Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

УЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ В ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ И СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРИ ОТКЛОНЕНИЯХ НАПРЯЖЕНИЯ

Сафонов Д.Г. 1 Долингер С.Ю. 1
1 ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет»
Статья посвящена вопросам влияния отклонения напряжения на работу электрооборудования. В статье рассматривается зависимость потерь мощности от уровня напряжения в силовых трансформаторах, линиях электропередач, электрических двигателях и источниках света, приводятся результаты расчетов дополнительных потерь мощности при положительном и отрицательном отклонениях напряжения в зависимости от величины загрузки электрооборудования. Для силовых трансформаторов и линий электропередач, работающих с высокой загрузкой, целесообразно поддерживать положительное отклонение напряжения, что приведет к снижению потерь мощности в данном электрооборудовании. В асинхронных двигателях потери мощности при положительном отклонении напряжения снижаются при загрузке более 70 %, в синхронных двигателях ситуация противоположная. Работа источников света целесообразна при отрицательном отклонении напряжения.
положительное и отрицательное отклонение напряжения
потери мощности
реактивная мощность
коэффициент загрузки
1. Айзенберг Ю.Б. Справочная книга по светотехнике / под ред. Ю.Б. Айзенберга. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Знак, 2006. – 972 с.: ил.
2. Войнов С.Л., Гамм А.З. и др. Нормирование показателей качества электрической энергии и их оптимизация / под ред. А. Богуцкого. – Иркутск, 1988. – 249 с.
3. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М.: Стандартинформ, 2014. – 19 с.
4. Долингер С.Ю. Оценка дополнительных потерь мощности от снижения качества электрической энергии в элементах систем электроснабжения / С.Ю. Долингер и др. //Омский научный вестник. – 2013. – №2 (120). – C. 178–183.
5. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 2000. – 252 с., 74 ил.
6. Сафонов Д.Г., Тураханов К.Х.Влияние качества электроэнергии на работу электрооборудования// Омское время – взгляд в будущее: материалы регион. молод. науч.-техн. конф. (Омск, 14–15 апр. 2010 г.).– Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. – Кн. 2. – С. 141-144.

Одной из главных задач, которая ставится перед поставщиком электроэнергии, является обеспечение ее качества, поскольку качество электроэнергии (КЭ) оказывает существенное влияние на работу электрооборудования (ЭО) электрических сетей и промышленных предприятий.

Увеличение потерь электроэнергии в ЭО вследствие отклонения напряжения от номинального является одной из форм электромагнитного ущерба.

Отклонение напряжения

Показателями, характеризующими медленные изменения напряжения электропитания (продолжительностью более 1 минуты), являются отрицательное и положительное отклонения напряжения электропитания в точке передачи электроэнергии от номинального (согласованного) значения, %:

%, %,

где – напряжение, равное стандартному номинальному напряжению или согласованному напряжению ;

, – значения напряжения электропитания, меньшие и большие соответственно, усредненные в интервале времени 10 минут [3].

В электрических сетях низкого напряжения стандартное номинальное напряжение электропитания равно 220 В (между фазным и нейтральным проводниками для однофазных и четырехпроводных трехфазных систем) и 380 В (между фазными проводниками для трех- и четырехпроводных трехфазных систем).

В электрических сетях среднего и высокого напряжений вместо значения номинального напряжения электропитания принимают согласованное напряжение электропитания .

Для указанных выше показателей КЭ установлены следующие нормы: положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи электрической энергии не должны превышать 10 % номинального или согласованного значения напряжения в течение 100 % времени интервала в одну неделю [3].

Влияние отклонения напряжения на работу электрической сети и электрооборудования

1. Силовые трансформаторы (СТ) и линии электропередачи (ЛЭП).

Нагрузочные потери мощности и электроэнергии в элементах электрической сети пропорциональны квадрату тока и обратно пропорциональны квадрату напряжения, а потери холостого хода пропорциональны квадрату напряжения. С учетом этого получим выражения для определения дополнительных потерь мощности при положительном и отрицательном отклонениях напряжения соответственно [2]:

,

,

где , – потери мощности нагрузочные и холостого хода, рассчитанные при номинальном напряжении, кВт;

– положительное и отрицательное отклонение напряжения, %.

Увеличение (снижение) потерь мощности по сравнению с номинальным значением определяют по выражению [2]:

,,

где , – изменение потерь мощности при положительном и отрицательном отклонениях напряжения, кВт.

При условии, что в сети > (при КЗ < 0,4) целесообразно снижать напряжение, так как при > 0, суммарные потери будут меньше (< 0) [5].

Результаты расчета дополнительных потерь активной мощности в трансформаторе ТМ-1000 при изменении питающего напряжения при различных значениях коэффициента загрузки (КЗ = 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0) показаны на рисунке 1. Кривые иллюстрируют дополнительные потери в СТ при отсутствии регулирования напряжения отпайками.

Для СТ, у которых > (при КЗ > 0,5), суммарные потери в них при увеличении напряжения сети (>0) будут уменьшаться (< 0). Для СТ с коэффициентом загрузки в пределах 0,4 < КЗ < 0,5 потери нагрузочные и холостого хода практически одинаковы , следовательно, отклонение напряжения не приводит к существенному изменению суммарных потерь в СТ.

Рис. 1. Дополнительные потери мощности в трансформаторе ТМ-1000 кВ·А при положительном и отрицательном отклонениях напряжения

Для ЛЭП , следовательно, для снижения потерь в ЛЭП необходимо повышать напряжение (>0), так как нагрузочные потери при этом будут уменьшаться (< 0).

