Стартовая >> Книги >> Разное >> Высшие гармоники в низковольтных электрических сетях

Метод оценки влияния потерь напряжения в линиях на значение несинусоидальности - Высшие гармоники в низковольтных электрических сетях

Оглавление
Высшие гармоники в низковольтных электрических сетях
Введение
Причины образования высших гармоник в сетях низкого напряжения
Влияние высших гармоник на различные виды электрооборудования
Электромагнитная совместимость
Моделирование нелинейных нагрузок
Моделирование и расчет токов и напряжений сетей НН с нелинейными нагрузками
Модели низковольтных сетей, в которых нелинейные нагрузки задаются источниками токов
Анализ зависимостей высших гармоник тока и напряжения с помощью традиционных моделей
Математическая модель электрической сети здания
Методология определения параметров схемы замещения сети
Расчет несинусоидальности токов и напряжений в сетях общественных зданий
Анализ несинусоидальности напряжений с помощью схем замещения с источниками токов высших гармоник
Метод оценки влияния потерь напряжения в линиях на значение несинусоидальности
Анализ влияния параметров нагрузки и сети
Влияние мощности и схемы соединения обмоток трансформатора
Моделирование и анализ влияния параметров нагрузочных режимов
Анализ несимметрии нелинейных электроприемников
Методика определения коэффициента искажения синусоидальности кривых фазных напряжений
Средства снижения уровня высших гармоник
Синтез схем корректирующих устройств для трехфазных четырехпроводных сетей
Моделирование фильтрации высших гармоник
Анализ эффективности фильтрации с использованием фильтров токов гармоник нулевой последовательности
Применение средств обеспечения электромагнитной совместимости
Построение систем электропитания с улучшенной электромагнитной совместимостью
Организация искусственного нулевого провода
Технические средства защиты от электромагнитных помех в сетях собственных нужд
Заключение
Список литературы

Метод оценки влияния потерь напряжения в линиях на значение несинусоидальности напряжения в узлах
Электрическая сеть общественного или жилого здания обычно проектируется с учетом оптимальных значений допустимых потерь напряжения и их распределения по элементам сети. При определении допустимой потери напряжения принимается, что напряжение на стороне 0,4 кВ трансформаторов подстанции городского типа в период максимума нагрузок при холостом ходе трансформатора составляет 105 %Uном (231 В). При расчете по потере напряжения возникает вопрос о допустимой (располагаемой) потере напряжения. Из [150] следует, что для распределительной сети жилых и общественных зданий с трансформаторами мощностью от 100 до 1000 кВ А при изменении коэффициента загрузки трансформатора от 1 до 0,6, а коэффициента мощности от 1 до 0,8 наибольшие располагаемые потери напряжения от шин ТП до наиболее удаленного электроприемника находятся в пределах от 5,9 до 9,3 %. При этом требуемое для сетей общественных и жилых зданий напряжение на зажимах наиболее удаленного электроприемника не должно быть меньше 95%UΗ0Μ (209 В).

