Автореферат: Разработка трехфазно-однофазной сети для электроснабжения сельских потребителей

Таким образом, предлагаемое УЗЛ реагирует на все аварийные режимы двухпроводной ЛЭП; удаленные короткие замыкания УЗЛ отключаются ускоренно по сравнению с известными конструкциями защитных устройств.

В случае использования УЗЛ допустимо снизить коэффициент чувствительности защиты до КЧ=1,3, обусловленном неточностью расчета тока КЗ и незначительным разбросом характеристик его элементов. Влияние теплового спада тока КЗ не учитывается, поскольку гарантированное время срабатывания УЗО общего применения составляет до 0,3 с.

Выведена формула расчета емкости конденсаторов нового УЗЛ, мкФ:

,

где - коэффициент надежности;

, - погонное сопротивление фазного проводника ЛЭП, Ом/км.

- длина ЛЭП, км;

- сопротивление дуги или переходное сопротивление в месте КЗ, мОм;

- сопротивление трансформатора, Ом;

- угловая частота сети, 1/с;

- среднее номинальное напряжение сети, В.

В таблице 1 приведены значения минимальных стандартных емкостей конденсаторов С1…С4, обеспечивающих надежное срабатывание УЗЛ, при различных условиях ( мОм, однофазный трансформатор ОМП-10/10).

Таблица 1 - Сочетания проводов ЛЭП и минимальные емкости одного конденсатора

Новое УЗЛ смоделировано в фазных координатах с использованием 2К-полюсников. Для этого однофазная сеть представляется схемой замещения в соответствии с рисунком 8.

Рисунок 8 - Схема замещения УЗЛ и сети с нагрузкой

На рисунке 8 обведены пунктиром элементы, которые будут сгруппированы в 2К-полюсники. На схеме обозначены:

- сопротивление трансформатора ;

- добавочное сопротивление необходимо для операций с матрицами;

- емкости конденсатора УЗЛ ;

- сопротивление проводов ЛЭП и ;

- сопротивление земли и заземляющих устройств ;

- сопротивление изоляции ЭП относительно земли ;

- сопротивление нагрузки .

2К-полюсники соединяются каскадно в соответствии с рисунком 9.

Рисунок 9 - Схема замещения УЗЛ и сети с нагрузкой в виде 2К-полюсников

Произведен расчет рабочего и аварийного режимов двухпроводной изолированной линии, выполненной проводом А-35 и А-50 длиной 150 м, с подключенной на конце нагрузкой 8 кВ•А, имеющей коэффициент мощности 0,9. Результаты расчетов методом эквивалентных преобразований схем соединений элементов и методом фазных координат представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Параметры элементов УЗЛ, рабочего и аварийного режимов линии

Различие в результатах расчетов связано с тем, что в методе фазных координат модель однофазного трансформатора описывается большим числом параметров, чем в традиционном методе.

Для подтверждения полученных теоретическим путем результатов собрана лабораторно-исследовательская модель УЗЛ, которая успешно сработала во всех сымитированных аварийных режимах линии: короткое замыкание, замыкание провода на землю, обрыв провода.

В четвертой главе "Расчет механической части однофазных линий электропередачи" разработана методика механического расчета однофазных сельских ВЛИ 220 В.

При строительстве новых и реконструкции существующих ВЛ следует применять СИП одного сечения по всей длине фидера. Известная методика расчета механической части ВЛ не учитывает новые положения нормативных документов, в числе которых требование расчета проводов, тросов, изоляторов и арматуры на расчетные нагрузки.

Для расчета механических напряжений в проводах и гололедно-ветровых нагрузок, вызванных климатическими факторами в зоне расположения сельской ВЛИ, необходимо иметь прочностные и массо-габаритные характеристики СИП разных марок. В связи с малыми объемами строительства однофазных линий с применением СИП промышленностью освоен выпуск проводов одной марки: СИП-2 1Ч16+1Ч25.