На рисунке 2 представлены результаты расчета дополнительных потерь мощности при положительном и отрицательном отклонениях напряжения в ЛЭП марки АСБ-10-3x120 длиной 1 км при различных значениях тока, протекающего по трехфазной ЛЭП (при токах в фазе равных 50, 40, 30, 20 А).

Рис. 2. Дополнительные потери мощности в ЛЭП АСБ-10-3x120 при положительном и отрицательном отклонениях напряжения

2. Асинхронные двигатели (АД).

При наличии положительного или отрицательного отклонения напряжения на зажимах АД изменяются следующие параметры: частота вращения ротора, активные потери и потребление реактивной мощности. Таким образом, экономические показатели, характеризующие работу АД, изменяются, что приводит к изменению приведенных затрат при его эксплуатации по сравнению с режимом номинального напряжения [4].

В двигателях, работающих с постоянным моментом сопротивления, при номинальной нагрузке потери активной мощности увеличиваются при отрицательном отклонении напряжения в сети, так как ток, потребляемый из сети, увеличивается. При положительном отклонении напряжения происходит уменьшение потерь активной мощности [6]. При малых загрузках двигателей (КЗ < 0,5) эта зависимость приобретает зеркальный характер (рисунок 3).

Следует отметить, что изменения активных потерь мощности в АД при отрицательном или положительном отклонениях напряжения в пределах 10 % от Unomневелики (менее 3 % от ΔPном), но они составляют такую же величину, что и потери в сетях. При увеличении положительного или отрицательного отклонения напряжения до 15 % от Unom потери активной мощности существенно возрастают [5].

 

Рис. 3. Дополнительные потери мощности в АД мощностью 9–15 кВт при положительном и отрицательном отклонениях напряжения

3. Синхронные двигатели (СД).

Максимальный электромагнитный момент СД в широко распространенных схемах с вентильными и электромашинными возбудителями при неизменном токе возбуждения изменяется пропорционально напряжению; это вызывает соответствующее изменение запаса статической устойчивости двигателя. При наличии отклонения напряжения в сети изменяется располагаемая реактивная мощность (РМ), определяемая тепловой нагрузкой СД: при положительном отклонении напряжения снижается вследствие увеличения насыщения магнитопровода машины и потерь в стали; при отрицательном отклонении напряжения до 20 % от Unom– увеличивается для СД с высокими значениями отношения короткого замыкания (свыше 1,25) и небольшой нагрузкой на валу. Для СД с отношением короткого замыкания равным 1,25 отрицательное отклонение напряжения вызывает уменьшение располагаемой РМ [5].

Потери активной мощности в СД увеличиваются при положительном отклонении напряжения в сети и ростом загрузки СД по РМ.

4. Источники света.

Мощность, потребляемая источниками света, изменяется в зависимости от величины отклонения напряжения в сети. При положительном и отрицательном отклонениях напряжения до 10 % от номинального напряжения Unomдля ламп накаливания (ЛН) справедливо соотношение [1]:

где , – соответственно номинальное и фактическое напряжения на ЛН;

, – соответственно номинальная и фактическая мощность, потребляемая ЛН.

При положительном и отрицательном отклонениях напряжения до 10 % от Unom изменение мощности, потребляемой ртутными лампами низкого давления типа ЛЛ и высокого давления типа ДРЛ, натриевыми лампами высокого давления типа ДНаТ, ксеноновыми лампами типа ДКсТ, рассчитывается из соотношения [1]:

, – для ЛЛ и ДРЛ,

, – для ДРИ,

, – для ДНаТ,

, – для ДКсТ.

где ,, – соответственно положительное и отрицательное отклонения напряжения и номинальное напряжение сети;

, – изменение мощности и номинальная мощность, потребляемая лампой.

На основании выражений, приведенных выше, получены зависимости удельного перерасхода активной мощности от положительного и отрицательного отклонений напряжения для источников света, представленные на рисунке 4.

Рис. 4. Удельные дополнительные потери мощности в источниках света при положительном и отрицательном отклонениях напряжения

Вывод

Удельный перерасход активной мощности в процентах к потерям в номинальном режиме показывает, насколько сильно отклонение напряжения влияет на потери мощности в электрооборудовании. На основании зависимостей, представленных на рисунках 1–4, можно сделать следующие выводы:

  • потери мощности в электрической сети увеличиваются при отрицательном отклонении напряжения при загрузке трансформаторов выше 50 %; при недогрузке трансформаторов (до 30 %) – потери мощности в сети уменьшаются;
  • потери мощности в ИС увеличиваются при положительном отклонении напряжения;
  • потери мощности в АД увеличиваются: при отрицательном отклонении напряжения при загрузке двигателей выше 50 %; при положительном отклонении напряжения при загрузке двигателей ниже 70 %.

Поскольку преобладающей нагрузкой является АД, то для снижения потерь мощности в ЭП и электрических сетях необходимо поддерживать положительное отклонение напряжения в пределах 10 % от Unom при условии работы двигателей с загрузкой более 70 %.

Рецензенты:

Харламов В.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Электрические машины и общая электротехника» ФГБОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения», г. Омск;

Кузнецов А.А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Теоретическая электротехника» ФГБОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения», г. Омск.


Библиографическая ссылка

Сафонов Д.Г., Долингер С.Ю. УЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ В ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ И СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРИ ОТКЛОНЕНИЯХ НАПРЯЖЕНИЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=15248 (дата обращения: 26.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252