СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СЕЛЬСКИХ СЕТЯХ 0,38 кВ С ПОМОЩЬЮ ТРАНСФОРМАТОРНОГО СИММЕТРИРУЮЩЕГО

Из выражений (15), (16) следует, что при изменении угла н нагрузки в диапазоне от 300 до 900 (), оба симметрирующих элемента ТСУ имеют емкостный характер. При н=300 Х2=, т.е. симметрирование однофазной нагрузки осуществляется при наличии в схеме одного элемента. При углах н

Используя уравнения (10) – (12) с учётом выражений (3) – (8) и (15), (16) определим токи трансформатора и симметрирующих элементов, напряжения на вторичных обмотках трансформатора и на конденсаторных батареях, а также комплексные мощности трансформатора, однофазной нагрузки и симметрирующих элементов (табл. 1).

На основании аналитических выражений для ТСУ (табл. 1) на рис. 2 построена векторная диаграмма, раскрывающая принцип действия симметрирующего устройства.

Рис. 2. Векторная диаграмма для ТСУ-1 при номинальной нагрузке, н=300, n=1 (I2=0)

За базисные величины приняты номинальный ток однофазной нагрузки
Iб= Iн(ном) и фазное напряжение первичной обмотки трансформатора Uб=Uф.

Как видно из векторной диаграммы для ТСУ-1 и разложения несимметричной системы токов во вторичных обмотках трансформатора на симметричные составляющие (приведено в диссертации), в симметрирующем устройстве происходит двойное преобразование тока однофазной нагрузки в симметричную трёхфазную систему токов на входе ТСУ. Во вторичной обмотке трансформатора с помощью специальной схемы включения обмоток и двух симметрирующих конденсаторов ток однофазной нагрузки преобразуется в трёхфазную несимметричную систему токов. Разложение этой системы токов на симметричные составляющие показывает, что ток обратной последовательности в этой трёхфазной несимметричной системе отсутствует.

Таблица 1

Аналитические выражения для ТСУ-1

Название физической величины	№ п/п	Формула
1	2	3
Сопротивления симметрирующих элементов	1	;
	2	.
Система токов первичной цепи трансформатора	3	;
	4	;
	5	.
Токи симметрирующих элементов	6	;
	7
Система токов во вторичных обмотках трансформатора	8	;
	9	;
	10	.
Ток однофазной нагрузки	11	;
Напряжения на вторичных обмотках трансформатора	12
Напряжения симметрирующих элементов	13
Комплексная мощность однофазной нагрузки	14
Комплексная мощность симметрирующих элементов	15
	16
Комплексная мощность трансформатора	17
Ёмкости конденсаторных батарей	18	;
	19	.

В результате, в первичную обмотку трансформатора трансформируется только ток прямой последовательности, так как ток нулевой последовательности при соединении обмоток звездой без нулевого провода отсутствует. Таким образом, вторичное преобразование в ТСУ осуществляется электромагнитным путём: на входе трансформатора при симметричной системе напряжений будет трёхфазная симметричная система токов.

В диссертации выполнен анализ второй схемы ТСУ-2 с параллельным включением конденсаторной батареи С1 к вторичной обмотке фазы «с» трансформатора. Как видно из сравнения энергетических показателей ТСУ-1 и ТСУ-2 (табл. 2), вторая схема значительно уступает первой по установленным мощностям трёхфазного трансформатора (примерно в 2 раза) и симметрирующих элементов (на 31%).

Таблица 2

Энергетические показатели ТСУ

Наименование показателя	ТСУ-1	ТСУ-2
Диапазон симметрирования по углу нагрузки:
теоретический	300 – 900	-300 – 900
принятый для сравнения	300 – 900	300 – 900
Суммарная установленная мощность симметрирующих элементов для сравнительного диапазона симметрирования (в относительных единицах)	2,0	2,31
Коэффициент мощности ТСУ со стороны входных зажимов трансформатора ()	0,866	0,5
Угол сдвига фаз со стороны входных зажимов трансформатора	-300	-600
Установленная мощность трёхфазного трансформатора Sвх при	Sн	1,936 Sн

В главе 4 «Экспериментальное исследование трансформаторного симметрирующего устройства» приведены результаты исследования опытного образа ТСУ в лабораторных условиях.

