ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРА У\УнСУ

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРА У\УнСУ
Возможно ли достичь значительного экономического эффекта за счет сокращения потерь электроэнергии в линиях и трансформаторах?

В четырехпроводных электрических сетях в основном используются трансформаторы со схемой соединения обмоток «звезда-звезда-ноль» (У/Ун). Это самые дешевые в изготовлении трансформаторы. Однако в процессе эксплуатации они экономичны лишь при симметричной нагрузке фаз. Реально же в сетях с большим удельным весом однофазных нагрузок равномерность их подключения во времени пофазно нарушается и потери электрической энергии в таких трансформаторах и линиях резко возрастают. Кроме того, происходит резкое искажение системы фазных напряжений.

Искажение фазных напряжений в реальных условиях эксплуатации нередко вызывает их отклонение. Уже на низковольтных вводах трансформатора значительно превышает нормы ГОСТ. По данным исследований, в конце линий это отклонение напряжений приблизительно в два раза больше. При указанном качестве питания потребителей повышения в них уровня потерь электроэнергии и отказов в работе вполне естественно.

Для устранения этих недостатков эксплуатационники завышают установленную мощность трансформаторов сверх требуемой по расчету, но и это дает незначительный эффект. Вместе с тем, при этом резко повышается уровень потерь электроэнергии в сети. А токи нулевой последовательности, которые, замыкаясь через его бак, дно крышку, разогревают их, ухудшают охлаждение активной части. Это повышает температуру изоляции обмоток сверх нормы, и трансформатор, при суммарной нагрузке ниже номинальной, оказывается перегруженным. Такое положение объективно вызывает необходимость увеличения номинальной мощности трансформатора на одну, а иной раз на две ступени больше расчетной со всеми вытекающими последствиями.

Для устранения указанных недостатков разработан и все более активно начинает применяться трансформатор со схемой соединения У/УнСУ. В данном трансформаторе низкое сопротивление нулевой последовательности. Это означает существенное увеличение токов однофазного короткого замыкания, следовательно, обеспечивает легкую и надежную наладку релейной защиты и ее четкую работу при КЗ. 

Проведенный анализ сетей Республики Беларусь позволил определить среднестатистическую сеть 0,4 кВ. Она имеет следующие параметры: мощность трансформатора – 100 кВА (с учетом коммунально-бытовых потребителей населенных пунктов); длина линии – 0,8 км; количество линий на одной ТП – 2,5; сечение провода линии – 35 мм2 . Нагрузка линий 0,4 кВ принята пропорциональной мощности трансформатора, от которого она запитана, и считалась равномерно распределенной по всей длине линии. Время использования максимума нагрузки в году – 2000 часов. Величина тока в нулевом проводе 0,25 от номинального фазного.

Расчеты дополнительных потерь электрической энергии за счет несимметрии нагрузки были выполнены с применением метода симметричных составляющих. Они производились в зависимости от величины тока в нулевом проводе, значения которого изменялось от 0 до 0,5 номинального фазного для трансформаторов мощностью от 25 до 250 кВА. Сечение нулевого принималось равным сечению фазных проводов.

Результаты расчетов приведены в табл.1

(SН– номинальная мощность трансформатора;

IН.ПР–ток в нулевом проводе (в относительных единицах);

РКЗ–потери короткого замыкания;

ΔР–дополнительные потери электроэнергии в линиях сети с трансформаторами У/Ун, У/Zн по сравнению с сетью с трансформаторами У/УнСУ;

Q– годовая экономия электроэнергии в сетях с трансформаторами У/УнСУ по сравнению с сетью с трансформаторами У/Ун, У/Zн).

