Электр энергиясының симметриялы емес
жүктемелерінің өндірістегі мәселелері
С.А.
Юсупова С. А. к.т.н., аға оқытушы,
Елібай А. А. магистрант,
Қ.И. Сатпаев атындағы Қазақ
ұлттық техникалық зерттеу университеті, Алматы қ., Қазақстан Республикасы,
Үшсымдық 0,4 кВ
электр желілерінде көбінесе орамдарын жалғау схемасы
«жұлдызша-жұлдызша-нөл» (Y/Yн) болатын
трансформаторлар қолданылады. Сонда да трансформаторлар
өндірісіндегі бағасы бойынша ең қол жетімді
мәліметтер пайдалану кезінде тек фазалардың симметриялы емес
жүктемелері кезінде ғана үнемді болады. Оған
қоса, үлкен меншікті салмақ бірфазалы жүктемелерде
болатын желілерде уақыт өткен сайын олардың фазалар бойынша
қосылуларының біртектілігі бұзылады, және де бұл
трансформаторлар мен беріліс желілеріндегі электр энергиясының
шығындары біршама артады. Бұдан сәл жақсырақ жағдай
«жұлдызша-ирекше-нөл» (Y/Zн) схемалы трансформаторларды
қолданған кезде орын алады, алайда олар біршама қымбаттау [1].
Y/Yн трансформаторының қысқа
тұйықталу шығындары Pк нөлдік
өткізгіш сымдағы ток шамасының мәніне тәуелді
болады және ток артқан сайын олар қарқынды түрде
артады. Бұл арту үшфазалы Y/Yн трансформаторларының
магнитті жүйелеріндегі желінің нөлдік өткізгішінде
өтетін баланстағы емес Iнб токтары арқылы
қалыптасқан нөлдік реттілік (F0)
ағындарының туындауымен байланысты. F0 ағыны Fқт
ағындарына ұқсас шашырау ағындары тәрізді болады,
алайда олардың шамасы біршама маңыздырақ. Бұл туралы,
сондай-ақ толық кедергілер қатынастары Z0 мен
Zқт пікір білдіруге мүмкіндік береді. Белорус мамандары
жүргізген тәжірибелердің нәтижелері Z0 кедергісі Zқт кедергісінен
5-8 есе көп екенін, ал трансформаторлардың жекелеген
конструкциялары үшін тіпті 12 есе немесе одан да астам көп екенін
көрсетті.
Жүргізілген зерттеулер
нәтижелері фазалық кернеулер жүйесінің күрт
өзгеруі (бұл құбылыс әдетте «нөлдік
нүктенің ығысуы» деп
аталады) Y/Yн трансформаторлы желілердегі фаза
жүктемелері біртексіздігінің салдары болатынын көрсетті,
оның нәтижесінде 0,4 кВ желілердегі шығындардың біршама
артуына алып келеді.
Нақты пайдалану кезінде фазалық
кернеулердің өзгеруі көбінесе трансформатордың тіпті аз
вольтті кірістерінде де олардың белгіленген параметрлерге
сәйкессіздігін тудырады. Желінің соңғы жағында
белорус мамандары зерттеулерінің нәтижелері бойынша кернеудің
мұндай ауытқулары шамамен екі есеге артық. Нәтижесінде
соңғы тұтынушыға берілген электр энергиясының
сапасы бұл трансформаторлардың жұмысындағы
шығындар мен тоқтап қалу деңгейінің үнемі
артуына байланысты әрине жақсы емес. Өкінішке қарай
қазіргі уақытта бұл мәселелер бойынша зерттеуге
және шешімдерді табуға бағытталған жұмыстар
жеткілікті түрде жүргізілмейді, дегенмен тәжірибе
кернеудің бұзылуынан соңғы тұтынушыларда экономикалық
шығындар өте көп болатынын көрсетті.
Зерттеу нәтижелері, одан
басқа, Y/Yн трансформаторларының
номиналды қуатын есеп бойынша талап етілген мәннен асыру (кернеу
симметриясыздығының төмендеуі әсеріне қол жеткізу
үшін) уақытша және маңызды емес нәтижелер
беретінін және сол себепті желіге берілетін электр энергиясының
шығындары деңгейінің күрт артуына алып келетінін
көрсетті. Сонымен қатар, нөлдік реттілік токтары Y/Yн
трансформаторының магнитті жүйесіндегі жүктеме симметриясыз
болған кезде нөлдік реттілік ағындарын құрады,
олар корпусқа тұйықталу нәтижесінде олардың
белсенді бөлігінің сууын біршама азайта отырып, қыздырады. Соның
нәтижесінде бұл орамдардың оқшаулану
температурасының нормативті мәндерінен тыс артуына алып келеді,
және де трансформаторға жалпы жүктеме нақтылы
мәнінен төмен болған кезде артық күш
түсірілген болып шығады. Бұлардың
барлығы іс жүзінде трансформатордың нақтылы
қуатын есепке алынған мәнінен бір, тіпті екі дәрежеге
дейін көп есе арттыру қажеттілігін тудырады, соның
нәтижесінде электр энергиясының шығындарының көп
болуының барлық туындайтын зардаптарымен бірге жоғарыда
сипатталған мәселелеріне алып келеді [2].
