Дослідження впливу потужності спотворення струму вторинної обмотки трансформатора на рівень втрат в ньому з використанням методу планування експерименту

Abstract

UK:Мета роботи. Виявлення зв’язку рівня втрат трифазного трансформатора з потужністю спотворення викликаної гармоніками струму. Методи дослідження. Під час проведення дослідження використано методи визначення втрат потужності та додаткових втрат в елементах електричної системи від вищих гармонік струму і напруги, метод візуального програмування, метод планування експерименту та метод ортогонального центрального композиційного плану. Отримані результати. Проведено аналіз показників які характеризують спотворення напруги та струму, виявлено, що найбільш повно зазначені спотворення характеризують потужність спотворень струму та потужність спотворень напруги. Зазначені показники використані під час аналізу передачі електричної енергії трансформатором тягової підстанції. Відзначено, що порядок гармонік в потужності спотворення невілюється, а вищі гармоніки враховуються відповідним ефективним струмом вищих гармонік. Враховано специфіку приєднань вторинної обмотки трансформатора до споживача, а саме заземлення однієї з фаз вторинної обмотки. Для імітації спотворень струму використаний ряд комбінацій гармонік струму. Методом планування експериментом виконано ланку досліджень. Отримано коефіцієнти квадратичного рівняння регресії, яке пов’язує втрати потужності з рівнем гармонік струму навантаження третього, п’ятого та сьомого порядків. Для визначення значущості отриманих коефіцієнтів рівняння регресії розраховано дисперсії та відповідні значення критерії Ст’юдента, в результаті визначені фактори які не впливають на процес та можуть бути виключені з рівняння регресії. Адекватність отриманого рівняння регресії перевірено за критерієм Фішера. Аналіз ефектів та їх взаємодії показав що стандартна помилка вибірки не перевищує 1,66 %. В результаті аналізу комбінацій гармонік струму, які задавалися в ході експерименту, відмічено що деякі з них призводять до одного й того же діючого струму фаз, при цьому потужність спотворень струму виявляється різною. Визначено найбільшу значимість рівня третьої гармоніки струму. Відзначено постійний рівень активної потужності на стороні високої напруги трансформатора, що зумовлено відсутністю спотворень напруги на ній. Наукова новизна. Виявлено випадки комбінацій рівнів гармонік струму при яких показник потужності спотворення струму залишається незмінним, при цьому змінюється рівень втрат потужності трансформатора, який зумовлений гармоніками струму. Практична цінність. Дані дослідження можливо застосувати для оцінки та зменшення рівня втрат потужності в трансформаторі шляхом фільтрації певних гармонік струму. EN: Purpose. Detection the relationship between the level of losses of a three-phase transformer and the power of distortion caused by current harmonics. Methodology. During the research, the methods of determining power losses and additional losses in the elements of the electrical system from higher current and voltage harmonics, the visual programming method, the experiment planning method, and the orthogonal central composite plan method were used. Findings. An analysis of the indicators characterizing voltage and current distortions was carried out, and it was found that these distortions are most fully characterized by the current distortion power and voltage distortion power. These indicators are used to analyze the transmission of electric energy by a transformer of a traction substation. It is noted that the order of harmonics in the distortion power is not eliminated, and higher harmonics are taken into account by the corresponding effective current of higher harmonics. The specifics of the transformer secondary winding connections to the consumer, namely the grounding of one of the secondary winding phases, were taken into account. A number of combinations of current harmonics were used to simulate current distortions. The experiment was carried out using the planning method. The coefficients of the quadratic regression equation that relates power losses to the level of load current harmonics of the third, fifth, and seventh orders are obtaine To determine the significance of the obtained coefficients of the regression equation, the variances and the corresponding values of the Student's criterion were calculated, as a result, factors that do not affect the process and can be excluded from the regression equation were identified. The adequacy of the obtained regression equation was checked by Fisher's criterion. The analysis of the effects and their interaction showed that the standard error of the sample does not exceed 1.66%. As a result of analyzing the combinations of current harmonics that were set during the experiment, it was noted that some of them lead to the same effective phase current, while the power of current distortion is different. The greatest significance of the level of the third harmonic of the current is determined. The constant level of active power on the high voltage side of the transformer is noted, which is due to the absence of voltage distortions on it. Originality. Cases of combinations of current harmonic levels at which the current distortion power index remains unchanged, while the level of transformer power losses caused by current harmonics changes, have been identified. Practical value. This research can be used to assess and reduce the level of power losses in a transformer by filtering certain current harmonics.