Проведенный анализ возможных значений располагаемых потерь напряжения в основных элементах рассматриваемых сетей показал, что потери напряжения в трансформаторах 10/0,4 кВ мощностью от 100 до 1000 кВ А при изменении коэффициента мощности от 1 до 0,8 и при номинальной нагрузке могут составлять 1,2—4,2 % [74]. Значение потерь напряжения во внешних питающих линиях, которое в основном определяется расстоянием от ТП до ГРЩ здания, находится в диапазоне 0,1—3 %. При этом выбор места для размещения ТП является одним из важных вопросов при проектировании сетей. С одной стороны, наиболее экономичным представляется встраивание подстанции непосредственно в здание (AU ~ 0,1 %). Весьма перспективным является размещение ТП в подземном пространстве в непосредственной близости от зданий или даже под зданиями. С другой стороны, анализ показывает, что при длине кабеля 100—150 м потери напряжения составляют 2—3 %.
Для внутренних электрических сетей характерны магистральные схемы, при которых к одной питающей линии (стояку) с учетом удобной трассировки присоединяется несколько РЩ. Потери напряжения в этом элементе сети определяются долей осветительной нагрузки (до 50 % суммарной нагрузки сети здания) и длиной магистральной линии, которая зависит от расстояния между ГРЩ и кабельным каналом, по которому она поднимается из подвала здания на этажи, и количества этажей. С учетом указанных факторов возможные потери напряжения в стояках составляют 0,2—1,5 %. Линии групповой сети, идущие от осветительных щитков к светильникам и розеткам, как правило, выполняются двужильным алюминиевым проводом сечением 2,5 мм2. При этом потери напряжения определяются длиной линий, т.е. расстоянием от щитка до помещения, в котором расположены электроприемники, и мощностью этих электроприемников. Следует отметить, что в групповой сети возможны случаи бесконтрольного подключения, при котором завышаются как длины линий, так и мощности подключаемых электроприемников, что может привести к весьма большим значениям потерь напряжения в этом элементе сети здания. Однако при нормальной схеме и равномерном подключении электроприемников в разных помещениях значение потерь напряжения здесь не должно превышать 4—5 %.
Пусть потеря напряжения в любом однофазном элементе сети определяется выражением, В:

где I(1), R, X — ток основной частоты, активное и реактивное сопротивление рассматриваемого элемента сети; cosφ—
коэффициент мощности нагрузки, подключенной к данному элементу сети.
Падение напряжения от токов высших гармоник (в комплексной форме) в рассматриваемом элементе сети (без учета нулевого провода) определяется выражением, В:

С учетом- комплекс коэффициента искажения синусоидальности кривой рассматриваемого тока) получаем

Обозначив cosφ= ΔU (1),Х sinφ = ∆Uχ, разделив левую и правую часть на UΗΟΜ/100, имеем следующее значение, %:

где ∆UR, ∆Ux — активная и реактивная составляющие потери напряжения в рассматриваемом элементе сети, %.
Следует отметить, что требование о ненулевых значениях cosφ и sinφ практически всегда выполнимо, так как соответствует характеристикам реальных электроприемников.
В связи с тем, что эквивалентное сопротивление внешней питающей сети и стояка для токов гармоник, кратных трем, включает в себя составляющую нулевого провода, выражение (3.2) можно использовать для определения падений напряжения от токов гармоник, не кратных трем, на продольных сопротивлениях всех элементов сети НН и токов гармоник, кратных трем, только на продольных сопротивлениях линий групповой сети.
Проведя несложные преобразования, получим выражения для определения падения напряжения от токов гармоник, кратных трем, на продольном сопротивлении трансформатора, а также внешней питающей линии и стояка соответственно:


где U, R, Хг — активное и индуктивное сопротивления нулевой и прямой последовательности трансформатора соответственно; U, Х°, R, Хп — активное и индуктивное сопротивления нулевого и фазного проводов рассматриваемой линии соответственно.
Очевидно, что для разработки соответствующих методик следует упростить приведенные выражения с учетом результатов расчета с помощью точной модели. При этом следует определить оптимальное число учитываемых гармоник и конкретизировать некоторые члены (или уменьшить их количество), стоящие в скобках, с учетом допустимой погрешности вычислений. Для проведения процедуры упрощения будем использовать результаты расчетного варианта, рассмотренного в параграфе 3.3. Анализ указанных результатов показывает, что с достаточной для инженерных расчетов точностью при определении Ки можно ограничиться учетом третьей, пятой, седьмой и девятой гармоник.
В результате проведения расчетов и сравнения полученных результатов было установлено, что значение падений напряжения от токов высших гармоник в трансформаторе определяется, в основном, составляющей, которая включает в себя номер гармоники, индуктивную составляющую потери напряжения и (для гармоник, кратных трем) индуктивные сопротивления. Тогда, исключив в соответствующих выражениях неопределяющие члены, для простоты и наглядности перейдя от комплексных к действующим значениям и заменив, получим для
токов гармоник, кратных (третья, девятая) и не кратных (пятая, седьмая) трем соответственно

