Увеличение количества и мощности однофазных электрических нагрузок, а также увеличение требований к качеству электроэнергии привело к тому, что разработке и исследованию высокоэффективных методов и технических средств для симметрирования токов и напряжений придаётся огромное значение.

Данная проблема является очень важной, так как, в основном, она возникает на трансформаторных подстанциях (ТП). Как известно, трансформаторы экономичны только в случае симметричной фазной нагрузки. Таким образом, на ТП, в которых имеются несимметричные нагрузки по фазам, происходят большие потери электроэнергии [2].

В сельских электрических сетях 0,4 кВ эти потери имеют большее значения. Это связано с низким уровнем эксплуатации, малой удельной нагрузкой вдоль линии электропередачи (ЛЭП), а также повышенной несимметрии фазных нагрузок.

В данной статье измерения токов и напряжений производились на ТП-5 поселка «Талас» Талаского района Жамбылской области.

Для измерения напряжения и тока на отдельных фазах мы использовали Вольтамперфазометр Парма ВАФ-А.

Измерения были проведены в соответствии с ГОСТом 308.4.4.30-2013 в осенний и зимний периоды.

Номинальная мощность трансформатора ТМ 250 кВ∙А. От станции отходят 3 воздушные ЛЭП протяженностью 875 метров. Магистральные линии выполнены проводом АС-50 и длиной 470 метров, а радиальные проводом АС-35 общей длиной примерно 405 метров. Потребители представлены коммунально-бытовой нагрузкой, а именно: бытовые нагрузки мощностью 78 кВт (холодильники, стиральные машины, утюги, телевизоры, компьютеры, осветительные установки, ручные электроинструменты и т.п.); бойлеры, водяные насосы и электродвигатели – 54 кВт; тельфер – 3 кВт; транспортеры- 5 кВт; частное и уличное освещение – 32,7 кВт и другие.

В связи с тем, что применение существующих технических средств симметрирования, а именно специальных симметрирующих устройств, конденсаторов и многое другое, связано с большими капитальными затратами, в нашей статье для снижения несимметрии напряжений в низковольтных сельских сетях 0,4 кВ использовано наиболее простое и доступное симметрирование электрических нагрузок по фазам, как, например, перевод части однофазных нагрузок с фаз А и С на фазу В. Симметрирование нагрузок по фазам не требуют большого капитала, его можно осуществить в процессе текущей эксплуатации.

На рисунке 1 представлены графики изменения фазных токов в исследуемой линии электропередачи Л-3 в определённый момент времени. Красным цветом здесь показано изменение тока нагрузки I_A в фазе «А», зеленым цветом – изменение тока нагрузки I_В в фазе «В», желтым цветом – тока I_С в фазе «С», синим – тока I_N в нулевом проводе, а черным цветов ˗ тока I_ВС.

Рисунок 1 – Графики изменения токов в линии

Как видно на рисунке 1, провод фазы «С» считается самым загруженным. По нему протекает ток, равный 32,4 А. В фазе «А» такой ток равен 12,8 А, и «В» ˗ 9,3 А.

На рисунке 2 и 3 представлены графики изменения фазных и междуфазных напряжений в линии электропередачи.

Рисунок 2 – Графики изменения фазных напряжений в линии

Чтобы провести симметрирование выбранной сельской электрической сети 0,4 кВ следует уменьшить систематическую и вероятностную несимметрии фазных токов. Кроме того, можно снизить статистическую несимметрию токов, возникающую из-за неравномерного распределения однофазных нагрузок по фазам, благодаря организационным мероприятиям, т.е. перераспределению однофазных нагрузок. В нашей работе мы сняли нагрузку с перегруженной фазы «С» – 16,5 А и добавили – на фазу «А» – 6,2 А, и на фазу «В» – 9,6 А.

Рисунок 3 – Графики изменения междуфазных напряжений в линии

Как известно, когда уровень несимметрии напряжений в линии достигает значительной величины, возникают коэффициенты несимметрии напряжений по обратной (К_2U) и нулевой (К_0U) последовательностям, как показано на рисунках 2 и 3. За зимний период времени коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности (на графике показан красным цветом) составил 9,3%, а коэффициенты несимметрии напряжений по нулевой последовательности ˗ 10,8% (зелёным цветом). Эти данные наглядно показывают необходимость стабилизации уровня напряжения в допустимых пределах и снижение его несимметрии.

Хотя потери мощности снизились, а уровень напряжения повысился, коэффициенты всё же ниже норм. Данная проблема будет решена только с уменьшением длин линий электропередачи 0,38/0,22 кВ. Нами было предложено перевести выбранный участок на отдельный трансформатор мощностью 63 кВА. Таким образом можно снизить потери мощности до 12 кВт или до 5,6% от полезной нагрузки.

Согласно результатам исследования, к одним из наиболее успешных методов снижения потерь напряжения и мощности в сельских низковольтных электрических сетях 0,38кВ относится сокращение длины ЛЭП. Также они не должны превышать 200 м. Тогда напряжение в линиях будут соответствовать нормам, а потери мощности снизятся до 3-4%.

Выводы:

Несимметрия токов и напряжений в сельских электрических сетях 0,4 кВ является причиной увеличения дополнительных потерь и ухудшения качества и надежности электрической энергии.

В зимний период коэффициенты несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательностям, в среднем составляют 9,5 и 11%, что превышает нормативные значения, соответственно, в 4,75 и в 5,5 раза.

Одним из наиболее эффективных технических методов снижения потерь электроэнергии в сельских электрических сетях является сокращение длины ЛЭП 0,38/0,22 кВ.