Причини за асиметрични режими в електрическите мрежи

Симетричната трифазна система за напрежение се характеризира с напрежения, идентични по величина и фаза във всичките три фази. В асиметрични режими напреженията в различните фази не са равни.

Асиметричните режими в електрическите мрежи възникват поради следните причини:

1) неравномерни натоварвания в различни фази,

2) непълна работа на линии или други елементи в мрежата,

3) различни параметри на линиите в различни фази.

Най -често възниква дисбаланс на напрежението поради неравенството на фазовите натоварвания. Тъй като основната причина за дисбаланса на напрежението е фазовата разлика (небалансиран товар), това явление е най-характерно за нисковолтови електрически мрежи от 0,4 kV.

В градските и селските мрежи от 0,4 kV асиметрията на напрежението се причинява главно от свързването на еднофазно осветление и битови електрически консуматори с ниска мощност. Броят на такива еднофазни консуматори на енергия е голям и те трябва да бъдат равномерно разпределени на фази, за да се намали дисбаланса.

В мрежите с високо напрежение асиметрията се причинява, като правило, от наличието на мощни еднофазни електрически приемници, а в някои случаи и трифазни електрически приемници с неравномерно потребление на фази. Последните включват дъгови пещи за производство на стомана. Основните източници на асиметрия в промишлени мрежи 0,38-10 kV са еднофазни топлинни инсталации, рудни термични пещи, пещи за индукционно топене, пещи с устойчивост и различни отоплителни инсталации. В допълнение, асиметричните електрически приемници са заваръчни машини с различна мощност. Тяговите подстанции на електрифициран железопътен транспорт с променлив ток са мощен източник на асиметрия, тъй като електрическите локомотиви са еднофазни електрически приемници. Мощността на отделните еднофазни електрически приемници в момента достига няколко мегавата.

Има два вида асиметрия: систематична и вероятностна или случайна. Систематичната асиметрия се причинява от неравномерно постоянно претоварване на една от фазите, вероятностната асиметрия съответства на непостоянни натоварвания, при които различни фази се претоварват по различно време в зависимост от случайни фактори (периодична асиметрия).

Непълната работа на мрежовите елементи се причинява от краткосрочно изключване на една или две фази по време на късо съединение или по-продължително изключване по време на поетапни ремонти. Единична линия може да бъде оборудвана с устройства за поетапно управление, които изключват повредената фаза на линията в случаите, когато операцията за автоматично повторно затваряне е неуспешна поради продължително късо съединение.

По-голямата част от стабилните къси съединения са еднофазни. В този случай прекъсването на повредената фаза води до запазване на другите две фази на линията в експлоатация.

В мрежа със заземен неутрал захранване на линия с непълна фаза може да бъде приемлива и ви позволява да изоставите изграждането на втора верига на линията. Полуфазовите режими могат да възникнат и при изключени трансформатори.

В някои случаи за група, съставена от еднофазни трансформатори, в случай на аварийно изключване на една фаза, може да бъде приемливо да се захранва на две фази.В този случай не се изисква инсталиране на резервна фаза, особено ако на подстанцията има две групи еднофазни трансформатори.

Неравенството на параметрите на линиите на фази възниква например при липса на транспониране по линиите или нейните удължени цикли. Подкрепите за транспониране са ненадеждни и са източници на злополуки. Намаляването на броя на опорите за транспониране по линията намалява нейните повреди и повишава надеждността. В този случай подравняването на параметрите на линейната фаза се влошава, за което обикновено се прилага транспониране.

Влияние на дисбаланс на напрежение и ток

Появата на напрежения и токове на обратната и нулева последователност U2, U0, I2, I0 води до допълнителни загуби на мощност и енергия, както и до загуби на напрежение в мрежата, което влошава режимите и технико -икономическите показатели на нейната работа. Токовете на обратната и нулева последователности I2, I0 увеличават загубите в надлъжните клонове на мрежата, а напреженията и токовете на същите последователности — в напречните клонове.

Суперпозицията на U2 и U0 води до различни допълнителни отклонения на напрежението в различни фази. В резултат на това напреженията могат да бъдат извън обхвата. Суперпозицията на I2 и I0 води до увеличаване на общите токове в отделни фази на мрежовите елементи. В същото време условията на тяхното нагряване се влошават и производителността намалява.

Дисбалансът се отразява негативно на експлоатационните и технико -икономическите характеристики на въртящите се електрически машини. Токът на положителната последователност в статора създава магнитно полевъртене със синхронна честота по посока на въртене на ротора. Токовете с отрицателна последователност в статора създават магнитно поле, което се върти спрямо ротора с двойна синхронна честота в обратна посока на въртене. Поради тези двучестотни токове в електрическата машина възникват спирачен електромагнитен въртящ момент и допълнително нагряване, главно на ротора, което води до намаляване на живота на изолацията.

