Технические науки/5 Энергетика
Малеева Евдокия Игоревна,
аспирант
Северо-восточный
федеральный университет имени
М.К.Аммосова, Россия
Четырехфазные линии электропередач
Согласно распоряжению Правительства РФ от
17.06.2008 № № 877-р "О Стратегии развития железнодорожного транспорта в
Российской Федерации до 2030 года" строящаяся железная дорога Беркакит — Томмот —
Нижний Бестях протяженностью 808 км. должна стать первой магистралью, связывающей
центральные районы Якутии и среднее течение реки Лены с сетью существующих
железных дорог страны, а в перспективе соединяющим звеном трех широтных
магистралей: существующих Транссиба и БАМа с перспективной Северной магистралью
Котлас – Салехард – Якутск – Магадан.
Новая железная дорога дает возможность
дальнейшего индустриального и социально-экономического развития Республики Саха
(Якутия), расширения масштабов использования ее богатых сырьевых ресурсов в интересах
народного хозяйства страны. Дорога будет обеспечивать надежные связи между
корреспондирующими районами страны, даст толчок развитию добывающих отраслей, снизит зависимость Республики от сезонного завоза
грузов, в десятки раз уменьшив, тем самым, затраты предприятий, населения,
бюджетов разных уровней.
Все эти факторы не могут не привести к увеличению потребления электрической
энергии.
В связи с этим возникает необходимость
электроснабжения как самой дороги, которая начнет развиваться, так и
промышленно-хозяйственной инфраструктуры вдоль нее. Линия электропередачи 220
кВ станет главным системообразующим звеном между Южно-Якутской и
Центрально-Якутской энергосистемами, а линии 35 кВ будут выполнять функции
распределительных.
В качестве линии 35 кВ предлагается
четырехфазная линия [3], которая будет обеспечивать электротягу
и электроснабжение промышленно-хозяйственных комплексов вдоль железной дороги.
Схема четырехфазной
электропередачи приведена на рисунке 1.
По существу, она
является сдвоенной линией «два провода – земля» (ДПЗ), впервые предложенной в
30-х годах. Напряжения и токи в одной линии ДПЗ соответственно равны по
величине и противоположны по направлению напряжениям и токам в другой.
Существенным отличием
четырехфазной линии от линии ДПЗ является отсутствие тока в земле. [1]
По предложенной
четырехфазной линии можно передавать мощность примерно в 1,1 – 1,2 раз большую,
чем по двум трехфазным. Четырехфазная линия обладает надежностью двухцепной
линии, потери мощности в ней меньше примерно в 1,5 – 1,7 раз, чем в двухцепной
трехфазной.
С одной стороны, она
дешевле двухцепной примерно в 1,6 -1,8 раз,
что позволяет рассматривать ее экономические показатели в сравнении с
аналогичными показателями одноцепной линии, с другой стороны, обладая
надежностью двухцепной электропередачи, имеет потери мощности примерно в два
раза меньшие, чем двухцепные. При этом для ее осуществления не требуется
разработка нового оборудования. Линия 35 кВ может быть выполнена либо на
П-образных опорах, либо на одной металлической или железобетонной опоре, либо
на двух отдельных стойках по два провода на каждой. Последние должны быть
разделены расстоянием, исключающим короткое замыкание между фазами на разных опорах.
Технические
характеристики четырехфазной линии электропередачи рассмотрены на участке линии
длиной 100 километров, выполненной проводом – АС-95 в сравнении с двухцепной и
одноцепной трехфазными линиями напряжением 35 кВ. Нагрузка включена на
напряжение 10 кВ через трансформаторы мощностью 10 МВА. Ограничивающим фактором
является допустимое напряжение, равное 1,15 UН.
Максимальная
передаваемая мощность по двухцепной трехфазной линии, ограничиваемая уровнем
напряжения 40,5 кВ, равна 11,4 МВт с cos 0,8 и компенсацией реактивной мощности 2
МВАр. Потери мощности в линии составляют при этом 3,44 МВт, или 30,17% от
мощности нагрузки.
При передаче такой же
мощности по четырехфазной линии на шины мощности потери в электропередаче, с
симметрированием реакторами включенными между землей и заземляемыми обмотками
трансформаторов, составляют 2,04 МВт или 17%. Отношение потерь мощности в
двухцепной трехфазной линии к потерям мощности в четырехфазной составляет 1,68.
Так как в четырехфазной
линии загружены только две фазы, а сопротивление третьей равно нулю, то на
нагрузке создаются неодинаковые фазные падения напряжения. Чем больше
передаваемая мощность, тем больше несимметрия напряжений. [2]
Нессиметрию
можно устранить несколькими способами:
·
включением
емкостных батарей между фазами с наименьшим линейным напряжением;
·
пофазным
регулированием коэффициентов трансформации трансформаторов;
·
включением
последовательно с заземляемой обмоткой трансформатора индуктивности;
·
включением
несимметричной активной нагрузки.
Таким образом можно сделать вывод, что четырехфазные
линии электропередачи по сравнению с двухцепными трехфазными имеют в 1,5 раз
меньшие потери мощности. Это обстоятельство, а также более низкая стоимость по
сравнению с двухцепными трехфазными линиями позволяет рекомендовать их
применение в промышленных районах с преобладанием потребителей I и II категорий.
Совокупность четырехфазных линий
электропередачи, трансформаторных подстанций образуют принципиально новую
электрическую систему – четырехфазные электрические сети. Связь четырехфазных
электрических сетей с традиционными трехфазными как со стороны питания, так и
со стороны потребителей осуществляется обычными трехфазными трансформаторами,
т.е. разработка нового оборудования не требуется.
Список литературы
1.
Андреев
В.В. Четырехфазная схема электропередачи с трехфазными трансформаторами // Электричество.
– 1952 – № 1 – С. 15-17.
2.
Бурянина
Н.С., Королюк Ю.Ф., Лесных Е.В., Шеметов А.И. Четырехфазные линии
электропередачи для сетей с изолированными нейтралями // Вестник ЯГУ.–
том 2 – № 4 – 2005 – С. 90-94.
3.
Патент
2256273 Российская Федерация, МПК7 Н 02 J 3/00, 3/04.
Электрическая система / Бурянина Н.С., Королюк Ю.Ф., Бурянина Е.В., Олесова
В.Л., Олесов Л.А.; заявители и патентообладатели Бурянина Н.С., Королюк Ю.Ф. –
№ 2003132023/09; заявл. 31.10.2003; опубл. 10.07.2005, Бюл. № 19.