В зависимости от типа заземления однофазных сетей требуются СИП двухжильные или трехжильные с сечением жил, обеспечивающим требуемую пропускную способность ЛЭП и качество ЭЭ. По ГОСТ Р 52373-2005 вычислены технические характеристики проводов. Погрешность вычислений массы провода СИП-2 1Ч16+1Ч25 по отношению к изготавливаемому составила 3,9 %, наружного диаметра - 3,3 %.

По предлагаемой методике выполнен механический расчет однофазной ВЛИ, выполненной проводом СИП-2 2Ч16+1Ч35 на опорах из стальных многогранных стоек, проходящей в климатических условиях сельской местности средней полосы России. Расчетная длина промежуточного пролета не должна превышать 54 метра. Ограничивающим фактором явилась прочность нулевой несущей жилы.

В пятой главе "Технико-экономическая эффективность разработанных средств" выполнено сравнение технических показателей однофазных и трехфазных сельских сетей, рассчитан ЧДД от строительства однофазных сетей вместо трехфазных и от применения нового УЗЛ.

Годовые потери ЭЭ в наименее мощном по номенклатуре трехфазном трансформаторе ТМ-25/10 составят 919,8 кВт•ч, а в наиболее распространенном в эксплуатации однофазном ОМП-10/10 - 527 кВт•ч при электроснабжении однофазных потребителей мощностью 10 кВ•А. Таким образом, годовые потери в трехфазном трансформаторе больше на 392,8 кВт•ч, чем в однофазном.

Потери ЭЭ в проводах ВЛ выше 1 кВ и в проводах ВЛ до 1 кВ при условии отсутствия тока в нулевом рабочем проводнике трехфазной линии и сосредоточенности группы однофазных потребителей в конце ЛЭП в однофазной ЛЭП в 6 раз больше, чем в трехфазной.

Следовательно, нельзя однозначно утверждать, что однофазная сеть по потерям ЭЭ предпочтительней. Необходимо провести расчеты суммарных потерь ЭЭ при электроснабжении однофазных потребителей по однофазной сети и при электроснабжении тех же потребителей по трехфазной сети.

В однофазной сети снижается средняя продолжительность перерыва электроснабжения сельских потребителей из-за уменьшения количества проводов (исключены трехфазные и двухфазные КЗ, меньше однофазных замыканий на землю и обрывов проводов).

По результатам оценки экономической целесообразности выявлено, что строительство однофазного линейного ответвления 10 кВ протяженностью 100 м с однофазным трансформатором ОМП-10 10/0,23 кВ и ВЛИ длиной 25 м для электроснабжения группы однофазных потребителей мощностью 10 кВ•А в течение 30 лет даст чистый дисконтированный доход в размере 76 696 рублей по сравнению с трехфазной сетью.

Оборудование новым УЗЛ однофазной линии 220 В протяженностью 500 м в течение 5 лет позволит получить ЧДД в размере 6 247 рублей.

Заключение

1. Разработанная методика расчета режимов работы трехфазно-однофазных сельских сетей в фазных координатах с использованием 2К-полюсников в форме Н позволяет определять токи и напряжения в сетях с неограниченным числом однофазных трансформаторов и получать более точные результаты по сравнению с известными методиками. По результатам расчетов производится рациональное распределение однофазных нагрузок по фазам для исключения превышения нормируемых значений коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности. В новой методике не требуется вводить несуществующие напряжения в местах несимметрии. Расчет рабочих и аварийных режимов разветвленной неоднородной сети с несимметричными нагрузками производится по одной схеме замещения.

2. Новое УЗЛ, реагирующее на все аварийные режимы, повышает электробезопасность однофазных сельских сетей 220 В, обладает высоким быстродействием, более чувствительно по сравнению с существующими устройствами и конструктивно просто. Разработанная методика расчета параметров УЗЛ и результаты математического моделирования в фазных координатах режимов работы УЗЛ подтверждаются успешными испытаниями лабораторно-исследовательской модели УЗЛ.

