Причини виникнення несиметричних режимів в електричних мережах

Симетрична трифазна система напруг характеризується схожими по модулю і фазі напруженнями у всіх 3-х фазах. При несиметричних режимах напруги в різних фазах не рівні.

Несиметричні режими в електронних мережах з`являються по наступним причин:

1) неоднакові навантаження в різних фазах,

2) неповнофазного робота ліній або інших частин в мережі,

3) різні характеристики ліній в різних фазах.

Більш нерідко несиметрія напруг з`являється через нерівності навантажень фаз. У міських і сільських мережах 0,38 кВ несиметрія напруг викликається в головному підключенням однофазних освітлювальних і побутових електроприймачів малої потужності. Кількість таких однофазних ЕП велике, і їх необхідно рівномірно розподіляти за фазами для зменшення несиметрії.

У мережах високої напруги несиметрія викликається, зазвичай, наявністю потужних однофазних електроприймачів, а в ряді випадків і трифазних електроприймачів з неоднаковим споживанням в фазах. До останніх відносяться дугові сталеплавильні печі. Головні джерела несиметрії в промислових мережах 0,38-10 кВ - це однофазовий теплові установки, рудотермічні печі, індукційні плавильні печі, печі опору і різні нагрівальні установки. Крім того, несиметричні електроприймачі - це зварювальні апарати різної потужності. Тягові підстанції електрифікованого на змінному струмі залізничного транспорту є потужним джерелом несиметрії, тому що електровози - однофазовий електроприймачі. Потужність окремих однофазних електроприймачів в даний час досягає декількох мегават.

Розрізняють два види несиметрії: періодичну і вірогідну, або випадкову. Періодична несиметрія обгрунтована нерівномірною незмінною перегруз- кой однієї з фаз, імовірнісна несиметрія відповідає непостійним навантажень, при яких в різний час пе- регружаются різні фази залежно від випадкових причин (переміжна несиметрія).

Неповнофазного робота частин мережі викликається короткостроковим відключенням однієї або 2-ух фаз при маленьких замиканнях або довшим відключенням при пофазні ремонтах. Одиночну лінію можна обладнати пристроями пофазного управління, які відключають пошкоджену фазу смуги в тих випадках, коли дія АПВ виявляється неуспішним через стійкого короткого замикання.

У переважній більшості стійкі короткі замикання однофазовий. При цьому відключення пошкодженої фази призводить до со-зберігання 2-ух інших фаз смуги в роботі.

У мережі з заземленою нейтраллю електропостачання по неповнофазного смуги може виявитися допустимим і дозволяє відмовитися від будівництва 2-ий ланцюга смуги. Неповнофазного режими можуть з`являтися і при виключенні трансформаторів.

У деяких випадках для групи, складеної з однофазних трансформаторів, при аварійному вимкненні однієї фази може виявитися допустимим електропостачання по двох фаз. В даному випадку не потрібна установка запасний фази, особливо при наявності 2-ух груп однофазних трансформаторів на підстанції.

Нерівність характеристик ліній по фазах має місце, наприклад, при відсутності транспозиції на лініях або подовжених її циклах. Транспозіціонние опори ненадійні і є джерелами аварій. Зменшення числа транспозіціонних опор на лінії зменшує її повреждаемость і збільшує надійність. В даному випадку посилюється вирівнювання характеристик фаз смуги, для якого зазвичай і при-змінюється транспозиція.

Вплив несиметрії напруг і струмів.

Виникнення напружень і струмів зворотному і нульової послідовності U2, U0, I2, I0 призводить до додаткових втрат потужності і енергії, також втрат напруги в мережі, що посилює режими і техніко-економічні характеристики її роботи. Токи зворотному і нульової послідовностей I2, I0 нарощують втрати в поздовжніх гілках мережі, а напруги і струми цих же послідовностей - в поперечних гілках.

Накладення U2 і U0 призводить до різних додаткових відхилень напруги в різних фазах. В результаті напруги можуть вийти за допустимі межі. Накладення I2 і I0 призводить до підвищення сумарних струмів в окремих фазах частин мережі. При цьому погіршуються ус ловия їх нагрівання і зменшується пропускна здатність.

Несиметрія негативно позначається на робочих і техніко-економічних характеристик крутяться електронних машин. Струм прямої послідовності в статорі робить магнітне поле, що обертається з синхронною частотою в напрямку обертання ротора. Токи зворотному послідовності в статорі роблять магнітне поле, що обертається щодо ротора з подвійною синхронною частотою в напрямку, протилежному обертанню. З-за цих струмів подвійний частоти в електронній машині з`являються гальмівний електричний момент і додатковий нагрів, головним чином ротора, що призводять до скорочення терміну служби ізоляції.

