Príčiny asymetrických režimov v elektrických sieťach

Symetrický trojfázový napäťový systém je charakterizovaný napätiami zhodnými vo veľkosti a fáze vo všetkých troch fázach. V asymetrických režimoch nie sú napätia v rôznych fázach rovnaké.

Asymetrické režimy v elektrických sieťach vznikajú z nasledujúcich dôvodov:

1) nerovnomerné zaťaženie v rôznych fázach,

2) neúplná prevádzka vedení alebo iných prvkov v sieti,

3) rôzne parametre linky v rôznych fázach.

Najčastejšie dochádza k nerovnováhe napätia v dôsledku nerovnosti fázových zaťažení. Keďže hlavnou príčinou napäťovej nerovnováhy je fázový rozdiel (nesymetrické zaťaženie), tento jav je najcharakteristickejší pre nízkonapäťové elektrické siete 0,4 kV.

V mestských a vidieckych sieťach 0,4 kV je napäťová asymetria spôsobená najmä pripojením jednofázového osvetlenia a nízkoenergetických domácich elektrických spotrebičov. Počet takýchto jednofázových spotrebičov energie je veľký a musia byť rovnomerne rozdelené do fáz, aby sa znížila nevyváženosť.

Vo vysokonapäťových sieťach je asymetria spravidla spôsobená prítomnosťou výkonných jednofázových elektrických prijímačov a v niektorých prípadoch trojfázových elektrických prijímačov s nerovnomernou spotrebou fázy. Posledne menované zahŕňajú oblúkové pece na výrobu ocele. Hlavnými zdrojmi asymetrie v priemyselných sieťach 0,38-10 kV sú jednofázové tepelné zariadenia, rudné tepelné pece, indukčné taviace pece, odporové pece a rôzne vykurovacie zariadenia. Asymetrické elektrické prijímače sú navyše zváracie stroje rôzneho výkonu. Trakčné rozvodne elektrifikovanej AC železničnej dopravy sú silným zdrojom asymetrie, pretože elektrické lokomotívy sú jednofázové elektrické prijímače. Výkon jednotlivých jednofázových elektrických prijímačov v súčasnosti dosahuje niekoľko megawattov.

Existujú dva typy asymetrie: systematická a pravdepodobnostná alebo náhodná. Systematická asymetria je spôsobená nerovnomerným konštantným preťažovaním jednej z fáz, pravdepodobnostná asymetria zodpovedá nekonštantným zaťaženiam, pri ktorých sú rôzne fázy preťažované v rôznych časoch v závislosti od náhodných faktorov (periodická asymetria).

Neúplná prevádzka sieťových prvkov je spôsobená krátkodobým odpojením jednej alebo dvoch fáz pri skrate alebo dlhším odpojením pri etapových opravách. Jedno vedenie môže byť vybavené zariadeniami na riadenie fázovania, ktoré odpoja poruchovú fázu vedenia v prípadoch, keď funkcia automatického opätovného zapnutia zlyhá v dôsledku trvalého skratu.

Väčšina stabilných skratov je jednofázových.V tomto prípade prerušenie poškodenej fázy vedie k zachovaniu ďalších dvoch fáz vedenia v prevádzke.

V sieti s uzemneným neutrálom Zdroj na linke s neúplnou fázou môže byť prijateľné a umožňuje vám opustiť výstavbu druhého okruhu na linke. Polofázové režimy sa môžu vyskytnúť aj pri vypnutých transformátoroch.

V niektorých prípadoch pre skupinu zloženú z jednofázových transformátorov môže byť v prípade núdzového odstavenia jednej fázy prijateľné napájanie dvoch fáz.V tomto prípade nie je potrebná inštalácia náhradnej fázy, najmä ak na transformátoroch rozvodne sú dve skupiny jednofázových.

Nerovnosť parametrov fázových čiar vzniká napríklad pri absencii transpozície pozdĺž čiar alebo jej predĺžených cyklov. Transponované podpery sú nespoľahlivé a sú zdrojom nehôd. Zníženie počtu transpozičných podpier pozdĺž línie znižuje jej poškodenie a zvyšuje spoľahlivosť. V tomto prípade sa zhoršuje zarovnanie parametrov lineárnej fázy, pre ktoré sa zvyčajne uplatňuje transpozícia.

Vplyv nerovnováhy napätia a prúdu

Výskyt napätí a prúdov reverznej a nulovej sekvencie U2, U0, I2, I0 vedie k dodatočným stratám energie a energie, ako aj k stratám napätia v sieti, čo zhoršuje režimy a technické a ekonomické ukazovatele jej prevádzky. Prúdy spätných a nulových sekvencií I2, I0 zvyšujú straty v pozdĺžnych vetvách siete a napätia a prúdy rovnakých sekvencií - v priečnych vetvách.

Superpozícia U2 a U0 vedie k rôznym dodatočným odchýlkam napätia v rôznych fázach. V dôsledku toho môžu byť napätia mimo rozsahu.Superpozícia I2 a I0 vedie k zvýšeniu celkových prúdov v jednotlivých fázach sieťových prvkov. Zároveň sa zhoršujú ich vykurovacie podmienky a klesá produktivita.

Nevyváženosť negatívne ovplyvňuje prevádzkové a technicko-ekonomické vlastnosti točivých elektrických strojov. Vytvára sa kladná sekvencia prúdu v statore magnetické poleotáčanie so synchrónnou frekvenciou v smere otáčania rotora. Negatívne sekvenčné prúdy v statore vytvárajú magnetické pole, ktoré rotuje vzhľadom na rotor s dvojnásobnou synchrónnou frekvenciou v opačnom smere otáčania. Vplyvom týchto dvojfrekvenčných prúdov dochádza v elektrickom stroji k brzdnému elektromagnetickému momentu a dodatočnému zahrievaniu hlavne rotora, čo vedie k zníženiu životnosti izolácie.

