АНАЛИЗ СИММЕТРИРУЮЩЕГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО АППАРАТА ДЛЯ ТРЕХФАЗНЫХ СЕТЕЙ С НУЛЕВЫМ ПРОВОДОМ

DOI: 10.47026/1810-1909-2024-4-84-97

УДК 621.31

ББК 31.2

А.И. ОРЛОВ, И.А. КАРПОВ, В.Т. СИДОРОВА

Ключевые слова: отклонение напряжения, несимметрия, электромагнитный аппарат, симметрирующее устройство, потери электроэнергии, линия электропередачи 0,4 кВ, распределительная сеть.

Наиболее распространенными проблемами качества электроэнергии в линиях электропередачи 0,4 кВ являются отклонения напряжения и несимметрия напряжения, заметно проявляющиеся на конечных участках длинных линий при неравномерном распределении потребителей по фазам. К техническим средствам решения обозначенных проблем относятся устройства для равномерного распределения однофазных потребителей по фазам трехфазной сети на базе электромеханических реле, статические полупроводниковые устройства и электромагнитные аппараты.

Цель исследования заключается в анализе работы симметрирующего электромагнитного аппарата, состоящего из одной трехфазной обмотки, расположенной на общем магнитопроводе. Научная новизна состоит в определении условий функционирования симметрирующего электромагнитного аппарата, получении качественных и количественных характеристик его работы.

Материалы и методы. В качестве объекта исследования рассматривается статический электромагнитный аппарат, проявляющий свойства симметрирования напряжений и токов при подключении к неравномерно нагруженной по фазам трехфазной электрической сети. Использованы методы теоретической электротехники, в частности, метод симметричных составляющих, общепринятые методы анализа электромагнитных процессов в электрических машинах, методы математического и компьютерного моделирования, анализа и обобщения. При моделировании приняты следующие допущения: синусоидальность напряжений и токов; линейность кривой намагничивания материала магнитопровода и отсутствие электрических и магнитных потерь в электромагнитном аппарате.

Результаты исследования. Установлено, что эффект выравнивания токов в линии и симметрирования напряжений при подключении электромагнитного аппарата, содержащего одну трехфазную обмотку на общем магнитопроводе, возникает в случае одновременного выполнения условий: а) применение трехфазного магнитопровода, в котором магнитный поток нулевой последовательности не может замыкаться в пределах магнитопровода; б) соединения обмоток трансформатора по схеме, допускающей протекание токов нулевой последовательности в линейных проводниках. Рассмотрены модели линии 0,4 кВ с сосредоточенной и распределенной нагрузкой. Показано, что при несимметричной нагрузке токи симметрирующего электромагнитного аппарата приобретают составляющую нулевой последовательности, а линейные токи выравниваются по сравнению с токами нагрузки. Коэффициент несимметрии напряжения нулевой последовательности снижается практически до нуля, обратной последовательности – практически не изменяется. Эффект симметрирования напряжений при подключении симметрирующего электромагнитного аппарата возникает как до, так и после места его установки. Продемонстрировано снижение суммарных потерь электроэнергии в линии вследствие выравнивания токов.

Выводы. Электромагнитный аппарат, содержащий одну трехфазную обмотку на общем магнитопроводе, оказывает эффект симметрирования напряжений и токов трехфазной линии электропередачи с нулевым проводом, если конструкция магнитопровода не допускает возможности замыкания магнитного потока нулевой последовательности в его пределах, а схема соединения обмотки содержит нейтральный вывод, соединенный с нулевым проводом сети, по которому могут протекать токи нулевой последовательности. Действие рассмотренного электромагнитного аппарата проявляется в выравнивании токов линии по величине и, как следствие, в снижении суммарных потерь в ней. Электромагнитный аппарат симметрирует напряжения до и после места его установки, наибольший эффект проявляется при размещении предлагаемого электромагнитного аппарата в конце линии или в точке подключения наиболее мощного потребителя.

