Результат интеллектуальной деятельности: Способ измерения потерь мощности от несинусоидальных токов в трёхфазных трансформаторах и четырёхпроводных линиях электропередачи

Изобретение относится к области электротехники, в частности к определению потерь мощности в системах электропередачи.

Известно, что потери мощности и энергии в трехфазных трансформаторах и линиях электропередачи зависят от несинусоидальных токов в них. В книге Р. Дрехслера «Измерение и оценка качества электроэнергии при несимметричной и нелинейной нагрузке»: Перевод с чешского, М.: Энергоатомиздат, 1985 - 112 с., предлагается оценивать потери в элементах системы электропередачи по величине мощности пульсаций, скрытой мощности, мощности искажений и реактивной мощности.

По этим показателям для измерения потерь потребуется большой объем измерительной информации с довольно громоздкими дальнейшими вычислениями.

Наиболее близким техническим решением к изобретению относится «Способ измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях и устройство для его осуществления» (Патент РФ №2533530, МПК G01R 31/06, опубл. 20.11.2014), предусматривающий измерение напряжения на первичной обмотке трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке. В данном способе измерения потерь силовых трансформаторов в качестве источника регулируемого напряжения использован автономный асинхронный генератор с конденсаторами возбуждения, выходное напряжения которого ступенчато регулируют в пределах от 70 до 110% от номинального напряжения посредством переключения конденсаторов регулирования при переходе коммутируемого напряжения через «ноль», осуществляемое трехфазными бесконтактными электронными ключами, управляемыми через оптронные входы дешифратором и многопозиционным переключателем.

Недостатком данного способа является измерение общих потерь в трансформаторе при холостом ходе, а не отдельных составляющих потерь мощности от несинусоидальных токов, а также невозможность измерения потерь в трансформаторе в рабочем режиме.

Задача изобретения - определение потерь мощности от несинусоидальных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях электропередачи по результатам измерения известных показателей электроэнергии:

- коэффициента гармонической составляющей тока K_i.

Поставленная задача решается следующим образом.

В способе измерения потерь мощности от несинусоидальных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях, предусматривающего применение источника регулируемого трехфазного напряжения, измеряют при нелинейной нагрузке в трехфазном трансформаторе (четырехпроводной линии) действующее значение тока 1-й гармоники I_1г, суммарный коэффициент нечетных и четных гармоник, кроме гармоник, кратных трем

,

суммарный коэффициент гармоник, кратных трем

и по результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от несинусоидальных токов по формуле

, откуда ΔP_ω=K_ωΔP_1г,

где ΔР_ω - потери мощности от несинусоидальных токов;

ΔР_1г - потери мощности от токов 1-й гармоники:

k=2, 4, 5, 7, 8, 10…40 - порядковые номера нечетных и четных гармоник;

j=3, 6, 9…39 - порядковые номера гармоник, кратных трем.

Новые существенные признаки

1. Измеряют в четырехпроводной сети при симметричной нелинейной нагрузке:

- действующее значение тока 1-й гармоники I_1г;

- суммарный коэффициент нечетных и четных гармоник, кроме гармоник, кратных трем

;

- суммарный коэффициент гармоник, кратных трем

;

2. По результатам измерения определяют коэффициент потерь мощности от несинусоидальных токов в трехфазном трансформаторе (линии) по формуле

3. Зная коэффициент K_ω и потери мощности от токов 1-й гармоники , определяют потери мощности от несинусоидальных токов в трансформаторе (линии):

ΔР_ω=K_ωΔР_1г.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы и достаточны для достижения технического результата, на который распространяется исчерпываемый объем правовой охраны.

Технический результат

1. Разработан простой способ измерения потерь мощности от несинусоидальных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях, составляющих дополнительные потери, за счет снижения которых достигается снижение общих потерь.

2. Минимальный набор материально-технических средств.

3. Измерения реализуются с помощью одного измерительного прибора «Энергомонитор 3.3» высокого класса точности 0,1, приведенная погрешность которого не превышает 0,1%. Поэтому точность измерения коэффициентов гармоник токов будет высокой (методическая погрешность отсутствует).

4. Разработанное математическое выражение для коэффициента потерь мощности от несинусоидальных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях является простым. Поэтому отсутствуют громоздкие вычисления потерь мощности в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях.

Пояснения к способу измерения потерь

Современные трехфазные четырехпроводные сети, как правило, имеют нелинейную нагрузку. Поэтому в них создаются несинусоидальные токи. В трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях возникают потери мощности и электрической энергии от несинусоидальных токов. При разработке средств и способов снижения потерь в трансформаторах и линиях важно иметь информацию не только о полных потерях, но и, прежде всего, о частичных потерях мощности, составляющих эти потери, и принимать меры по их снижению. К частичным потерям относятся потери мощности от несинусоидальных токов.

В трехфазной четырехпроводной сети при симметричной синусоидальной трехфазной системе напряжений и симметричной нелинейной нагрузке возникает несинусоидальная система токов, которая может быть разложена в гармонический ряд Фурье, содержащий первую гармонику и высшие гармоники, создающие в трехфазном трансформаторе и четырехпроводной линии потери мощности от несинусоидальных (высших гармоник) токов. Эти потери разделяются на две группы. Первая группа потерь определяется нечетными и четными гармониками за исключением гармоник, кратных трем, создающими трехфазные системы токов прямой и обратной последовательности. Суммарный коэффициент этих гармоник

.

Вторая группа потерь мощности от несинусоидальных токов определяется гармониками, кратными трем, создающими трехфазные системы токов нулевой последовательности. Их суммарный коэффициент гармоник

.

Измерив прибором «Энергомонитор 3.3» в трехфазном трансформаторе (линии) суммарные коэффициенты гармоник V² и λ², определяют критерий (коэффициент) потерь мощности от несинусоидальных токов, равный отношению потерь мощности от токов высших гармоник ΔР_ω к потерям мощности от токов 1-й гармоники ΔР_1г:

,

где: .

Зная потери мощности от токов 1-й гармоники и коэффициент K_ω, определяют потери мощности от несинусоидальных токов в трехфазном трансформаторе (линии):

ΔР_ω=K_ωΔР_1г.

Источники информации

1. Дрехслер Р. Измерение и оценка качества электроэнергии при несимметричной и нелинейной нагрузке: Перевод с чешского М.: Энергоатомиздат, 1985. - 112 с.

2. Патент РФ №1533530. Способ измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях и устройство для его осуществления. МПК G01R 31/06, опубл. 20.11.2014.