|
Электр
энергиясының шығындарын азайту және жоғарыда
аталған кемшіліктердің алдын алу үшін белорус
ғалымдары арнайы симметриялаушы құрылғыны (СҚ)
ойлап тапты және ол кеңінен қолданыс табуда, бұл
құрылғы трансформаторға Y/Yн схемасы
арқылы құрастырылады. Симметриялаушы
құрылғы орамдарының жалғану схемасы Y/Yн
болатын трансформатордың жоғарғы кернеулі орамдарының
үстіне құрсау сияқты қойылған жеке
орамнан тұрады (1-сурет). Симметриялаушы құрылғының
орамы трансформатордың нақтылы тогының ұзақ
уақыт өтуіне, яғни толық нақтылы бірфазалы
жүктемеге есептелген. |
|
|
1 – сурет. Негізгі және қосымша трансформатор
орамдарының қосылу схемалары Схема мыналардан
тұрады: үшфазалы трансформатордың үшбілікті магнит
өткізгіш сымы; кернеуі жоғары орамдар; кернеуі аз орамдар; өтемелі
айналымдардан жасалған орам; дистанциялық сына. Кернеуі аз
орамдардың бейтарабына қосылатын өтемелі орамның
ұшы. Сыртқа шығарылатын өтемелі орамның
ұшы. |
|
Құрылғыны
құрастыру нәтижесінде симметриялаушы
құрылғының орамы Y/Yн трансформаторының
нөлдік өткізгіш сымының айырылған жеріне
қосылғаны анықталды. Есеп нөлдік өткізгіште
симметриялы емес жүктеме туындағанда және ток пайда
болғанда магнит өткізгіш сымда құралған Y/Yн
трансформаторының F0ж жұмысшы орамдарындағы
нөлдік реттілік ағындары симметриялаушы
құрылғыдан қарама-қарсы бағытталған
нөлдік реттілік F0к ағындары арқылы
толығымен өтелетініне негізделеді. Нәтижесінде осы
әрекеттер арқылы фазалық кернеулердің
ауытқуының алдын алуға болады [2]. 2-суретте ТМ 100/10
трансформаторының Pк қысқа тұйықталу
шығындарының орамдарын жалғау схемаларының
нұсқалары әртүрлі болғанда lb =lc= Iн и
Iа= [0… Iн] болған кездегі нөлдік
өткізгіштегі ток шамасының мәндерінен тәуелділіктері
көрсетілген. Трансформаторлардың Y/Yн
энергетикалық параметрлері симметриялық құрылғыны
қолданған кезде аз ғана өзгереді, алайда оған
қоса тұтынушыларға берілетін электр энергиясының
шығындары біршама азаяды. Фазалық кернеулер жүйесі
фазалардың жүктемесі біртексіз болған кезде орамдарды
жалғау схемасы Y/Zн болған кездегідей симметрияланады.
2 – сурет. ТМ 100/10 трансформаторының қысқа
тұйықталу шығындарының орамдарды жалғау
схемаларынан және нөлдік өткізгіштегі ток шамасынан
тәуелділігі [1, 60]
Мұндағы
қисықтар мынаны білдіреді:
1 – Y/Yн
трансформаторы;
2 – Y/Zн
трансформаторы;
З – СҚ бар Y/Yн трансформаторы.
Кейбір мамандар білдірген мынадай
пікір бар: нөлдік реттілік тогының жоғарғы
дәрежелерінің бейтарапқа қосылған қосымша
орам арқылы өтуі кезінде орамда жоғарғы кернеу пайда
болады және нәтижесінде фазалардағы кернеудің артуы
жүзеге асады. Белоруссия мамандарының эксперименттік және
есептік нәтижелері симметриялаушы құрылғысы бар
трансформатордың өтемелі айналымдарының орамындағы
кернеу нөлдік өткізгіштегі ток нақтылы болғанда
фазалық кернеудің шамасына ие болуы және кернеуі аз
орамдардың бейтарабындағы нөлдік реттілік электр
қозғалтқыш күшін жұмысшы орамдардан нөлдік
мәндеріне дейін теңестіруі мүмкін екенін көрсетті.
Бұған жұмысшы және өтемелі орамдар айналымдарын
сауатты келістірген жағдайда ғана қол жеткізуге болады. Симметриялаушы
құрылғының келтірілген конструкциясы күштік
трансформатордың нөлдік реттілік кедергісін біршама азайтады.
Бір фазалы қысқа
тұйықталу токтарын біршама арттыру жұмыста және
берілген схемада ескерілген болып табылады. Бұл СҚ бар Y/Yн
трансформаторларының басты артықшылықтарының бірі болып
табылады, себебі релелік қорғаныстың қарапайым
және сенімді жөнделуін және қысқа
тұйықталу кезіндегі оның дұрыс жұмыс жасауын
қамтамасыз етеді.
Сонымен қатар, бірфазалы
қысқа тұйықталудың арттырылған
тогының СҚ бар Y/Yн трансформаторының орамына кері әсері
өтемелі орам болмаған кездегі қысқа
тұйықталу тогынан болатын кері әсермен салыстырғанда
біршама азайтылған. Бұл күшті симметриялы емес кері
әсер беретін нөлдік реттілік ағыны толығымен
өтелетіндігімен байланысты.
ӘДЕБИЕТ
2. «Снижение потерь электроэнергии в сети за счет
трансформаторов со специальным симметрирующим устройством», Домашнее радио, http://housea.ru/index.php/car/59137