Литература

1. Абдуллазянов Э.Ю., Кузнецов Р.В., Федотов Е.А. Выбор параметров устройств продольного регулирования напряжения // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010. Т. 6, № 11. С. 130–132.
2. А.с.СССР № SU 1206881 A, МПК H02J3/26. Фильтрокомпенсирующее устройство для трехфазных сетей с нулевым проводом / Шидловский А.К., Кузнецов В.Г., Каплычный Н.Н. и др.; Институт электродинамики АН УССР. № 3643941/24-07; заявл. 1983.09.23: опубл. 1986.01.23. Бюл. № 3.
3. Закарюкин В.П., Крюков А.В. Моделирование систем электроснабжения, оснащенных бустер-трансформаторами // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2015. № 3(47). С. 175–180.
4. Калентионок Е.В. Применение вольтодобавочного трансформатора на участке электрической сети для регулирования напряжения // Энергетика Беларуси – 2022: материалы Республиканской науч.-практ. конф., 25–26 мая 2022 г. Минск: Белорусский нац. техн. ун-т, 2022. С. 12–17.
5. Кузнецов В.А., Рощубкин П.В., Сингатулин Р.С. Основные показатели качества электроэнергии. Применение вольтодобавочных трансформаторов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. № 6. С.204–207.
6. Пат. РФ № RU 2490768 C2, МПК H02J3/26. Симметрирующее устройство для трехфазных сетей с нулевым проводом / Наумов И.В., Иванов Д.А., Подъячих С.В., Гантулга Д.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Иркутская государственная сельскохозяйственная академия». № 2010144245/07; заявл. 2010.12.28: опубл. 2013.08.20.
7. Прищепов М.А., Збродыга В.М., Зеленькевич А.И. Снижение несинусоидальности и несимметрии напряжений в сельских электрических сетях применением трехфазных трансформаторов со специальными схемами соединения обмоток. Минск: Белорусский национальный технический университет, 2023. 292 с.
8. Пузина Е.Ю. Оценка эффективности применения вольтодобавочных трансформаторов в системе электроснабжения Кругобайкальской железной дороги // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2023. № 2(78). С. 51–60.
9. Способы устранения несоответствия КЭЭ в сетях 0,4 кВ [Электронный ресурс] / ООО «Вологодский завод промышленных стабилизаторов». URL: https://clck.ru/3CqoiJ.
10. Трансформатор 3UI1 1000 (3´400/1´230) [Электронный ресурс]. URL: https://www.mege.ru/catalog/transformatory_3ui_obedinyayushchie_3_fazy_v_1_fazu/3ui1_1000_3kh400_1kh230/
11. Федотов А.И., Ахметшин А.Р., Абдрахманов Р.С. Обеспечение нормативного уровня напряжения в распределительных сетях 0,4–10 кВ с помощью вольтодобавочных трансформаторов // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2011. № 9–10. С. 40–45.
12. Фетисов Л.В., Роженцова Н.В., Булатов О.А. Повышение качества электрической энергии в сетях низкого напряжения // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018. №11–12. С. 99–106.

Сведения об авторах

Орлов Александр Игоревич – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой электромеханики, Марийский государственный университет, Россия, Йошкар-Ола (a.i.orlov@yandex.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1152-6668).

Карпов Илья Алексеевич – аспирант кафедры электроснабжения и технической диагностики, Марийский государственный университет, Россия, Йошкар-Ола (ilya070619997@gmail.com; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9768-9574).

Сидорова Вера Тагировна – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры электромеханики, Марийский государственный университет, Россия, Йошкар-Ола (veranig@yandex.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6534-7847).

Формат цитирования

Орлов А.И., Карпов И.А., Сидорова В.Т. Анализ симметрирующего электромагнитного аппарата для трехфазных сетей с нулевым проводом // Вестник Чувашского университета. 2024. № 4. С. 84–97. DOI: 10.47026/1810-1909-2024-4-84-97.

Загрузить полный текст статьи