3. По разработанной методике механического расчета однофазных сельских ВЛИ определяются предельно допустимые пролеты линии и требуемые характеристики опор. В методике учтены новые требования нормативных документов и необходимость применения широкой номенклатуры СИП, включая перспективные двух- и трехпроводные.

4. ЧДД от применения однофазных сетей вместо трехфазных и от внедрения разработанного УЗЛ имеет положительное значение и свидетельствует об экономической выгоде использования разработанных средств.

В связи с малой распространенностью однофазных сетей для электроснабжения сельских населенных пунктов к настоящему времени накоплен малый опыт эксплуатации и, как следствие, мало изучены электромагнитные явления и процессы, поведение ЭО и воздействие тока и напряжения на живые организмы в рабочих и аварийных режимах сетей. В целом, можно заключить, что дальнейшая разработка методов расчета трехфазно-однофазных сетей и средств повышения электробезопасности однофазных сетей должна быть продолжена.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Шагимарданов, Д.Э. Согласование однофазных трансформаторов с трехфазной питающей сетью [Текст] / Н.М. Попов, Д.Э. Шагимарданов // Вестник КрасГАУ. - 2011. - №1 (52). - С.167-173.

2. Шагимарданов, Д.Э. Модель подключения однофазного трансформатора 10/0,23 кВ в трехфазную сеть [Текст] / Н.М. Попов, Д.Э. Шагимарданов // Техника в сельском хозяйстве. - 2012. - №3, С.16-18.

3. Шагимарданов, Д.Э. Критическая мощность нагрузок в трехфазно-однофазных сетях 0,22…10 кВ [Текст] / Н.М. Попов, Д.Э. Шагимарданов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2013. - №6, С.20-22. - в сборниках научных трудов:

4. Шагимарданов, Д.Э. Моделирование однофазных трансформаторов в фазных координатах [Текст] / Д.Э. Шагимарданов, Н.М. Попов // Труды Костромской государственной сельскохозяйственной академии. Первые шаги в науке. - Выпуск 73. - Кострома : КГСХА, 2010. - С.193-199.

5. Шагимарданов, Д.Э. Расчеты сетей 10/0,23 кВ с трансформаторами, соединенными в открытый треугольник [Текст] / Д.Э. Шагимарданов, Н.М. Попов // Актуальные проблемы энергетики АПК: Материалы II Международной научно-практической конференции / Под ред. А.В. Павлова. -- Саратов: Издательство «КУБиК», 2011. - С.301-307.

6. Шагимарданов, Д.Э. Расчет предельной по условию электробезопасности длины воздушной линии изолированной двухпроводной сети, тезисы КГСХА [Текст] / Н.М. Попов, Д.Э. Шагимарданов // Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе : сборник статей 62-й международной научно-практической конференции : в 3 т. - Кострома : КГСХА, 2011. - С.176-179.

7. Шагимарданов, Д.Э. Анализ типов заземления однофазных сетей 220 В [Текст] / Н.М. Попов, Д.Э. Шагимарданов // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 8-й международной научно-технической конференции (16 - 17 мая 2012 года, г. Москва, ГНУ ВИЭСХ). В 5-ти частях. Часть 1. Проблемы энергообеспечения и энергосбережения. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2012. - С.125-131.

8. Шагимарданов, Д.Э. Моделирование однофазных нагрузок в фазных координатах [Текст] / Н.М. Попов, Д.Э. Шагимарданов // Вестник ВИЭСХ. - №4(13) 2013 М.: Агрорус, 2013. - 88 с., С.24-26.

9. Пат. 2481686 Российская Федерация, МПК Н 02 Н 3/08. Устройство защитного отключения / Попов Н.М., Шагимарданов Д.Э.; патентообладатель «Костромская государственная сельскохозяйственная академия» - №2011127840/07(041236); заявл. 06.07.2011; опубл. 10.05.2013, Бюл №13 - 4 с.: ил., 0,14 пл./0,047 пл.