Таблица 1

Расчеты потерь электроэнергии в трансформаторах за счет несимметрии нагрузки

 

SН,

кВА

IН.ПР

РКЗ, Вт

ΔР, Вт

Q, кВт*ч

У/Ун

У/Zн

У/УнСУ

У/Кн

У/Zн

У/Ун

У/Zн

100

0

1970

2265

1970

0

0

0

591

100

0,1

1941

2127

1854

28

0

229

546

100

0,2

2125

2014

1770

168

0

1026

488

100

0,25

2278

1967

1739

307

-1

1693

454

100

0,3

2492

1926

1716

509

-1

2569

418

100

0,4

3073

1863

1693

1140

-2

5037

335

100

0,5

3858

1825

1702

2150

-4

8609

238

25

0,25

633

599

530

14

0

233

139

40

0,25

979

878

777

48

0

501

203

63

0,25

1450

1278

1130

115

0

871

295

160

0,25

3272

2645

2339

828

-1

3521

611

250

0,25

4665

3694

3266

1699

-2

6196

852

 

Сопоставление потерь в среднестатистической электрической сети при неравномерной нагрузке с трансформаторами с различными схемами соединения обмоток показывает, что наиболее экономичной из них является схема У/УнСУ. Можно добавить и другие положительные стороны этой схемы по сравнению с У/Ун:

- отсутствие дополнительного нагрева бака потоками нулевой последовательности;

- повышение устойчивости к однофазным токам КЗ;

- значительно улучшает синусоидальность формы кривой изменения напряжения;

Поэтому протоколом по вопросам проектирования и строительства электрических сетей напряжением 0,4–10 кВ ГПО «Белэнерго» предписывается: «В целях снижения потерь электроэнергии и стабилизации напряжения в распределительных сетях 0,4 кВ при выборе трансформаторов для потребителей с коммунально-бытовой нагрузкой применять трансформаторы со схемой соединения У/Ун с симметрирующим устройством (СУ) мощностью 25–250 кВА».

В данный момент в сетях белорусской энергосистемы работает более 1000 таких трансформаторов, и нареканий на их работу не было.

Естественно, что установка в трансформаторах даже такого простого симметрирующего устройства, требует дополнительных затрат на материалы и изготовление. Выполненные расчеты сроков его окупаемости в зависимости от величины тока в нулевом проводе дали результаты, приведенные в табл.2 (ток небаланса указан в относительных единицах).

 

Таблица 2

                    Срок окупаемости трансформатора У/УнСУ, лет

 

IН.ПР

Номинальная мощность трансформатора У\УнСУ (SН), кВА

25

40

63

100

160

250

0,1

13,5

7

5,1

4,7

2,9

1,9

0,2

3,2

1,7

1,2

1,0

0,6

0,4

0,25

2,0

1,0

0,7

0,6

0,4

0,2

0,3

1,4

0,7

0,5

0,4

0,2

0,2

0,4

0,7

0,4

0,2

0,2

0,1

0,1

0,5

0,4

0,2

0,1

0,1

0,1

0,1

 

Из таблицы следует, что при среднестатическом токе в нулевом проводе 0,25 от номинального фазного симметрирующая обмотка только у трансформаторов SН=25 кВА окупается за 2 года и у SН=40 кВА  – в срок 1 год, для всех остальных мощностей окупаемость менее года.

Трансформаторы в среднем работают около 40 лет, поэтому несложно определить итоговую прибыль предприятия, установившего в сетях 0,4 кВ с несимметричной нагрузкой фаз трансформаторы со схемой соединения обмоток У/УнСУ. Причем значительный экономический эффект получается только за счет сокращения ничем не оправданных потерь электроэнергии в линиях и трансформаторах.

 

И. Протосовицкий,

кандидат технических наук, доцент.

Н. Шевчик,

кандидат технических наук, доцент.

 

Белорусский государственный аграрный технический университет.

г. Минск.

 

Материал подготовлен на основе доклада на международнойнаучно-технической конференции «Энергосбережение – важнейшее условие инновационного развития АПК», состоявшейся 24-25 ноября т.г. в г. Минске.

  • Дата публикации: 08.12.2011
  • 798
ООО «ДЕЛОВЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ»
Отраслевой информационно-аналитический портал, посвящённый энергетике Беларуси. Актуальные новости и события. Подробная информация о компаниях, товары и услуги.
220013
Республика Беларусь
Минск
ул. ул. Б. Хмельницкого, 7, офис 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
ЭнергоБеларусь

ЭнергоБеларусь

ЭнергоБеларусь

ЭнергоБеларусь

191611654
5
5
1
150
150