Online Electric

Проведена обработка экспериментальных исследований на модуле «трансформатор – несимметричная нагрузка». На ее основе построены зависимости потерь активной мощности от коэффициента загрузки трансформатора и погрешности ее расчетов без учета, а также с учетом несимметрии активно-индуктивной нагрузки.

После резкого снижения электропотребления в 90-х годах в настоящее время во многих регионах оно так и не достигло предкризисного уровня [1]. Анализ протоколов измерений для трансформаторов, установленных в городских, сельских и промышленных сетях [2], показал, что в распределительных трансформаторах мощностью до 1000 кВА основные потери — потери ХХ. Это объясняется тем, что распределительные трансформаторы мало загружены, и их нагрузка — несимметричная. Экономичность их работы принято оценивать либо по коэффициенту полезного действия (КПД), либо по относительным потерям, графики которых в зависимости от загрузки для отдельного трансформатора, по своей сути, являются инверсией графиков КПД.

Главный фактор увеличения потерь — смещение нейтрали по причинам: применение схемы звезда — звезда с нулём, у которой сопротивление нулевой последовательности в несколько раз больше сопротивления прямой (обратной) последовательности; неравномерное подключение нагрузок между фазами; 70 % протяжённости распределительных сетей (РС) на напряжение 0,4 кВ. Основной причиной сверхнормативных потерь в РС является несимметрия нагрузок распределительных трансформаторов (РТ). Поэтому актуальным является вопрос об ее влиянии на потери активной мощности в трансформаторах.

В работах [3, 4] были выполнены исследования превышения потерь от токов обратной и нулевой последовательностей в сравнении с потерями от токов прямой последовательности, а также зависимостей полной, активной, реактивной мощносей, коэффициента реактивной мощности, пульсирующей мощности, в общем виде и частных случаях для каждой из четырех схем трехфазной сети с симметричной системой источников ЭДС и несимметричной активно-индуктивной нагрузкой: соединенной в звезду с изолированной нейтралью; соединенной в треугольник; соединенной в звезду с глухим соединением нейтрали нулевым проводником; соединенной в звезду с глухим соединением нейтрали нулевым проводником, сопротивлением которого можно пренебречь.

С целью подтверждения работоспособности и достоверности полученных функциональных зависимостей для расчета потерь при несимметричной нагрузке трансформатора, были проведены измерения на физической модели «трансформатор 10(6)/0,4 кВ — несимметричная нагрузка».

Экспериментальные измерения проводились авторами в лаборатории «Несимметричных и несинусоидальных режимов работы распределительных сетей», кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий и городов», под руководством д.т.н., профессора Троицкого А.И.

Стендовые испытания модуля «трансформатор - несимметричная нагрузка» осуществлялись с использованием трехфазного двухобмоточного трансформатора марки ТСЗ — 2,5, номинальной мощностью 2,5 кВ·А, напряжением на обмотке ВН 220 В, на обмотке НН 127 В.

В процессе измерений были использованы измерительные приборы: комплект измерительный К-540 заводской № 1213; портативный анализатор качества электроэнергии CIRCUTOR серии AR.5 заводской № 408612036. Все использованные приборы имеют класс точности 0,5 и свидетельства о поверке.

Для моделирования симметричной и несимметричной активной и индуктивной нагрузок были рассчитаны, спроектированы и собранны нагрузочные установки с активным (рисунок 1, а) и индуктивным (рисунок 1, б) сопротивлениями. Сборочные чертежи установок показаны на рисунке 1. Данные установки позволили исследовать режимы работы трансформатора при соединении нагрузки по схемам, приведенным в работах [3, 4].

На основе обработки экспериментальных исследований модуля «трансформатор — несимметричная нагрузка» построены зависимости потерь активной мощности и погрешности расчетов потерь активной мощности от коэффициента загрузки. Ниже приведен анализ экспериментальных данных для схемы соединения нагрузки по схеме «звезда с глухим заземлением нейтрали», но аналогичные зависимости для других схем, указанных в работах [3, 4], в данной статье не приводятся.

а	б
Рисунок 1 — Установка для моделирования симметричной и несимметричной нагрузок: а — активной; б — индуктивной

Полученные экспериментальные зависимости хорошо аппроксимируются полиномами 4 степени.

При изменении коэффициента загрузки в интервале от 0,2 — 0,42 разница потерь при несимметричном и симметричном режимах с активно-индуктивной нагрузкой незначительно изменяется, что вполне соответствует физике процесса и отражено на рисунке 2. Дело имеем с режимом ХХ (условно постоянными потерями). В интервале от 0,42 — 1,0 разница потерь при несимметричном и симметричном режимах увеличивается. Среднее ее значение 1,679 %.

Расчет без учета несимметрии дает заниженные потери, в отличие от действительных, а предлагаемые функциональные зависимости дают наименьшую погрешность рисунок 3.

В интервале изменения коэффициента загрузки в интервале от 0,2 - 0,26 погрешность отрицательная, а от 0,26 до 1,0 - положительная, причем максимальная погрешность 8,41 % при коэффициенте загрузки 0,81 рисунок 4. Средняя погрешность при коэффициенте загрузки от 0,2 до 1,0 без учета несимметрии -19,7 %, а с учетом предлагаемых функциональных зависимостей 3,17 %.

Таким образом, потери активной мощности, рассчитываемые по классической формуле, следует корректировать в соответствии со схемами соединения нагрузки согласно разработанным функциональным зависимостям.

Выводы

1. Погрешность вычисления потерь активной мощности в трансформаторе при использовании предлагаемых в статьях [3, 4] функциональных зависимостей лежит в пределах от -10 до 10 %. (на основании более 1000 замеров).

2. Учёт фактических потерь ХХ и КЗ трансформаторов с учётом дополнительных потерь, вносимых несимметричными нагрузками, целесообразен как при выполнении расчётов технологических потерь, так и при обосновании экономического эффекта замены трансформаторов.

Список использованной литературы

1. Заугольников В.Ф., Балабин А.А., Савинков А.А. Некоторые аспекты экономичной работы силовых трансформаторов // Промышленная энергетика, 2006. № 4 — С. 10.

2 Костинский С.С. Результаты статистической обработки потерь холостого хода и нагрузочных потерь в распределительных силовых трансформаторах, длительно находящихся в эксплуатации // Изв.вузов. Электромеханика, 2009. — Спецвып.: [Электроснабжение]. — С. 90-92.

3. Троицкий А.И., Костинский С.С. Определение потерь активной мощности при несимметричной активно-индуктивной трехфазной нагрузке, подключенной к системе симметричных источников ЭДС с изолированной нейтралью // Изв. вузов. Электромеханика, 2012, № 2 — С. 22-25.

4. Троицкий А.И., Костинский С.С., Химишев Т.З. Определение дополнительных потерь при несимметричной активно-индуктивной трехфазной нагрузке, подключенной к системе симметричных источников ЭДС и соединенной по схеме звезда с глухим заземлением нейтрали // Изв.вузов. Электромеханика, 2012, № 4 — С. 64-67.