CC BY
148
УДК 621.311.4
УЧЕТ АКТИВНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ТРЕХФАЗНОЙ ЧЕТЫРЕХПРОВОДНОЙ СИСТЕМЕ ПРИ НЕСИММЕТРИЧНОМ РЕЖИМЕ
АРУТЮНЯН А. Г.
ЗАО «Научно-исследовательский институт энергетики» (Республика Армения)
В настоящее время примерно 60 % вырабатываемой электроэнергии в Армении потребляется бытовым сектором республики. В связи с этим актуальными становятся точность учета активной элекроэнергии и поддержание в соответствии с требованиями [1] показателей качества электроэнергии в трехфазных четырехпроводных сетях 0,4 кВ.
Измерения, проведенные на десяти ТП-10/0,4 кВ Еревана, показали, что трехфазная четырехпроводная система 0,4 кВ из-за неравномерного распределения однофазных потребителей и неодновременного изменения нагрузки по фазам А, В, С работает в несимметричном режиме.
Результаты измерений на одной подстанции ТП-10/0,4 кВ 5ТЛЮМ = 400 кВ-А приведены в табл. 1. Коэффициент несимметрии по нулевой последовательности Кои, рассчитанный согласно [1], для этой подстанции составил 17 %. Величина К0ц для трехфазных четырехпроводных сетей 0,4 кВ нормирована соответственно: нормально допустимое значение К0и = 2 %, т. е. 1/0 = 4,4 В, предельно допустимое значение Кои = 4 %, т. е. 1)0 = 8,8 В, где и0 - напряжение нулевой последовательности, В. В предыдущем ГОСТе величина и0 не нормировалась, а в действующем нормируется, исходя из соответствующих нормативных значений отклонения напряжения [1,2].
Таблица 1
Данные измерения и расчета для одной ТП-10/0,4 кВ
Фаза Полная мощность кВ А Активная мощность Рт, кВт Реактивная мощность £),„, квар Я •ея а о н и О £ с ^ Линейные и фазные напряжения ¡/„/¿/ф, В Ток нейтрального провода /№ А Напряжение в нейтральной точке 1/ц, В Расчетная полная мощность прямой последовательности 5рзС, кВ А Дополнительные потери полной и активной мощностей в трансформаторе А^/ДРот,, кВ А/кВт Дополнительная активная мощность в линиях 0,4 кВ АРЧ, кВт Дополнительные потери полной и активной мощностей в нейтральном проводе Ян/Рц, кВ А /кВт Расчетная потребленная полная мощность 5'рас.ь кВ А
А 36,8 35,4 10 147 427/250 53,68 0,55/0,19 0,7 53,13
В 56,6 56,4 4,5 220 431/235 144 43,5" 53,68 0,55/0,19 0,7 6,43/6,4 53,13
С 66,9 66,3 9 282 423/248 53,68 0,55/0,19 0,7 53,13
159,7 158,1 23,5 161 1,65/0,57 2,1 159,39
Согласно [3] при несимметричных режимах четырехпроводных сетей 0,4 кВ в нулевом проводе (скрытая мощность) возникают дополнительные потери, которые не учитываются трехфазным счетчиком. В нормативных документах отсутствует методика для расчета дополнительных потерь.
В [3-6] не находим ответа на вопрос: имеется ли методическая погрешность при учете активной электроэнергии трехфазным счетчиком в
несимметричном режиме сети 0,4 кВ. Выводы по этому вопросу противоречивы.
Цель данной статьи - дать ответы на изложенные выше вопросы.
Для подтверждения вывода [6] о том, что в трехфазной четырех-проводной системе 0,4 кВ трехфазный счетчик учитывает всю энергию, п »едаваемую через систему, включая потери активной электроэнергии в нулевом проводе, рассмотрим приведенную на рис. 1 схему трехфазной четырехпроводной системе.