В асинхронните двигатели възникват допълнителни загуби в статора. В някои случаи при проектирането е необходимо да се увеличи номиналната мощност на електродвигателите, ако не се вземат специални мерки за балансиране на напрежението.

В синхронните машини, освен допълнителни загуби и загряване на статора и ротора, могат да започнат опасни вибрации. Поради дисбаланс, експлоатационният живот на изолацията на трансформатора се скъсява, синхронните двигатели и кондензаторните банки намаляват генерирането на реактивна мощност.

Дисбалансът на напрежението в захранващата верига на натоварването на осветлението води до факта, че светлинният поток на лампите от една фаза (фази) намалява, а този на другата фаза се увеличава и животът на лампите намалява. Дисбалансът засяга еднофазни и двуфазни електрически приемници като отклонение на напрежението.

Общите щети, причинени от асиметрия в индустриалните мрежи, включват разходите за допълнителни загуби на електроенергия, увеличаване на приспаданията за обновяване от капиталовите разходи, технологичните щети, щетите, причинени от намаляване на светлинния поток на лампи, инсталирани на фази с намалено напрежение, и намаляване на живота на лампите, инсталирани на фази с повишено напрежение, повреда поради намаляване на реактивната мощност, генерирана от кондензаторни батерии и синхронни двигатели.

Дисбалансът на напрежението се характеризира с коефициента на отрицателна последователност на напреженията и нулевото съотношение на напреженията, чиито нормални и максимално допустими стойности са 2 и 4%.

Балансирането на напреженията в мрежата се свежда до компенсация на тока и напрежението на отрицателната последователност.

Със стабилна крива на натоварване може да се постигне намаляване на системния дисбаланс на напрежението в мрежата чрез изравняване на фазовите натоварвания чрез превключване на част от натоварванията от претоварена фаза към ненатоварена.

Рационалното преразпределение на натоварванията не винаги позволява намаляване на коефициента на дисбаланс на напрежението до приемлива стойност (например, когато част от мощни еднофазни електрически приемници не работят според технологията през цялото време, както и по време на превантивни и основни ремонти ). В тези случаи е необходимо да се използват специални балони.

Известни са голям брой балунови вериги, някои от тях се контролират в зависимост от характера на кривата на натоварване.

За балансиране на еднофазни натоварвания се използва верига, състояща се от индуктивност и капацитет… Товарът и свързаният паралелно към него капацитет са свързани към линейното напрежение. Другите две линейни напрежения включват индуктивност и още един капацитет.

За балансиране на дву- и трифазни небалансирани товари се използва верига с неравен капацитет на кондензаторни банки, включени в триъгълник. Понякога балуните се използват със специални трансформатори и автотрансформатори.

Тъй като балуните съдържат кондензаторни батерии, препоръчително е да се използват схеми, в които режимът е едновременно балансиран и Q е генериран, за да го компенсира. Устройства за едновременно балансиране на режима и Q компенсация са в процес на разработка.

Намаляването на дисбаланса в четирипроводни градски мрежи от 0,38 kV може да се извърши чрез намаляване на тока на нулева последователност I0 и намаляване на съпротивлението на нулева последователност Z0 в елементите на мрежата.

Намаляването на тока на нулева последователност I0 се постига главно чрез преразпределение на натоварванията. Изравняването на натоварването се постига чрез използване на мрежи, в които всички или част от трансформаторите работят паралелно от страната на ниското напрежение. Намаляване на съпротивлението на нулева последователност Z0 може лесно да се реализира за ВЛ 0,38 kV, които обикновено се изграждат в райони с ниска плътност на натоварването. Възможността за намаляване на Z0 за кабелни линии, т.е.увеличаване на напречното сечение на неутралния проводник, трябва да бъде специално обоснована с подходящи технически и икономически изчисления.

Схемата на свързване на намотките на разпределителния трансформатор оказва значително влияние върху дисбаланса на напрежението в мрежата.6-10 / 0,4 kV. Повечето разпределителни трансформатори, инсталирани в мрежи, са звездни звезди с нула (Y / Yo). Такива разпределителни трансформатори са по -евтини, но имат високо съпротивление на нулева последователност Z0.

За да се намали дисбалансът на напрежението, причинен от разпределителните трансформатори, е препоръчително да се използват триъгълни звезди с нула (D / Yo) или звезда-зигзаг (Y / Z) схеми за свързване. Най -благоприятното за намаляване на асиметрията е използването на U / Z схемата. Разпределителните трансформатори с тази връзка са по -скъпи и много трудоемки за производство. Следователно те трябва да се използват с голяма асиметрия поради асиметрията на натоварванията и съпротивлението на нулева последователност Z0 на линиите.