CC BY
20
ACCOUNTING FOR NON-SINUSOIDAL CURRENTS IN THE CALCULATION OF TRANSIENTS Tarnavskiy Ya.V. (Ukraine) Email: [email protected]
Tarnavskiy Yaroslav Valerievich - Bachelor in Electrical Engineering and Electrotechnics, DEPARTMENT OF ELECTRICAL NETWORKS AND SYSTEMS, THE NATIONAL TECHNICAL UNIVERSITY OF UKRAINE IGOR SIKORSKY KIEV POLYTECHNIC INSTITUTE, KIEV, UKRAINE
Abstract: in the last decade in electrical power networks, there has been extensive introduction of various non-linear loads, primarily in the electronic and Converter technology. The shape of the current such consumers may differ significantly from a sinusoid. It should be noted that in the conventional methods of analysis of normal and emergency transients are considered only linear consumers and all processes are sinusoidal in nature. The presence of distorted signals of voltage and current can significantly distort the flow of the transition process. As a result will have big error in the determination of short-circuit currents with subsequent errors in the selection ofpower equipment and calculation of relay protection. Simulated transients in three - phase electric circuits. As a modeling tool was used MATHCAD software. The degree of difference is caused not only by degree of distortion of signals, but also the asymmetry of the distortion phase. The results of transient analysis and calculation of short-circuit currents in non-sinusoidal conditions differ from pure sinusoidal processes. Noticeable influence on the variation of parameters of an equivalent circuit when the flow of non-sinusoidal currents.
Keywords: non-linear load, harmonics, non-sinusoidal regimes, the elements of electric networks, the mathematical model of the electrical network, short circuit, algorithm, calculation, sinusoidal load, the quality of electric energy, Maxwell's equations.
УЧЕТ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ ТОКОВ В АНАЛИЗЕ ПЕРЕХОДНЫХ
ПРОЦЕССОВ Тарнавский Я.В. (Украина)
Тарнавский Ярослав Валерьевич - бакалавр электротехники и электротехнологий, кафедра электрических сетей и систем, Национальный технический университет Украины Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского, г. Киев, Украина
Аннотация: в последнее десятилетие в электрических сетях наблюдалось интенсивное внедрение различных нелинейных нагрузок, в первую очередь электронной и преобразовательной техники. Форма кривой тока таких потребителей может существенно отличаться от синусоиды. Необходимо отметить, что в общепринятых методах анализа нормальных и аварийных переходных процессов рассматриваются только линейные потребители и все процессы носят синусоидальный характер. Наличие искаженных сигналов напряжения и тока может заметно исказить процесс протекания переходного процесса. Как следствие, возникнут большие погрешности в определении токов короткого замыкания с последующими ошибками в выборе силового оборудования и расчете установок релейной защиты. Степень различия обусловлена не только степенью искажения сигналов, но и несимметрией искажения по фазам. Результаты анализа переходных процессов и расчет токов короткого замыкания в несинусоидальных условиях отличаются от чисто синусоидальных процессов. Заметное влияние на процесс оказывает изменение параметров схемы замещения при протекании искаженных токов. Ключевые слова: нелинейная нагрузка, высшие гармоники, несинусоидальные режимы, элементы электрической сети, математическая модель электрической сети, короткое замыкание, алгоритм, расчет, несинусоидальная нагрузка, качество электрической энергии, уравнения Максвелла.
Известно, что в последнее время в электрических сетях наблюдается тенденция по увеличению доли нелинейных и несимметричных напряжений. Утверждение относится ко всем классам напряжения [1, 2].
Классические методы анализа и расчета переходных процессов в электрических сетях делают допущение о синусоидальности и симметричности установившегося режима до момента появления возмущения [3, 4]. Такие установившиеся режимы обусловлены наличием нелинейных и несимметричных потребителей электрической энергии. Как результат появляется мгновенная несимметрия. Очевидно, что расчет переходного процесса без учета указанных особенностей может содержать существенные погрешности. Как следствие, снижается надежность электроснабжения конечных потребителей, повышается некорректность выбора установок релейной защиты и коммутационных аппаратов. Важно отметить, что несинусоидальные токи, протекающие в линиях электропередачи, оказывают влияние на величину активного сопротивления и индуктивности провода [5]:
= Ъ V///о ; и
=
ШК
(1) (2)
где
Я -
активное сопротивление провода постоянному току;
и - собственная индуктивность провода; / - промышленная частота; / -
анализируемая частота.
Также происходит изменение активных и индуктивных сопротивлений всех элементов сети, включая генераторы и трансформаторы.