Составим выражение полной мощности трехфазной цепи 0,4 кВ (рис. 1) с помощью узловых потенциалов
= SA + SB + SC + SN= (иА - иХ + (t/B - иХв + (ис -uXc + ^Л (1)
Открыв скобки и перегруппировав по фазным напряжениям, получим выражение
■ f
_ + * • • » f * * * ♦ I
Scae = Uл IA +Ub IB+ Uс IC -UN\ IA+IB+IC-IN (2)
V J
Из[6] известно, что
Ia+IB+IC- IN = 0, (3)
с учетом которого (1) примет вид
See - U л Ia+ U в I в + U с 1с . (4)
Из (4) следует, что активная энергия, передаваемая по трехфазной четырехпроводной системе 0,4 кВ, определяется выражением
РЖТ = рл1л cos ер,, +UBIB cos <pe + UCIC cos фСУ , (5)
где Т- время.
В реальных условиях учета имеется определенный небаланс между показанием головного трехфазного счетчика (рис. 1) и суммой показаний
счетчиков на ответвлениях. Например, в ТП-10/0,4 кВ, где за трое суток по показанию головного счетчика (ABB) было потреблено Wc4 = 11400 кВт-ч, а по показаниям счетчиков на ответвлениях потребленная активная энергия составила И-ч = 6000 кВт-ч, небаланс активной энергии равен 5400 кВт-ч.
Исследуем влияние несимметрии на величины дополнительных потерь активной мощности в трехфазной четырехпроводной системе 0,4 кВ и их небаланса.
Измеренные фазные напряжения и токи (табл.1) согласно [7] разложили на симметричные составляющие. Анализ полученных результатов показывает, что напряжение и токи обратной последовательности по величине малы, и обусловленной ими мощностью можно пренебречь. Величины полной мощности прямой последовательности 5pac.i приведены в табл. 1.
Из-за наличия токов и напряжений нулевой последовательности возникают дополнительные потери активной мощности:
• в нулевом проводе их можно определить по формуле [8]
APn=I%Rn*UnIn,kBT, (6)
где IN = 3/0 - ток, протекающий по нулевому проводу, А; RN - активное сопротивление нулевого провода, Ом;
• в линейных проводах их рассчитывают по выражению
ДР0ф = 3/02^,кВт, (7)
где /0 - величина тока нулевой последовательности; - активное сопротивление фазного провода.
Потери активной электроэнергии, обусловленные активными мощностями A/Jv и ДРоф, трехфазный счетчик в начале линии (рис. 1) будет учитывать, а счетчики на ответвлениях учитывать не будут, т. е. величины АPN и ЛРоф увеличивают небаланс в показаниях счетчиков активной электроэнергии на стороне 0,4 кВ, который в нашем случае составил примерно 8,5 кВт.
Потери активной мощности во вторичных обмотках питающего трансформатора равны
ДРот = 3/Я,кВт, (8)
где RT - активное сопротивление вторичных обмоток трансформатора.
Согласно [9] в трансформаторе с группой соединения Y/Y0, при несимметричных ЭДС обмоток возникают поперечные магнитные поля, силовые линии которых замыкаются по стенкам бака, вызывая дополнительные потери активной мощности. В нашем примере эти потери составили ДРБ = 5 кВт. Потери активной электроэнергии, обусловленные активными мощностями АР от и АРъ, создаются из-за несимметрии в системе 0,4 кВ, но головной трехфазный счетчик эти потери не учитывает, их будет учитывать счетчик активной электроэнергии, установленный на стороне 6-10 кВ. Следовательно, между показаниями этих двух счетчиков также
возникнет небаланс, величина которого в нашем примере составляет др= 5,6 кВт.
Для проверки измеренной величины 5ИЗ полной мощности (табл. 1) расчетным путем необходимо от полной мощности 5ра1:Л вычесть дополнительные потери полной мощности ДS0T. Результаты расчета приведены в табл. 1.
Погрешность расчета полной мощности с помощью метода симметричных составляющих по отношению к измеренной суммарной полной мощности составила 0,2.
