Электромагнитная совместимость несимметричной нагрузки с системой электроснабжения в части учёта электрической энергии Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 621.311

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ НЕСИММЕТРИЧНОЙ НАГРУЗКИ С СИСТЕМОЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ В ЧАСТИ УЧЁТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Е.В. Иванова, Д.С. Шеломенцев, И.В. Кулинич

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, В.В. Анкирский

ПП «Казахэнергоэкспертиза», г. Павлодар

Симметриялсыз жуктi тиеу жанында eceôi электрлт энергия царастырылган. К,осылган жуют тиеуге арналган симметриялы курастырушы Kepi ну i схемамен «жулдыз» (ноль сымсыз), жукпи тиеумен симметриялысызбен тутынушы, к,андай электр энергиясын алады жене кандай mejeydi ак,ы mejeydi oudipemini кврсетшген.

Рассмотрена проблема учёта электрической энергии при несимметричной нагрузке. Проведён анализ появления симметричных составляющих для нагрузки соединенной по схеме «звезда» (без нулгвого провода). Показано, какую электроэнергию получает из сети потребитель с несимметричной нагрузкой и какую плату производит оплату.

The problem of the account of electric energy is considered at asymmetrical loading. The analysis of occurrence of symmetric components for loading connected under the circuit a «star» (without a zero wire) is carried out. It is shown, what electric power is received from a network with the consumer with asymmetrical loading and what payment pays.

Проблема качества электроэнергии является в настоящее время одной из актуальных проблем. Генерируемая на электрических станциях электроэнергия соответствует требованиям ГОСТ 13109-97. Однако в сетях чаще всего присутствуют потребители с различными нагрузками, которые в зависимости от своих характеристик воздействуют на те или иные показатели качества электроэнергии. Например, несимметрия нагрузки в электри-

ческих сетях приводит не только к снижению надежности работающего у потребителей оборудования и искажению в работе приборов учёта электроэнергии, но и к прямому ущербу потребителям вследствие порчи его технологического оборудования [1].

Наиболёе характерно несимметричный вид нагрузки представляют рафинировочные котлы свинцового производства, в которых используются мощные электрические печи сопротивления. Схема электроснабжения их приведена на рисунке 1.

Печь сопротивления состоит из 2-х зон нагрева, мощность одной печи составляет 1200 кВт (600 кВт на зону). В нормальном режиме работы данные печи являются симметричными линейными потребителями. Потребление токов в зонах по фазам приведено на векторной диаграмме (Рис 2 а, б). [2]

Суммарное потребление токов по фазам на один котёл вычисляется по формулам

1лг II ^ О; + /^ ] ^ 1 А

I вг ОД II т32 ^ 1 В

'с* = 1^

где 1д , 1ц , I31 - соответственно токи потребляемые в 1-й зоне нагрева по фазам А, В и С;

1а ' 1в2' 1с2 -токи потребляемые в 2-й зоне нагрева по фазам А, В и С Векторная диаграмма суммарных токов приведена на рисунке 3. В процессе работы сопротивления по техническим особенностям работы выходят из строя (перегорают). Потребление электроэнергии по фаза-, становятся различным, т.е. несимметричным.

Рассмотрим случай, когда перегорает сопротивление в фазе А в зоне Электрическая нагрузка становится несимметричной. Векторные диагра:- -мы потребления примут вид как показано на рисунке 4. Суммарное п> требление токов по фазам станет вычисляться по формулам

1 =132 }

1 _ та"3\ I тЗ2 1вг -*в +1в

1 Г _ тав'Л , г 32

1 С£ ~ 1С + 1С

где I®31, 1®в31 - соответственно токи потребляемые в 1 -й зоне нагрева - . фазам В и С после перегорания сопротивления в фазе А.

35 кВ ^

ЮкВ

0,4 кВ =

2 СШ

pW2

Рафинировочный котел Симметричная нагрузка

Рис. 1. Схема электроснабжения печей

г 31

а)

г 32

б)

Рис. 2. Векторные диаграммы потребления токов

в рафинировочном котле по зонам

Рис. 3. Векторная диаграмма потребления токов в рафинировочном котле

1А2 || ¡31

т авЭ |, хс Л тавЗ 1В

■л- -4,- -Не

С2

--А' т31

а)

г31 ^

В2

г 32

б)

Рис. 4. Векторные диаграммы потребления токов в рафинировочномюэтле по зонам после перегорания резистора в зоне 1 в фазе А

Рис. 5. Векторная диаграмма потребления токов после перегорания резистора

в зоне 1 в фазе А

В связи с этим представляет практический интерес, что учитывают счётчики, стоящие у потребителей с несимметричной (р\\П) и симметричной нагрузками (р\¥2) (рис. 1).где V/;,1 . -электроэнергия потребляемая по фазам А. В и С в несимметричном режиме.

Так как потребленная электроэнергия пропорциональна квадрату тока, то векторная диаграмма потребления электроэнергии при несимметричной нагрузке будет такой же, как на рисунке 5 (Рис. 6).

