Логотип ЭТ
Изготовление и поставка трехфазных и трехфазно-однофазных трансформаторов
в Санкт-Петербурге

Повышение качества трехфазных систем электропитания с помощью симметрирующих трансформаторов

Почему при выборе трехфазных устройств, обеспечивающих улучшение качества электроэнергии, повышения надежности системы электроснабжения и снижение потерь предпочтение следует отдавать симметрирующим трансформаторам переменного напряжения типа ТСТ2 и ТСТ2Р?

повышения качества трехфазных систем электропитания

Известно, что более 35% вырабатываемой электроэнергии, распределяется в низковольтных сетях с нулевым проводом. Исследование режимов работы таких сетей показывает, что качество электроэнергии во многих случаях не удовлетворяет требованиям ГОСТ 13109-97, и ниже уровня допустимого международными стандартами. Главными фактором, ухудшающим режим напряжения у потребителей и увеличивающим потери электроэнергии, является неуравновешенность трехфазной системы электропитания из-за смещения нейтрали фазных напряжений и влияния высших гармоник, вследствие чего происходит перекос фаз. Этому способствуют следующие причины:

  1. Практически повсеместное использование трансформаторов с выходным линейным напряжением 380В со схемой соединения «звезда-звезда» с нулем, которая имеет в 10 раз большее значение сопротивления нулевой последовательности, чем значение сопротивлений прямой и обратной последовательностей.
  2. Рост числа однофазных нагрузок большой мощности, нелинейный характер которых приводит к появлению третьей гармоники, имеющий нулевой порядок следования фаз, которая может достигать 100% тока основной частоты. Обычные нагрузки сменяются нелинейными , особенностью которых является импульсное и высокочастотное потребление мощности.
  3. Большая протяженность городских и особенно сельских сетей 380В. Неуравновешенность напряжений, возникающая за счет большого сопротивления нулевой последовательности низковольтных сетей, не может быть исключена с помощью симметричных средств регулирования режима. Более того, симметричное регулирование напряжения, осуществляемое в центре питания при неуравновешенной системе напряжений, неизбежно приводит к увеличению отклонений напряжений у потребителей одной или двух фаз. Дополнительные отклонения напряжения, вызываемые смещением нейтрали фазных напряжений, в значительной степени способствуют установке индивидуальных стабилизаторов напряжения. Наряду с большими затратами дефицитных материалов, их применение вызывает увеличение потерь напряжения и мощности в электрических сетях, дополнительное потребление электроэнергии.
    Наличие высших гармоник в нелинейных нагрузках, приводит к дополнительным потерям электроэнергии,
    снижению срока службы электротехнического оборудования , а в ряде случаев — к выходу оборудования
    из строя.

В четырехпроводных электрических сетях России и других стран СНГ в основном используются трансформаторы со схемой соединения обмоток «звезда-звезда» с нулем. Однако, эти самые дешевые в изготовлении трансформаторы в эксплуатации экономичны лишь при симметричной нагрузке фаз. Реально несимметричная нагрузка фаз и нелинейный характер однофазных нагрузок – одна из главных причин возрастания потерь в силовых трансформаторах и в снижении качества электроэнергии, поставляемой потребителям, питающимся от этих трансформаторов. В последнее время эта проблема особенно актуальна в связи с распространением в современных системах электроснабжения электроприемников, явно и существенно искажающих сетевое напряжение, таких как управляемый электропривод , сварочные аппараты , компьютерная и другая электронная техника.

Потери короткого замыкания Рк силовых трансформаторов  зависят от величины тока в нулевом проводе и с его увеличением резко возрастают. Ток в нулевом проводе приводит к возникновению потоков нулевой последовательности в трехфазных магнитных системах и носит характер потоков рассеяния, аналогичных потокам короткого замыкания, но по величине значительно больших , о чем свидетельствуют соотношения полных сопротивлений для типов трансформаторов ТМ, ТМА, ТСМА — Zкз и Zо первые Zкз в ( 7 – 15) раз меньше Zо.

