ВЛИЯНИЕ СХЕМ СОЕДИНЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ
6-10/0,4 кВ НА КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Иванов Д.Г.

Зам. начальника ФГУ "Чувашгосэнергонадзор"

428003, г. Чебоксары, ул. Чапаева, 7а

Тел. (8352) 662012, факс (8352) 662140

E-mail: tugen@chtts.ru

Кузьмичев А.И.

К.т.н., доцент, Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова

Андреев В.В.

Ведущий инженер ООО "Экспертно-методический центр Чувашгосэнергонадзора"

Статья 542 Гражданского Кодекса РФ говорит о том, что качество подаваемой энергоснабжающей организацией электроэнергии должно соответствовать требованиям, установленным государственными стандартами и иными обязательными правилами. Но в некоторых случаях энергоснабжающая организация в принципе не может обеспечить выполнение этого условия и поставлять потребителям электроэнергию, соответствующую ГОСТ 13109-97, даже если схема электроснабжения полностью соответствует нормативной документации, параметры трансформаторов и линий соответствуют расчетным, а электрические нагрузки не превышают допустимые. Это связано с тем, что за последние 10 лет изменились структура и режимы работы потребителей, а подходы проектировщиков и заводов, производящих электрооборудование, остались прежними.

Большинство трансформаторов 6-10/0,4 кВ имеют схему соединения Y/Y₀. Для данной схемы соединения характерно высокое значение сопротивления нулевой последовательности. При неравенстве нагрузок по фазам в четырехпроводной сети появляются токи нулевой последовательности. Если в недавнем прошлом при нагрузке на дом или квартиру в 2–3 кВт вероятность больших токов нулевой последовательности была мала, теперь эта ситуация становится обычной, т.к. мощность бытовых электроприборов значительно возросла.

ГОСТ 13109-97 в четырехпроводных сетях 0,38 кВ нормирует нормально допустимое (2%) и предельно допустимое (4%) значения коэффициентов несимметрии напряжений по нулевой последовательности K_0U. Пример невыполнения ГОСТ 13109-97 рассматривается ниже.

Пусть потребители получают питание от трансформатора мощностью 160 кВА со схемой соединения Y/Y₀. Номинальный ток трансформатора 231 А. Сопротивления нулевой последовательности трансформатора из справочников принимаются:

r_0T=151 мОм;

x_0T =367 мОм;

z_0T =396,8 мОм.

При однофазной нагрузке 30 кВт, ток нулевой последовательности будет составлять
45,5 А, а напряжение нулевой последовательности U₀ =18 В, т.е. K_0U =8 %. Другими словами, при однофазной нагрузке всего 30 кВт (при отсутствии нагрузок на других фазах) на зажимах трансформатора 160 кВА предельно допустимый показатель превышен в два раза.

Далее рассматривается тот же режим, но при схеме соединения трансформатора D/Y₀. В этом случае сопротивления нулевой последовательности составят:

r_0T =16,6 мОм;

x_0T =41,7 мОм;

z_0T =44,88 мОм.

При токе нулевой последовательности 45,5 А напряжение нулевой последовательности составит U₀ =2,04 В, т.е. K_0U =0,9%, что соответствует ГОСТ 13109-97.

Расчеты показывают, что использование трансформаторов со схемой соединения D/Y₀ вместо Y/Y₀ позволяет почти на порядок снизить напряжение нулевой последовательности, а коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности в этом случае практически всегда не превышает допустимое значение.

Замеры на подстанциях, выполненные измерителем показателей качества электроэнергии "Ресурс-UF2", подтвердили изложенное выше. В таблице 1 приведены результаты измерений на пяти подстанциях 6-10/0,4 кВ, где было зафиксировано превышение коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности.

Ни один из трансформаторов не перегружен, нарушений со стороны энергоснабжающих организаций не было, однако качество электроэнергии не соответствует ГОСТ 13109-97 по коэффициенту несимметрии напряжений по нулевой последовательности. Очевидно, чем меньше мощность трансформатора, тем вероятнее появление значительного напряжения нулевой последовательности. Появляется реальная опасность для жизни людей, поскольку на металлических корпусах оборудования, открытых контактах розеток и удлинителей напряжение превышает допустимое. Как видно из таблицы, было зафиксировано напряжение U₀=15,36 В, но вполне вероятно появление напряжения в несколько раз больше.

Выходом из данной ситуации является обязательное применение для КТП, от которых осуществляется электроснабжение населения, трансформаторов со схемой соединения D/Y₀. Широкое применение трансформаторов со схемой Y/Y₀ не имеет каких-либо преимуществ и, скорее, это дань традиции, идущая от заводов-изготовителей, которым проще соединять обмотки по схеме Y/Y₀.

Применение трансформаторов со схемой соединения D/Y₀ приведет к увеличению токов однофазного короткого замыкания вблизи трансформатора. Но, поскольку этот ток будет все равно меньше тока трехфазного КЗ (или в крайнем случае равен), а ток трехфазного КЗ является расчетным при проверке оборудования, то это увеличение не представляет никакой опасности. Более того, уменьшится время отключения однофазных КЗ у потребителей, что полностью соответствует п.1.7.79 новой редакции ПУЭ.

Выводы

1. Расчеты и измерения в действующей электрической сети показали, что при существующих современных режимах электропотребления и схемах соединения трансформаторов Y/Y₀ в низковольтных системах электроснабжения с однофазными нагрузками возможно появление больших значений напряжения нулевой последовательности. По этой причине нормально допустимое (2%) и предельно допустимое (4%) значения коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности в сети 0,38 кВ, нормируемые ГОСТ 13109-97, могут быть значительно превышены, хотя устройство и эксплуатация системы электроснабжения полностью соответствуют нормативным документам.

2. Повышения напряжения нулевой последовательности на десятки вольт опасны для населения, поскольку под напряжением оказываются легко доступные части (открытые контакты розеток, металлические корпуса и т.д.). Особенно это опасно для сельского населения, где распространены работы с использованием электроэнергии вне помещений, что приравнивается к особо опасным помещениям.

3. Уменьшить опасность и довести названные показатели до значений, указанных в ГОСТ 13109-97, можно применяя трансформаторы со схемой соединения D/Y₀. Особенно это важно для трансформаторов мощностью 400 кВА и меньше в сетях 0,38 кВ, питающих жилые дома и других однофазных потребителей в сельской местности.

Таблица 1

№ п/п	Место измерения	Мощность трансфор матора, кВА	Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последова- тельности K0U, %	Напряжение нулевой последова- тельности U0, В	Токи по фазам, А			Токи последовательностей, А			Сопротивление нулевой последова тельности, Ом
					IA	IB	IC	I1	I2	IO
1	Деревня М.А., КТП №2 10/0,4 кВ, ввод 0,38 кВ	100	6,59	15,358	5,97	3,99	41,11	16,93	12,18	12,09	1,27
2	Деревня В., КТП №23 10/0,4 кВ, ввод 0,38 кВ	100	4,49	10,273	33,91	17,97	19,51	23,78	5,17	5,03	2,04
3	Деревня В., КТП №488 10/0,4 кВ, ввод 0,38 кВ	160	4,22	9,63	53,72	14,52	21,68	29,65	11,45	13,37	0,72
4	Деревня С., КТП №3 10/0,4 кВ, ввод 0,38 кВ	160	5,99	14,822	30,78	12,26	58,79	33,92	13,96	13,24	1,128
5	Город Ш., ТП №20, секция 2, ввод 0,38 кВ	400	3,42	8,32	264,25	136,05	183,37	194,40	40,25	35,26	0,236