Целью экспериментального исследования ТСУ является подтверждение работоспособности устройства и опытная проверка результатов его теоретического анализа.

Трансформаторное симметрирующее устройство выполнено на базе трёхфазного трёхстержневого трансформатора сухого исполнения (рис. 3)

Технические данные этого трансформатора приведены в табл. 3.

Для поддержания на входе ТСУ постоянного трёхфазного напряжения в схеме (рис.4) применён трёхфазный автотрансформатор АТ. С помощью трансформаторов тока ТАф1 и ТАф2 подключается к первичной цепи ТСУ фильтр симметричных составляющих токов прямой и обратной последовательностей. К вторичным зажимам «аb» подключена однофазная нагрузка, содержащая резистор Rн и катушку индуктивности Lн с плавным регулированием параметров нагрузки. Все измерительные приборы имеют класс точности не ниже 0,5.

Таблица 3

Технические данные трёхфазного трансформатора

Номинальная мощность	10 кВА
Номинальное первичное напряжение (для имеющихся ответвлений)	153, 434, 715, 1000 В
Номинальное вторичное напряжение	220 В
Номинальный ток первичной и вторичной обмоток	6,4/26,3 А
Потери холостого хода	180 Вт
Потери короткого замыкания	300 Вт
Напряжение короткого замыкания	3,5 %
Ток холостого хода при питании трансформатора со стороны обмоток низшего напряжения	2,5 А (9,5%)
КПД при	93%
Число витков первичной обмотки	143
Число витков вторичной обмотки	71

Электрическая схема экспериментальной установки изображена на рис. 4.

Экспериментальное исследование ТСУ осуществлялось для двух режимов его работы:

1. при изменении тока однофазной нагрузки от нуля до номинального значения и постоянном коэффициенте мощности () нагрузки;
2. при изменении коэффициента мощности однофазной нагрузки и постоянном значении тока нагрузки.

В обоих режимах определялись зависимости параметров симметрирующих элементов, а также токов, напряжений и мощностей первичных и вторичных цепей ТСУ. Полное симметрирование однофазной нагрузки определялось с помощью фильтра симметричных составляющих токов. Система токов первичной цепи ТСУ будет симметричной при отсутствии тока обратной последовательности, которая достигалась поочерёдным изменением емкостей С1 и С2 конденсаторных батарей.

В качестве примера в табл. 4 приведены результаты экспериментального исследования ТСУ. В диссертации проведено всего около десяти экспериментов. В каждой таблице приведены опытные данные и расчётные данные, полученные по аналитическим выражениям для ТСУ (табл. 1). Кроме того, произведены вычисления по опытным данным: коэффициента обратной последовательности первичных токов К2i; коэффициента обратной последовательности системы первичных напряжений К2U; КПД трансформатора; соотношение мощностей трансформатора и однофазной нагрузки Sт/Sн; реактивные мощности конденсаторов Q1 и Q2.

По опытным и расчётным данным построены графики зависимостей емкостей симметрирующих элементов ТСУ от тока нагрузки (рис. 5), а также реактивной мощности этих элементов и токов ТСУ от коэффициента мощности нагрузки (рис. 6 и 7).

Из этих графиков видно, что по характеру опытные и расчётные данные одинаковы. Это подтверждает правильность результатов анализа ТСУ. Некоторое различие по величине опытных и расчётных величин объясняется тем, что в расчётах принят идеальный трансформатор, а в опыте применён трансформатор с потерями и магнитными потоками рассеяния. Тем не менее, в целях упрощения методики анализа ТСУ целесообразно принимать трансформатор идеальным.

Рис. 6. Зависимости реактивной мощности симметрирующих элементов ТСУ от при Iн=3 А –––– расчёт, - - - - - опыт.

Рис. 7. Зависимости токов ТСУ от при Iн=4 А –––– расчёт, - - - - - опыт.