Для анализа и расчётов несимметричных режимов используется метод симметричных составляющих. Он основан на представлении любой трёхфазной несимметричной системы величин в виде суммы трёх симметричных систем соответствующих величин. [3]Так как нагрузка в нашем случае соединена по схеме звезда без нулевого провода, то нулевая последовательность отсутствует.

С помощью этого метода раскладываем векторы . на со-

ставляющие прямой и обратной последовательностей

¡г;

К ж;

где \¥Л|,\УВ|,\¥С| - соответственно активная энергия прямой последовательности фаз А.В и С;

активная энергия обратной последовательности фаз

А, В и С.

Система прямой последовательности имеет порядок следования фаз А, В. С. Система обратной последовательности имеет порядок следования фаз А, С, В. Векторы фаз В и С можно выразить следующим образом

1

I (4)

1¥п =сМп \

^,2 = ^А2 1

уУс2=ОЧУа2\ (5)

где а - фазный множитель, умножение вектора на фазный множитель приводит к повороту вектора на 120° против часовой стрелки.

Подставляем равенства (4) и (5) в систему уравнений (3) и получаем

II ,, + IV IV + IV

'' /л ' '' т

II2

1Гп+1У(.2

(3)

А гг А\ т " А2

Г; = аг1¥м +а!Г

А 2

А 2

(6)

Преобразуя систему уравнений (6) получаем математические выражения для построения векторов прямой и обратной последовательностей фаз А, ВиС

На основании системы уравнений (7) представим векторы прямой (рис. 7, а) и обратной (рис. 7, б) последовательностей для фазы А в графическом виде, а затем учитывая выражения (8) и (9) построим системы векторов прямой (рис. 7, в) и обратной (рис. 7, г) последовательностей для всех трёх фаз.

Потребитель с несимметричной нагрузкой потребляете сети электроэнергию прямой последовательности (\¥Д|,\¥В|,\УС|) (как показано на рисунке 8 а), а выдаёт в сеть электроэнергию обратной последовательности (^УД2, \УВ2, \УС2) (рис. 8 б). Счётчик, установленный у потребителя, алгебраически суммирует активную электроэнергию прямой и обратной последовательностей, то есть счётчик р\¥1 будет регистрировать разность между этими двумя энергиями (рис. 9).

Диаграмма, приведенная на рисунке 10, демонстрирует, как происходит обмен некачественной электроэнергией между потребителем с несимметричной нагрузкой и продавцом, имеющим симметричную систему генерирования.

Электроэнергия обратной последовательности, внесённая в электрическую сеть, распространяясь по ней, попадает к потребителям с симметричной нагрузкой. Счётчик р\¥2, установленный у такого потребителя, будет

(7)

(8)

(9)

Рис. 7. Векторные диаграммы электроэнергии

прямой и обратной последовательностей

Рис. 9. Векторная диаграмма активной энергии учитываемой счётчиком у потребителя с несимметричной нагрузкой

Рис. 10. Диаграмма обмена электроэнергией между системой и потребителем с несимметричной нагрузкой

суммировать электроэнергию прямой (\УАс, \УВс, \¥Сс) и обратной последовательностей \УВ2, Х^,) (Рис. 11).

Диаграмма на рисунке 12 показывает, что учитывает электросчётчик, установленный у потребителя, с симметричной нагрузкой.

Рис. 11. Векторная диаграмма активной энергии, учитываемой счётчиком у потребителя с симметричной нагрузкой

п р

о д

А В

Е Ц

Активная энергия

прямой последовательности

Активная энергия

обратной последовательности

П

о к а

3 а н и я

с

4 е т ч и к а

Ч

0

1 р

Е Б И Т Е Л Ь

Рис. 12. Диаграмма получения потребителем некачественной электроэнергии

Из всего вышеперечисленного следует, что наличие в сети потребителя с несимметричной нагрузкой обострило проблему учёта электроэнергии в электрических сетях. Потребитель с несимметричной нагрузкой не только вносит искажения в показатели качества электроэнергии, но и не платит в

полной мере за потреблённую качественную электроэнергию. А потребители, имеющие симметричную нагрузку, будут платить не только за полезную потребленную электроэнергию прямой последовательности, но и за электроэнергию обратной последовательности. [4]

Эта проблема, является актуальной для электроснабжающих организаций и требует технического и организационного решения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Соколов Я. С. Чернышева Н.В. Предложения по инженерному решению проблемы качества электрической энергии. // Промышленная энергетика,- №8,-С.51-53.

2. Сольников В.Г. Электротехнология основных производств - Караганда: Казахстан, 1976.-67 с.

3. Круг К.А. Основы электротехники - М.: Государственное энергетическое издательство, 1952.-432 с.

4. Сальников В.Г. Экономия электроэнергии в промышленности - А.-А.: Казахстан, 1984-124 с.