слова: Компенсация реактивной мощности, коэффициент несимметрии по нулевой и обратной последовательности.
На сегодняшний день потери электроэнергии в России при ее транспортировке и распределении значительны. Без изменения данной ситуации невозможно говорить про энергоэффективность. Поэтому одной из основных задач является улучшение качества электроэнергии у потребителя. Вся поставляемая электроэнергия, которую получает потребитель, должна удовлетворять требованиям ГОСТ 32144-2013 [2].
Данный стандарт устанавливает показатели и нормы качества электрической энергии в точках ее передачи пользователям электрических сетей низкого напряжения систем электроснабжения общего назначения. К основным показателям качества электроэнергии (КЭ) относят: установившееся отклонение напряжения δU, коэффициенты несимметрии напряжений по обратной К2U, и нулевой последовательности К0U
Согласно ГОСТу для указанных показателей КЭ установлены нормы «значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U и несимметрии напряжений по нулевой последовательности K0U в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 2 % в течение 95 % времени интервала в одну неделю; - значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U и несимметрии напряжений по нулевой последовательности K0U в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 4 % в течение 100 % времени интервала в одну неделю.»
В данной работе будут рассмотрены результаты исследований коэффициентов несимметрии для нулевой и обратной последовательности с пофазной компенсацией реактивной мощности в сетях 0,4 кВ. Для этого произведем расчет исследуемых коэффициентов до и после компенсации реактивной мощности. Расчет произведем по нижеуказанным формулам.
При компенсации реактивной мощности (КРМ) уменьшается реактивная нагрузка сети, что влечет за собой к изменению напряжения на величину, равную :
|
Uper=QcXL/U2ном |
[ОТ. ЕД] |
(1) |
где Qc- реактивная мощность компенсирующих устройств (КУ), ВАр;
XL - индуктивное сопротивление участка линии,
Ом;- номинальное напряжение сети, В.
Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности определяется, % [2]:
|
K2U=U2(1)/U1(1)·100% |
|
(2) |
где U2(1) - действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В;
U1(1)- действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты, В.
При определении U2(1) допускается использование приближенной формулы [7]:
|
U2(1)=0,62·(Uнб(1)i - Uнм(1)i) |
|
(3) |
где Uнб(1)i, Uнм(1)i - наибольшее и наименьшее действующие значения из трех междуфазных напряжений основной частоты в і-м наблюдении.
Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности определяется, % [2]:
|
K0U=U0(1)/Uном.ф·100% |
|
(4) |
где U0(1) - действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В;
Uном.ф – номинальное значение фазного напряжения сети, В.
При определении U0(1) допускается использование приближенной формулы [7]:
|
U0(1)=0,62·(Uнб.ф(1)i - Uнм.ф(1)i) |
|
(5) |
где Uнб.ф(1)i, Uнм.ф(1)i - наибольшее и наименьшее действующие значения из трех фазных напряжений основной частоты в і-м наблюдении.
Потери напряжения в линии можно рассчитать по формуле [3]:
|
ΔU=S·(rcosφ+xsinφ)/UНОМ· |
|
(6) |
где S – полная мощность нагрузки;
r,x - сопротивление участка линии;
cosφ – коэффициент мощности нагрузки.
Если таких участков несколько, то потери напряжения на каждом участке суммируются, В:
|
ΔU= |
|
(6) |
Где Pi/cosφ – полная мощность в соответствующей фазе на участке линии, ВА;
Ui – напряжение участка, В;
ri, xi – сопротивление участка линии, Ом;
cosφi –коэффициент мощности на рассматриваемом участке, sinφi=sin(arccosφi).
Далее определены значения напряжений в середине линии согласно выражению:
|
U`=U-ΔU, |
|
(7) |
Где U – данные замеров значений фазных напряжений в начале линии.
Таким образом, значения фазных напряжений после КРМ в исследуемой точке линии определены как:
|
U`=U-ΔU+Uper, |
|
(8) |
Воздушные лини городских и сельских сетей 0,4 кв имеют большую протяженность, что влияет на значения отклонениий установившихся значений напряжений в ТОП, а также превышение нормируемых гостом 32144-2013 значений коэффициентов несимметрии по обратной и нулевой последовательностям.
Как правило, на практике для воздушных линий 0,4 кВ применяются компенсирующие устройства мощностью не превышающей 100 кВАр. Такие устройства имеют небольшой вес и габариты, что позволяет их располагать в соответствующем корпусе на опорах линий электропередач.
В работе исследована степень влияния пофазной компенсации реактивной мощности на коэффициенты несимметрии напряжений. В таблице 1 приведены результаты расчетов напряжений и коэффициентов несимметрии до и после компенсации в зависимости от коэффициента мощности в одной из фаз при неизменном значении коэффициента мощности.
