Исследование электромагнитного компенсатора тока третьей гармоники в нейтрали силового трансформатора
Ю.И. Ханин, Т.А. Кузнецова, А.П. Панчишкин
Вестник ИГЭУ, 2026 г. выпуск 3, сс. 52—58
Скачать PDF
Состояние вопроса. Актуальность исследования связана с увеличением числа нелинейных электроприемников, таких как компьютеры, телевизоры, светодиодные лампы и другие устройства, в бытовых электрических сетях сельской местности. Рост числа таких устройств приводит к искажению формы потребляемого тока и напряжения, отклоняя их от идеальной синусоидальной формы. Широкое использование силовых трансформаторов с конфигурацией обмоток «звезда–звезда с нулем», обладающих высоким сопротивлением нулевой последовательности, усугубляет негативное воздействие гармонических составляющих тока. Целью исследования является изучение работы электромагнитного устройства, предназначенного для компенсации токов третьей гармоники в нейтрали силового трансформатора, используемого в сельских электрических сетях.
Материалы и методы. Исследуемый электромагнитный компенсатор тока третьей гармоники для нейтрали силового трансформатора реализован в виде схемы, включающей шесть трансформаторов тока, установленных по фазам сети, трехфазный однополупериодный выпрямитель, фильтрующий дроссель и дополнительный трансформатор тока в нейтрали. Техническое решение с использованием шести трансформаторов и выпрямителя позволяет компенсировать именно токи, кратные третьей гармонике, что особенно эффективно в сетях с конфигурацией обмоток «звезда–звезда с нулем» и высокой чувствительностью к нулевой последовательности гармоник.
Результаты. Для оценки эффективности устройства проведены измерения на низковольтных шинах тринадцати трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ, питающих бытовой сектор в Волгоградской области. Применен анализатор качества электроэнергии, фиксировавший параметры тока, напряжения, мощности и гармонического состава с временным разрешением одна минута в течение суток. Установлено, что третья гармоника тока является ключевым фактором паразитных энергопотерь в силовых трансформаторах бытовых сетей, формируя в среднем 67,2 % от общего объема потерь, вызванных высшими гармоническими составляющими. Практические испытания в четырехпроводных сетях сельских подстанций 10/0,4 кВ показали высокую эффективность электромагнитного компенсатора, установка которого позволила снизить амплитуду третьей гармоники в нейтрали на 64,4 %, что привело к уменьшению общих потерь электроэнергии на 9,95 %.
Выводы. Целенаправленное подавление третьей гармоники не только повышает стабильность сети, но и обеспечивает значительную экономию ресурсов, особенно в условиях роста числа нелинейных нагрузок.
1. Agent-based approach for analysis of electricity distribution technological processes in power systems / S.S. Kostinskiy, V.A. Mokhov, T.N. Kruglova, et al. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Volgograd, 20–21 November 2018. – Volgograd: Institute of Physics Publishing, 2019. – P. 012080. DOI: 10.1088/1757-899X/483/1/012080.
2. Kostinskiy S., Troitskiy A. Impact study of non-sinusoidal load parameters on real-power losses in 3-phase double-wound power transformers: Method of constant coefficients // Journal of Engineering and Applied Sciences. – 2017. – Vol. 12. – No. 20. – P. 5058–5068. DOI: 10.3923/jeasci.2017.5058.5068.
3. Analysis of the harmonic composition of current in the zero-working wire at the input of the load node with the prevailing non-linear power consumers / I.V. Yudaev, M.A. Yundin, A.M. Isupova, et al. // Archives of Electrical Engineering. – 2021. – Vol. 70, No. 2. – P. 463–473. DOI: 10.24425/aee.2021.136996.
4. Ханин Ю.И., Иванова О.А., Аксенов М.П. Оптимизация выбора параметров фильтрокомпенсирующих устройств на примере сельскохозяйственного машиностроительного завода // Вестник ИГЭУ. – 2025. – Вып. 4. – С. 50–56. DOI: 10.17588/2072-2672.2025.4.050-056.
5. The harmonic composition of current in zero-working wire with non-linear load / I.V. Yudaev, E.V. Rud, T.Z. Ponomarenko, et al. // IIUM Engineering Journal. – 2021. – Vol. 22, No. 1. – P. 191–200. DOI: 10.31436/IIUMEJ.V22I1.1569.
6. On the efficiency of power transformers with “star-zig-zag with zero” winding connection scheme in rural electricity networks supplying household consumers / Y.I. Hanin, O.V. Rodionova, A.P. Panchishkin, et al. // Journal of Physics: Conference Series: 2, Volgograd, Virtual, 06–07 May 2021. – Volgograd, Virtual, 2021. – P. 012004. DOI: 10.1088/1742-6596/2060/1/012004.
7. The optimization of the filter compensating devices parameters choice at the enterprises of agro-industrial complex / Y.I. Hanin, A.E. Pelih, S.I. Nikolaeva, O.A. Ivanova // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science: 3, Volgograd, Virtual, 10–11 December 2020. – Volgograd, Virtual, 2021. – P. 012015. DOI: 10.1088/1755-1315/786/1/012015.
8. Юндин М.А., Шабанов Н.И., Ханин Ю.И. О коэффициенте небаланса наиболее значимых высших гармоник токов в сельских коммунально-бытовых сетях 0,38 кВ // Вестник АПК Ставрополья. – 2014. – № 2(14). – С. 102–104.
9. Юндин М.А., Ханин Ю.И. Дополнительные потери электроэнергии в силовых трансформаторах 10/0,4 кВ // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2014. – № 101. – С. 74–84.
10. Юндин М., Пономаренко Т., Юндин К. Анализ сверхнормативных потерь мощности в силовых трансформаторах 10/0,4 кВ, имеющих нагрузку с преобладанием нелинейных потребителей // Электроэнергия. Передача и распределение. – 2021. – № S1(20). – С. 6–12.
11. Юндин М.А., Кобзистый О.В., Рудь Е.В. Оценка влияния уровней несимметрии и высших гармоник на ток в нулевом рабочем проводнике сети 0,38 кВ // Вестник аграрной науки Дона. – 2021. – № 3(55). – С. 33–38.
12. Юндин М.А., Жариков Д.Т., Пономаренко Т.З. О влиянии несимметрии и несинусоидальности токов на потери электроэнергии в силовом трансформаторе // Агротехника и энергообеспечение. – 2021. – № 4(33). – С. 114–118.