Таким образом, несимметрия в трехфазной четырехпроводной системе 0,4 кВ приводит к дополнительным потерям активной электроэнергии (табл. 1), которые, в свою очередь, ведут к небалансу между показаниями счетчиков на ответвлениях и в начале линии.
Как уже было отмечено, в действующем ГОСТе степень несимметрии в системе 0,4 кВ нормируется по составляющей нулевой последовательности напряжения. Однако рекомендуемая методика определения величины Кои Для использования на практике эксплуатации сложна, а практическое применение затруднено.
Ниже предлагается сравнительно простой способ определения степени несимметричности в трехфазной четырехпроводной сети 0,4 кВ, основанный на измерении тока IN в нейтральном проводе.
Согласно [7] ток в нулевом проводе можно определить по формуле
In ~ > А. (9)
Согласно [6] 3 UQ = UN, с учетом этого можем найти значение UN, соответствующее нормально и предельно допустимым значениям (../„: UN = 31/Онор = 13,2 В; (Уд/пред = Запрел = 26,4 В.
Следовательно, величину тока IN, соответствующую значениям UNiiор и ^Мпред, можно рассчитать следующим образом:
U 11
г _ Whop . т _ |Упред /, qn
Лнор о ' -'Л'пред Е> ' v-*-"/
N
Так как в сетях 0,4 кВ сечение нулевого провода выбирается на один стандарт ниже сечения фазного провода, можем переписать (10) в виде:
т _ ^ N нор . т _ U* пред
■Vh°P ~~ ' 1,3^ '
где - активное сопротивление фазного провода или жилы кабеля линии 0,4 кВ.
В каждом конкретном случае, зная значение R&, возможно определить нормально и предельно допустимые значения тока нулевого провода.
Пример: для подстанции, где проводились измерения, величина = = 0,3 Ом. Подставляя ее в (9), получим нормально и предельно допустимые значения тока нулевого провода: /д/нор = 34 А; /мпреД= 68 А.
ВЫВОДЫ
1. При несимметричных режимах трехфазной четырехпроводной системы 0,4 кВ возникает небаланс в показаниях счетчиков активной электроэнергии в зависимости от места установки счетчиков однофазных потребителей.
2. Для практического определения степени несимметричности трехфазных четырехпроводных сетей 0,4 кВ необходимо в действующий ГОСТ ввести дополнительную нормируемую величину тока нулевого провода.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. -Введ. 21.11.1997.
2. Ф е д о р о в, А. А. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий / А. А. Федоров, Л. Е. Старкова. - М.: Электроатомиздат, 1987. - 368 с.
3.Дрехслер, Р. Измерение и оценка качества электроэнергии при несимметричной и нелинейной нагрузке / Р. Дрехслер. - М., 1986. - 110 с.
4. Г о р ю н о в, П. Н. Электрические счетчики / П. Н. Горюнов, С. М. Пигин, Н. Н. Шу-миловский. -М.: Госэнергоиздат, 1958. -495 с.
5. И л ю к о в и ч, А. М. Электрические счетчики / А. М. Илюкович. - М.;Л.: Госэнергоиздат, 1964. - 384 с.
6. А р у т ю н о в, В. А. Электрические измерительные приборы и измерения / В. А. Арутюнов. -М.: Госэнергоиздат, 1958. - 613 с.
7. К а л а н т а р о в, П. Л. Теоретические основы электротехники / П. Л. Калантаров, Л. Р. Нейман. - Л.; М.: Госэнергоиздат, 1948. - 411 с.
8. Электротехнический справочник. - Т. 1: Общие вопросы. Электротехнические материалы / Под общ. ред. В. Г. Герасимова, П. Г. Грудинского, Л. А. Жукова и др. - М.: Энергия, 1980. - 520 с.
9. Б а л ь ш о в, К. К. Конспект лекций по специальному курсу электрических машин: параметры и добавочные потери в трансформаторах и электрических машинах переменного тока / К. К. Бальшов. - М., 1969. - 141 с.
Представлена Ученым советом Поступила 20.05.2004