В асинхронних двигунах з`являються додаткові втрати в статорі. У ряді випадків доводиться при проектуванні нарощувати номінальну потужність електродвигунів, якщо не вживати особливих заходів по симетрування напруги.

У синхронних машинах не рахуючи додаткових втрат і нагріву статора і ротора можуть початися небезпечні вібрації. Через несиметрії скорочується термін служби ізоляції трансформаторів, синхронні двигуни і батарей конденсаоров зменшують вироблення реактивної потужності.

Сумарна шкода, обумовлений несиметрією в промислових мережах, включає вартість додаткових втрат електроенергії, підвищення відрахувань на реновацію від серйозних витрат, технологічний шкоду, шкоду, обумовлений зниженням світлового потоку ламп, встановлених у фазах зі зниженим напругою, і скороченням терміну служби ламп, встановлених у фазах з підвищеним напругою, шкода через зменшення реактивної потужності, що генерується БК і синхронними двигунами.

Несиметрія напруг характеризується коефіцієнтом зворотному послідовності напруг і коефіцієнтом нульової послідовності напруг, звичайне і найбільше допустимі значення яких складають 2 і 4%.

Симетрування напружень в мережі зводиться до компенсації струму і напруги зворотного послідовності.

При стабільному графіку навантажень зниження періодичної несиметрії напруг в мережі може бути досягнуто вирівнюванням навантажень фаз методом перемикання частини навантажень з перевантаженої фази на ненавантажену.

Раціональний перерозподіл навантажень не завжди дозволяє знизити коефіцієнт несиметрії напруг до допустимого значення (наприклад коли частина масивних однофазних електроприймачів працює за умовами технології не завжди, також при профілактичних і серйозних ремонтів). У цих випадках потрібно використовувати особливі симетрувальні пристрою.

Зрозуміло величезне число схем симетрувальних пристроїв, частина з них виробляється керованими в залежності від характеру графіка навантаження.

Для симетрування однофазних навантажень застосовується схема, що складається з індуктивності і ємності. Навантаження і включена паралельно їй ємність включаються на лінійну напругу. На два інших лінійних напруги включаються індуктивність і ще одна ємність.

Для симетрування дво- і трифазних несиметричних навантажень застосовується схема з неоднаковими потужностями батарей конденсаторів, включеними в трикутник. Час від часу використовують симетрувальні пристрої зі спеціальними трансформаторами і автотрансформаторами.

Так як симетрувальні пристрої містять батареї конденсаторів, доцільно використовувати такі схеми, в яких відразу симетрувальним режим і генерується Q з метою її компенсації. Пристрої для одночасного симетрування режиму та компенсації Q знаходяться в стадії розробки.

Зниження несиметрії в чотирьох провідних міських мережах 0,38 кВ можна проводити методом зменшення струму нульової послідовності I0 і зниження опору нульової послідовності Z0 в елементах мережі.

Зменшення струму нульової послідовності I0 спочатку досягається перерозподілом навантажень. Вирівнювання навантажень досягається впровадженням мереж, в яких всі або частину трансформаторів працюють паралельно на стороні низької напруги. Зниження опору нульової послідовності Z0 можна просто виконати для повітряних ліній 0,38 кВ, які зазвичай споруджуються в районах з малою щільністю навантаження. Необхідність зменшення Z0 для кабельних ліній, т. Е. Зростання перетину нульового проводу, повинна бути спеціально обумовлена ​​належними техніко-економічними розрахунками.

Істотний вплив на несиметрію напруг в мережі надає схема з`єднання обмоток розподільного трансформатора6-10 / 0,4 кВ. Велика частина розподільних трансформаторів, встановлених у мережах, мають схему зірка - зірка з нулем (У / Уо). Такі розподільні трансформатори дешевше, але у їх велике опір нульової послідовності Z0.

Для зниження несиметрії напруг, що викликається розподільними трансформаторами, доцільно використовувати схеми з`єднання треугольнік- зірка з нулем (Д / Уо) або зірка-зигзаг (У / Z). Більш сприятливо для зниження несиметрії застосування схеми У / Z. Розподільні трансформатори з таким з`єднанням дорожчі, і виготовлення їх дуже складно. Тому їх потрібно використовувати при великій несиметрії, обумовленої несиметрією навантажень і опір нульової послідовності Z0 ліній.