Несиметрія напруг - студопедія

Несиметрія напруг - несиметрія трифазної системи напруг.

Джерелами несиметрії напруг є:

- дугові сталеплавильні печі,

-тягові підстанції змінного струму,

-однофазні електротермічні установки,

-несиметрія опору мережі,

-інші одно- фазні, двофазні і несиметричні трифазні споживачі електроенергії, в тому числі побутові.

Оскільки основною причиною несиметрії напруги є відмінність навантаження по фазах (несиметрична навантаження), то це явище найбільш характерно для низьковольтних електричних мереж 0,4 кВ. Однак несиметричні навантаження досить поширені і в високовольтних електричних мережах (в першу чергу тягові навантаження). Більшою мірою це відноситься до контактних мереж змінного струму на залізничному транспорті. Дані численних експериментальних досліджень свідчать про те, що в таких мережах величина несиметрії напряженійможет досягати 10% і більше.

Так, сумарна навантаження окремих підприємств містить 85 - 90% несиметричного навантаження. А коефіцієнт несиметрії напруги за нульовою послідовності (K0U) одного 9-ти поверхового житлового будинку може становити 20%, що на шинах трансформаторної підстанції (точці загального приєднання) може перевищити нормально допустимі 2%.

Для характеристики несиметрії напруг служать коефіцієнти несиметрії по зворотної та нульової послідовностей.

Коефіцієнт несиметрії по зворотній послідовності дається для міжфазних напруг, геометрична сума яких завжди дорівнює нулю. Він дорівнює відношенню,%,

де U2, U1 - складові зворотної та прямої послідовностей при розкладанні по методу симетричних складових системи міжфазних напруг.

Коефіцієнт несиметрії за нульовою послідовності визначається у вигляді

Він дорівнює процентному відношенню складових нульової й прямої послідовностей при розкладанні по методу симетричних складових системи фазних напруг. Причому відомо, що співвідношення U1 і U1ф для пов'язаних систем фазних і міжфазних напруг має простий вигляд:

Нормально допустимі і гранично допустимі значення коефіцієнта несиметрії напруг за зворотною послідовністю в точках загального приєднання до електричних мереж рівні відповідно 2 і 4%.

Нормально допустимі і гранично допустимі значення коефіцієнта несиметрії за нульовою послідовності в точках загального приєднання до чотирьох провідних електричних мереж з номінальною напругою 380 В дорівнюють відповідно 2 і 4%.

Вплив несиметрії напруг на роботу електрообладнання:

- Зростають втрати електроенергії в мережах від додаткових втрат в нульовому проводі.

- Однофазні, двофазні споживачі і різні фази трифазних споживачів електроенергії працюють на різних неномінальних напружених, що викликає ті ж наслідки, як при відхиленні напруги.

- У електродвигунах, крім негативного впливу несиметричних напруг, виникають магнітні поля, що обертаються зустрічно обертанню ротора.

Загальний вплив несиметрії напруг на електричні машини, включаючи трансформатори, виливається в значне зниження терміну їх служби. Наприклад, при тривалій роботі з коефіцієнтом несиметрії по зворотній послідовності K2U = 2 - 4%, термін служби електричної машини знижується на 10 -15%, а, якщо вона працює при номінальному навантаженні, термін служби знижується вдвічі.

Для зазначених показників КЕ встановлені наступні норми:

- значення коефіцієнтів несиметрії напруг за зворотною послідовністю (K2U) і несиметрії напруг за нульовою послідовності (K0U) в точці передачі електричної енергії, усереднені в інтервалі часу 10 хв, не повинні перевищувати 2% протягом 95% часу інтервалу в один тиждень;

- значення коефіцієнтів несиметрії напруг за зворотною послідовністю (K2U) і несиметрії напруг за нульовою послідовності (K0U) в точці передачі електричної енергії, усереднені в інтервалі часу 10 хв, не повинні перевищувати 4% протягом 100% часу інтервалу в один тиждень.

Напруги зворотної послідовності створюють крутний момент подвійний частоти, спрямований в протилежному напрямку моменту обертання ротора електричної машини, тобто створюють гальмівний електричний момент.

При несиметрії напруг в синхронних машинах, поряд з виникненням додаткових втрат і нагріванням статора і ротора, можуть початися небезпечні вібрації, викликані обертаючими моментами, пульсуючими з подвійною частотою. Ці моменти з'являються як наслідок взаємодії магнітних потоків, створених струмами зворотної послідовності в ланцюгах ротора і статора, а також потоків, обумовлених струмами прямої послідовності. При значній несиметрії напруг вібрація може виявитися небезпечною і викликати руйнування зварних з'єднань.

При появі в трифазній мережі напруги нульової послідовності погіршуються режими напруг для однофазних електроприймачів. Струми нульової послідовності постійно протікають через заземлювачі і значно висушують грунт, збільшуючи опору заземлюючих пристроїв. Це неприпустимо з точки зору роботи релейного захисту через посилення їх впливу на низькочастотні установки зв'язку, пристрої залізничних блокувань.

Несиметричні режими впливають на продуктивність руднотермічеських печей. Збільшення напруги зворотної послідовності на 20% призводить до зниження продуктивності руднотермічеських печей на 30-40%, а збільшення К2U до 40% призводить до значного збільшення витрати енергії. До зниження несиметрії напруг призводить як зменшення опору мережі струмів зворотної та нульової послідовностей, так і зниження значень самих струмів. З огляду на, що опору зовнішньої мережі (трансформаторів, кабелів, ліній) однакові для прямої і зворотної послідовностей, знизити ці опору можливе лише шляхом підключення несиметричного навантаження до окремого трансформатора.

Заходи щодо зниження несиметрії напруг:

- Рівномірний розподіл навантаження по фазах.

- Застосування симетрувальних пристроїв. В якості таких пристроїв застосовують несиметричне включення конденсаторних батарей (рис 9.1 а) або спеціальні схеми симетрування однофазних навантажень (рис 9.1 б).

- Опору в фазах сімметрірующего пристрою підбираються таким чином, щоб компенсувати струм зворотної послідовності, що генерується навантаженням як джерелом спотворення (рис. 9.2).

Рис.9.1 Сімметрірующіе пристрої з КБ (а) і спеціальна схема (б).