где— приращение Кт за счет падения напряжения в трансформаторе от токов гармоник, кратных и не кратных трем соответственно.
Проведенный анализ показал, что значение падений напряжения от токов гармоник, кратным трем, во внешней питающей линии и стояке определяется, в основном, активными составляющими соответствующих элементов сети. Тогда, с учетом проведенных упрощений, выражение для определения приращения КU за счет падения напряжения во внешней питающей линии или стояке от токов гармоник, кратных трем, будет иметь следующий вид:

Следует отметить, что падение напряжения в упомянутых элементах сети от токов гармоник, не кратных трем, определяет не только соответствующая активная составляющая потери напряжения, но и номер гармоники. Поэтому в упрощенные выражения для определения соответствующего приращения Ки(п) вводится коэффициент, учитывающий номер гармоники:

Наконец, с высокой точностью (относительная погрешность — десятые доли процентов) получаем упрощенное выражение для определения приращения К(n) за счет падений напряжения от токов высших гармоник в линии групповой сети:

Как было отмечено выше, значение К(N) в характерных нагрузочных узлах определяется соответствующими падениями напряжения от токов высших гармоник. Тогда для узлов ГРЩ, РЩ и группы электроприемников имеем

где С(я), D(n), G{n) — коэффициенты, компенсирующие погрешность от неучета комплексного характера.  В результате для характерных нагрузочных узлов можно определить значениеПри этом результаты расчетов, проведенных с помощью разработанного метода, не отличаются от результатов, полученных в параграфе 3.3, более чем на 5 %.
Для оценки влияния потерь на несинусоидальность напряжения и установления конкретных зависимостей следует рассмотреть количественные характеристики и показатели анализируемой электрической сети, задаваемые на этапе проектирования и полученные в результате расчета с помощью приведенных выше выражений. Для этого рассмотрим, как влияет изменение потерь напряжения в основных элементах сети НН на значение ∆Ки в характерных нагрузочных узлах. Очевидно, что потери напряжения в трансформаторе нельзя изменить, не изменив параметры нагрузочного режима. Поэтому в рамках рассматриваемого нагрузочного режима проведем упомянутый анализ, изменяя значение потерь напряжения путем изменения длин линейных элементов сети.

В результате проведенного расчета получаем, что при увеличении ∆U во внешней питающей линии от 1,8 до 2,8 % коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения на ГРЩ КU1 возрастает от 7,38 до 7,92 %, на РЩ групповой сети Ки2 — от 7,84 до 8,33 %, а на зажимах рассматриваемой группы электроприемников Кт — от 8,24 до 8,7 %. При увеличении ∆U в стояке от 0,8 до 1,8 % значение КU остается 7,38 %, КU2 возрастает от 7,84 до 9,2 %, а Ки3 — от 8,24 до 9,51 %. При увеличении ∆U в линии групповой сети от 4 до 5 % значение остается 7,38 %, К — 7,84 %, а КU возрастает от 8,24 до 8,49 %. Наконец, при одновременном увеличении во всех элементах сети на 1 % (в указанных выше пределах, в сумме — на 3 %) значение возрастает от 7,38 до 7,92 %, Ки2 — от 7,84 до 9,69 %, а КU3 — от 8,24 до 10,22 %.
Приведенные результаты позволяют определить закономерности изменения рассматриваемых параметров для конкретного нагрузочного режима. Очевидно, что обобщающий анализ и оценку взаимного влияния потерь и несинусоидальности напряжения можно провести с учетом результатов расчета других нагрузочных режимов, определяемых составом и графиками нагрузок отдельных групп электроприемников.



 
« Ведение оперативной документации на подстанциях   Защита шин 6-10 кВ »
электрические сети