Активная мощность для двух фаз взята равной 2,255 кВт, для фазы А - 4 кВт, длина участка линии равна 1 км. При расчете потерь напряжения, согласно выражению (6), сопротивления участков линии взяты с учетом сопротивления провода A-50, который наиболее часто встречается в сетях 0,4 кВ. Напряжения в начале линии взяты равными UA = 233,39 В; UB = 241,20 B; UC = 242,10 B.
На рисунке 1 приведены графики зависимости коэффициентов несимметрии напряжения по нулевой и обратной последовательности от коэффициента мощности для значений из таблицы 1.
В таблице 2 приведены результаты расчета со значением коэффициента мощности в двух фазах до компенсации, равным 0,8, при различных значениях коэффициента мощности в третьей фазе.
На рисунке 2 приведены графики зависимости коэффициентов несимметрии напряжения по нулевой и обратной последовательности от коэффициента мощности для значений из таблицы 2.
Рисунок 1. Графики зависимости коэффициентов несимметрии напряжения по нулевой и обратной последовательности от коэффициента мощности по результатам расчетов из таблицы 1
Рисунок 2. Графики зависимости коэффициентов несимметрии напряжения по нулевой и обратной последовательности от коэффициента мощности по результатам расчетов из таблицы 2
Таблица 1.
Результат расчета по КМР по одной фазе
|
Cosφ |
До компенсации |
После компенсации |
||||||
|
U0(1), B |
K0(U), % |
U2(1), B |
K2(U), % |
U0(1), B |
K0(U), % |
U2(1), B |
K2(U), |
|
|
0,7 |
11,65 |
5,05 |
10,05 |
4,37 |
10,95 |
4,68 |
9,44 |
4,10 |
|
0,75 |
11,22 |
4,98 |
9,66 |
4,20 |
10,50 |
4,55 |
9,05 |
3,93 |
|
0,8 |
10,85 |
4,74 |
9,30 |
4,01 |
10,25 |
4,29 |
8,65 |
3,75 |
|
0,85 |
10,27 |
4,52 |
8,97 |
3,75 |
9,98 |
4,20 |
8,25 |
3,62 |
|
0,9 |
9,08 |
4,22 |
8,55 |
3,69 |
9,85 |
3,98 |
7,95 |
1,42 |
Таблица 2.
Результат расчета по КМР во всех фазах
|
Cosφ |
До компенсации |
После компенсации |
||||||
|
U0(1), B |
K0(U), % |
U2(1), B |
K2(U), |
U0(1), B |
K0(U), % |
U2(1), B |
K2(U), |
|
|
0,7 |
10,95 |
4,75 |
9,42 |
4,09 |
10,33 |
4,49 |
8,92 |
3,85 |
|
0,75 |
10,39 |
4,55 |
9,02 |
3,95 |
9,92 |
4,25 |
8,55 |
3,70 |
|
0,8 |
10,05 |
4,27 |
8,65 |
3,66 |
9,65 |
4,10 |
8,20 |
3,54 |
|
0,85 |
9,62 |
4,18 |
8,30 |
3,59 |
9,25 |
3,96 |
7,85 |
3,39 |
|
0,9 |
9,18 |
4,05 |
7,95 |
3,48 |
8,73 |
3,85 |
7,30 |
3,27 |
Проанализировав результаты, можно отметить снижение коэффициентов несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательности после компенсации реактивной мощности. Это приводит к снижению потерь электроэнергии, а также снижение общих потерь электроэнергии при компенсации реактивной мощности.
Заключение
Из анализа результатов расчетов, приведенных в таблицах и графиках, следует, что после компенсации значения несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательности уменьшаются.
Степень уменьшения коэффициентов несимметрии по обратной и нулевой последовательности будет зависеть в основном от реактивной мощности компенсации. Поскольку эта величина зависит от коэффициента мощности и передаваемой активной мощности в данной точке линии, то и возможная степень уменьшения исследуемых коэффициентов будет зависеть от вышеперечисленных параметров
В работе были проведены аналогичные расчеты с другими значениями исходных фазных напряжений, имеющих меньшую несимметрию. При этом были получены аналогичные в приведенных таблицах результаты, подтверждающие наблюдаемый эффект
Следовательно, при пофазной КРМ положительный эффект уменьшения коэффициентов несимметрии напряжений будет иметь место при любых значениях несимметрии напряжений. Уменьшение коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности, как известно, влечет уменьшение токов нулевой последовательности, протекающих в нулевом проводе. Это приводит к уменьшению потерь электроэнергии и может учитываться как дополнительный положительный вклад в уменьшение общих потерь электроэнергии при КРМ.