Таким образом для решения проблемы качества электроэнергии в сетях низкого напряжения 0,4кВ , целесообразно проведение мероприятий по снижению эквивалентного сопротивления нулевой последовательности сети, а также применению индивидуальных и групповых фильтрующих и корректирующих устройств.

Одним из эффективных способов снижения смещения нейтрали фазных напряжений и фильтрации высших гармоник , является значительное уменьшение сопротивления нулевой последовательности и сопротивление петли фаза-нуль , достигаемое применением фильтро-симметрирующих нормализаторов переменного напряжения типа ТСТ2 и ТСТ2Р.

Симметрирующие трансформаторы или фильтро-симметрирующие нормализаторы переменного напряжения типа ТСТ2 и ТСТ2Р обеспечивают:

  1. Нормализацию фазных ( линейных ) напряжений.
  2. Снижение потребления электроэнергии.
  3. Фильтрацию высших гармоник.
  4. Увеличение срока службы используемого оборудования.
  5. Обеспечивают повышенную надежность и безопасность.
  6. Срок окупаемости менее 24 месяцев.

В целом ряде случаев применение симметрирующих трансформаторов-нормализаторов ТСТ2 и ТСТ2Р позволяет исключить из системы электроснабжения стабилизаторы напряжения. В тех же случаях, когда без применения стабилизаторов напряжения не обойтись — совместное применение трехфазной группы однофазных стабилизаторов и фильтро-симметрирующих трансформаторов ТСТ2 позволяет обеспечить  стабилизацию фазных и линейных напряжений одновременно. В тоже время применение трехфазного стабилизатора состоящего их трех однофазных при стабилизации фазных напряжений, может приводить к существенной несимметрии линейных напряжений с весьма неблагоприятными последствиями для трехфазных нагрузок, например, электродвигателей.

Фильтро-симметрирующие трансформаторы (нормализаторы) переменного напряжения типа ТСТ2 изготавливаются по двум вариантам исполнения, а именно: исп.1- с последовательно — параллельным включением и исп.2 – с параллельным включением, а нормализаторы ТСТ2Р только с последовательно-параллельным включением ( исп.1).
При последовательно- параллельном включении нормализатор ТСТ2 ( ТСТ2 Р ) размещают между источником электрической энергии ( питающая сеть или автономный источник энергии ) и электроприемниками – потребителями электрической энергии.

При параллельном подключении ТСТ2 подключается параллельно источнику электрической энергии и нагрузке. Применение фильтро-симметрирующих нормализаторов ТСТ2, с последовательно – параллельным включением, также целесообразно в системе с автономными источниками электроэнергии: дизель — генераторными установками и источниками бесперебойного питания , существенно влияя на увеличение срока службы , надежности этих изделий и снижая потери электрической энергии. Фильтро-симметрирующий трансформатор исключает протекание токов нулевой последовательности по обмоткам генератора и источника бесперебойного питания и снижает нелинейные искажения .

Преимущества применения симметрирующих трансформаторов в трехфазных автономных источниках электрической энергии

Дизель-генераторные установки (газовые, бензиновые и др.) и преимущества их совместного применения с фильтро-симметрирующими трансформаторами ТСТ2, ТСТ2Р и их модификациями.

Применение в системе автономного электроснабжения симметрирующих трансформаторов ТСТ2, ТСТ2Р и их модификаций позволяет:

  1. Нормализовать фазные и линейные напряжения при несимметрии токов нагрузки как установившихся, так и динамических режимов работы.
  2. Обеспечить нормальную работу генераторов при несимметрии токов нагрузки, существенно превышающую допустимую (20-25%).
  3. Уменьшить провалы и скачки напряжения при включении и отключении нагрузок.
  4. Обеспечить длительную работу автономных источников электрической энергии при превышении нагрузки по одной из фаз до 50% мощности генератора.
  5. Возможна реализация дополнительной функции — опция догрузочного устройства.
  6. Снизить потери электрической энергии из-за снижения сопротивления, уменьшения гармоник и повысить надежность автономных источников электрической энергии и электроприемников за счет фильтрации высших гармоник, нормализации напряжения и уменьшения отказов электрооборудования в сетях с несимметричными и нелинейными нагрузками.
  7. Исключить протекание токов нулевой последовательности, создающих дополнительное подмагничивание стали, ухудшение характеристик генераторов и дополнительный нагрев сердечников и обмоток.
  8. Обеспечить электромагнитную совместимость электронного и силового оборудования с автономными источниками электрической энергии.