Необходимо отметить, что при равенстве действующего значения тока синусоидального и несинусоидального сигналов амплитудное значение несинусоидального сигнала в большинстве случаев заметно выше. На рис. 1 представлены осциллограммы токов периодической составляющей тока короткого замыкания в линии, питающей синусоидальную и несинусоидальную нагрузку. Действующие значения совпадают и равны 200 А.
Рис. 1. Осциллограмма периодической составляющей тока короткого замыкания
Амплитудное значение синусоидального сигнала составляет 282,8 А, а несинусоидального - 357,5 А.
На рис. 2 представлены осциллограммы токов трехфазной линии электропередачи. Действующие значения токов линии совпадают и равны 200 А.
На рис. 3 представлена осциллограмма токов нейтрали, осциллограмма фазных токов которой приведена на рис. 2. Действующее значение тока нейтрали составляет 151 А.
Рис. 2. Осциллограммы токов трехфазной линии электропередачи
Рис. 3. Осциллограмма тока нейтрали
Из рис. 2 и 3 видно, что симметричный по действующим значениям режим токов является существенно несимметричным по величине тока в нейтрали. Следовательно, в анализе переходного процесса необходимо учитывать сопротивление протекания тока нейтрали.
Для расчета переходного процесса в электрической сети с нелинейной нагрузкой запишем уравнения электрической сети в системе координат , вращающихся с
синхронной скоростью О, ограниченной узлами а и / и поперечной емкостью С узла а ,
в мгновенных значениях [6]:
-I,
и
-а
и
qа
(г) = и/ (г) + г (/)■ 1а + Ь (I оЬ (I) 1а
(' ) = и,А ' ) + г (I )■ >аа/+ Ь ( I ) -*/-О>Ь ( I К/
= (г уаНиЛ)
^ = С,, (,) - Оки-а (г)'
Представленные уравнения записаны в мгновенных значениях, так как получены
уравнения Г (I) и Ь (I) учитывающие зависимости (1) и (2), позволяющие для линии
электропередачи проводить расчет без разложения несинусоидального сигнала в ряд Фурье, т.е. без перехода в масштабное пространство.
<
Показано, что учет нелинейных нагрузок в анализе переходных процессов заметно влияет на результат расчета. Представлена зависимость активного и реактивного сопротивления линии электропередачи от формы кривой протекающего тока без перехода в масштабное пространство.
Список литературы /References
1. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. 4-е изд-е. М.: Энергоатомиздат. 311 с.
2. Arrillaga J., Watson N.R. Power System Harmonics. Second Edition. John Wiley and Sons Ltd, 2003. 412 p.
3. Гамазин С.И., Ставцев В.А., Цырук С.А. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой. М.: Изд-во МЭИ, 1997. 424 с.
4. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 595 с.
5. Ollendorff F. Potentialfield der Electrotechnik. Berlin, 1932.
6. Сивокобыленко В.Ф. Переходные процессы в многомашинных системах электроснабжения электрических станций. Донецк: Донец. политех. ин-т, 1984. 116 с.
REDISTRIBUTION OF POWER FLOW IN COMPLICATED CLOSED OVERHEAD NETWORKS 10 KV FOR REDUCE LOSS AND IMPROVING THE QUALITY OF ELECTRICITY Rudenko D.I. (Ukraine) Email: [email protected]
Rudenko Denys Igorovich - Bachelor in Electrical Engineering and Electrotechnics, DIRECTION: ELECTRICAL ENGINEERING AND ELECTROTECHNOLOGY, DEPARTMENT OF ELECTRICAL NETWORKS AND SYSTEMS, THE NATIONAL TECHNICAL UNIVERSITY OF UKRAINE IGOR SIKORSKY KIEV POLYTECHNIC INSTITUTE, KIEV, UKRAINE
Abstract: the distribution networks of the most widespread network loop circuit - closed network, open at one of its nodes. This disconnection point must be selected according to the criterion of minimization the active power losses, electric power and ensure the reliability of power supply. Definition of a rational point for breaking the overhead network, corresponding to the minimum active power losses, is quite a tedious task. The validity of the proposed method was checked by the example of several typical 10 kV networks.
Keywords: flow of powers, meshed network of 10 kV, breaking point, the active power losses.
ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТОКОВ МОЩНОСТИ В СЛОЖНОЗАМКНУТЫХ ВОЗДУШНЫХ СЕТЯХ 10 КВ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ПОТЕРЬ И УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Руденко Д.И. (Украина)
Руденко Денис Игоревич - бакалавр, направление: электротехника и электротехнологии,
кафедра электрических сетей и систем, Национальный технический университет Украины Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского, г. Киев, Украина