V asynchrónnych motoroch dochádza k dodatočným stratám v statore. V niektorých prípadoch je pri návrhu potrebné zvýšiť menovitý výkon elektromotorov, ak sa neprijmú žiadne špeciálne opatrenia na vyrovnanie napätia.

V synchrónnych strojoch môžu okrem dodatočných strát a zahrievania statora a rotora začať nebezpečné vibrácie. V dôsledku nevyváženosti sa skracuje životnosť izolácie transformátora, synchrónne motory a kondenzátorové banky znižujú tvorbu jalového výkonu.

Nerovnováha napätia v napájacom obvode osvetľovacej záťaže vedie k tomu, že svetelný tok lámp jednej fázy (fáz) klesá a svetelný tok druhej fázy sa zvyšuje a životnosť žiaroviek sa znižuje. Nesymetria ovplyvňuje jednofázové a dvojfázové elektrické prijímače ako odchýlka napätia.

Bežné škody spôsobené asymetriou v priemyselných sieťach zahŕňajú náklady na dodatočné straty energie, zvýšenie odpočtov na renováciu z kapitálových nákladov, technologické škody, škody spôsobené znížením svetelného toku svietidiel inštalovaných na fázach so zníženým napätím a znížením životnosť lámp inštalovaných na fázach so zvýšeným napätím, porucha v dôsledku poklesu jalového výkonu generovaného kondenzátorovými bankami a synchrónnymi motormi.

Napäťová nerovnováha je charakterizovaná záporným sekvenčným koeficientom napätí a nulovým pomerom napätí, ktorých normálne a maximálne prípustné hodnoty sú 2 a 4%.

Vyrovnávanie sieťových napätí sa znižuje na zápornú sekvenciu prúdu a kompenzácie napätia.

Pri stabilnej krivke zaťaženia možno dosiahnuť zníženie nerovnováhy systémového napätia v sieti vyrovnaním fázových zaťažení prepnutím časti záťaže z preťaženej fázy na nezaťaženú.

Racionálne prerozdelenie záťaže nie vždy umožňuje znížiť koeficient nevyváženosti napätia na prijateľnú hodnotu (napríklad keď časť výkonných jednofázových elektrických prijímačov nepracuje neustále podľa technológie, ako aj pri preventívnych a veľkých opravách). V týchto prípadoch je potrebné použiť špeciálne balóniky.

Je známe veľké množstvo balunových okruhov, niektoré z nich sú riadené v závislosti od charakteru krivky zaťaženia.

Na vyváženie jednofázových záťaží sa používa obvod pozostávajúci z indukčnosť a kapacita… Záťaž a s ňou paralelne zapojená kapacita sú pripojené k sieťovému napätiu. Ďalšie dve sieťové napätia zahŕňajú indukčnosť a ďalšiu kapacitu.

Na vyrovnávanie dvoj- a trojfázových nesymetrických záťaží sa používa obvod s nerovnakou kapacitou kondenzátorových bánk zapojených do trojuholníka. Niekedy sa baluny používajú so špeciálnymi transformátormi a autotransformátory.

Pretože baluny obsahujú kondenzátorové banky, je vhodné použiť obvody, kde je režim vyvážený a zároveň sa generuje Q, aby sa to kompenzovalo. Zariadenia na vyvažovanie simultánnych režimov a Q kompenzáciu sú vo vývoji.

Zníženie nesymetrie v štvorvodičových mestských sieťach 0,38 kV sa môže uskutočniť znížením nulovej zložky prúdu I0 a znížením nulovej zložky odporu Z0 v sieťových prvkoch.

Zníženie nulovej sekvencie prúdu I0 sa dosiahne hlavne prerozdelením záťaže. Vyrovnanie zaťaženia sa dosiahne použitím sietí, v ktorých všetky alebo časť transformátorov pracujú paralelne na strane nízkeho napätia. Zníženie odporu nulovej zložky Z0 je možné jednoducho realizovať pre vzdušné vedenia 0,38 kV, ktoré sa zvyčajne budujú v oblastiach s nízkou hustotou zaťaženia. Možnosť zníženia Z0 pre káblové vedenia, t. j. zväčšenie prierezu nulového vodiča, je potrebné konkrétne zdôvodniť príslušnými technickými a ekonomickými výpočtami.

Schéma zapojenia vinutí distribučného transformátora má významný vplyv na nerovnováhu napätia v sieti.6-10 / 0,4 kV.Väčšina distribučných transformátorov inštalovaných v sieťach je hviezdicová hviezda s nulou (Y / Yo). Takéto distribučné transformátory sú lacnejšie, ale majú vysoký odpor nulovej sekvencie Z0.

Na zníženie nerovnováhy napätia spôsobenej distribučnými transformátormi sa odporúča použiť schémy zapojenia hviezda-trojuholník s nulou (D / Yo) alebo hviezda-cik-cak (Y / Z). Najpriaznivejšie na zníženie asymetrie je použitie schémy U / Z. Distribučné transformátory s týmto zapojením sú drahšie a na výrobu veľmi náročné na prácu. Preto musia byť použité s veľkou asymetriou kvôli asymetrii záťaží a odporu nulovej sekvencie Z0 vedení.