Негативное влияние несимметрии напряжений,  токов и высших гармоник на работу электродвигателей, генераторов, трансформаторов, выпрямителей и установок для компенсации реактивной мощности.

  • Несимметрия линейных напряжений 4% сокращает срок службы асинхронных электродвигателей в 2 раза. При несимметрии напряжений больше или равной 5% резко увеличиваются вибрация двигателей и нагрев их обмоток.
  • Несимметрия напряжения в 1% создает несимметрию токов в обмотках электродигателей 7-9%, а это дополнительные потери и уменьшение полезного момента.
  • Уменьшение полезного момента примерно равно квадрату коэффициента несимметрии напряжения.
  • При наличии в питающем напряжении электродвигателей высших гармоник, возникает перегрев за счет дополнительных потерь как в статоре так и в роторе.
  • Трехфазные синхронные генераторы очень чувствительны к несимметрии токов. Несимметрия токов трехфазных генераторов приводит к колебаниям активной мощности, механическим перенапряжениям вала, к износу и разрушению подшипниковых щитов, повышенному расходу дизельного топлива дизель-генераторных установок. Согласно ГОСТа на электрические машины длительная работа при несимметрии токов генератора превышающей 20-25% не допустима.
  • При наличии в сети высших гармоник, вызываемыми мощными нелинейными нагрузками, возникают дополнительные потери активной мощности, что приводит к перегреву генератора и снижению КПД
  • Несимметрия входных напряжений питающего трансформатора, как и токов нагрузки приводит,  к появлению неуравновешанности и несимметрии выходных напряжений. В зависимости от схемы соединения обмоток могут возникнуть условия перегрева магнитопровода и обмоток. Трансформаторы с нулевым выводом  могут существенно перегреваться токами высших гармоник нулевой последовательности, особенно третьей гармоникой.
  • Несимметрия напряжений и высшие гармоники увеличивают диэлектрические потери в конденсаторах установок  для компенсации реактивной мощности из-за того ,что их сопротивление с ростом гармоник уменьшается по экспоненциальному закону, что вызывает повышение температуры и сокращение срока службы конденсаторов.
  • Несимметрия напряжений и высшие гармоники усложняют работу установок для компенсации реактивной мощности из-за возможного резонанса токов в сети, который возможен на двух частотах.

Информация проверена экспертом

Василенко Валерий Дмитриевич

Василенко Валерий Дмитриевич

кандидат технических наук

Задать вопросы по применению оборудования можно по телефону:
Либо воспользуйтесь
данной формой
Сайт защищён Google reCAPTCHA с применением Политики конфиденциальности и Правилами пользования.

Политика конфиденциальности

Администрация данного Сайта не может передать или раскрыть информацию, предоставленную пользователем (далее Пользователь) при регистрации и использовании функций сайта, третьим лицам, кроме случаев, описанных законодательством страны, на территории которой Пользователь ведет свою деятельность.

Для регистрации на сайте Пользователь обязан внести персональную информацию. Для проверки предоставленных данных сайт оставляет за собой право потребовать доказательства идентичности в онлайн- или офлайн-режимах.

Сайт использует личную информацию Пользователя для обслуживания и для улучшения качества предоставляемых услуг. Часть персональной информации может быть предоставлена банку или платежной системе в случае, если предоставление этой информации обусловлено процедурой перевода средств платежной системе, услугами которой Пользователь желает воспользоваться.

Сайт прилагает все усилия для сбережения в сохранности личных данных Пользователя. Личная информация может быть раскрыта в случаях, описанных законодательством, либо когда администрация сочтет подобные действия необходимыми для соблюдения юридической процедуры, судебного распоряжения или легального процесса, необходимого для работы Пользователя с Сайтом.

В других случаях ни при каких условиях информация, которую Пользователь передает Сайту, не будет раскрыта третьим лицам.