Причини виникнення несиметричних режимів в електричних мережах

Симетрична трифазна система напруг характеризується однаковими по модулю і фазі напруженнями у всіх трьох фазах. При несиметричних режимах напруги в різних фазах не рівні.

Несиметричні режими в електричних мережах виникають з наступних причин:

1) неоднакові навантаження в різних фазах,

2) неповнофазного робота ліній або інших елементів в мережі,

3) різні параметри ліній в різних фазах.

Найбільш часто несиметрія напруг виникає через нерівності навантажень фаз. У міських і сільських мережах 0,38 кВ несиметрія напруг викликається в основному підключенням однофазних освітлювальних і побутових електроприймачів малої потужності. Кількість таких однофазних ЕП велике, і їх потрібно рівномірно розподіляти за фазами для зменшення несиметрії.

У мережах високої напруги несиметрія викликається, як правило, наявністю потужних однофазних електроприймачів, а в ряді випадків і трифазних електроприймачів з неоднаковим споживанням в фазах. До останніх відносяться дугові сталеплавильні печі. Основні джерела несиметрії в промислових мережах 0,38-10 кВ - це однофазні термічні 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, так як електровози - однофазні електроприймачі. Потужність окремих однофазних електроприймачів в даний час досягає декількох мегават.

Розрізняють два види несиметрії: систематичну і вірогідну, або випадкову. Систематична несиметрія обумовлена ​​нерівномірним постійної перегруз- кой однієї з фаз, імовірнісна несиметрія відповідає непостійним навантажень, при яких в різний час пе- регружаются різні фази в залежності від випадкових чинників (переміжна несиметрія).

Неповнофазного робота елементів мережі викликається короткочасним відключенням однієї або двох фаз при коротких замиканнях або більш тривалим відключенням при пофазні ремонтах. Одиночну лінію можна обладнати пристроями пофазного управління, які відключають пошкоджену фазу лінії в тих випадках, коли дія АПВ виявляється неуспішним через стійкого короткого замикання.

У переважній більшості стійкі короткі замикання однофазні. При цьому відключення пошкодженої фази призводить до со-зберігання двох інших фаз лінії в роботі.

У мережі з заземленою нейтраллю електропостачання по неповнофазного лінії може виявитися допустимим і дозволяє відмовитися від будівництва другої ланцюга лінії. Неповнофазного режими можуть виникати і при відключенні трансформаторів.

У деяких випадках для групи, складеної з однофазних трансформаторів, при аварійному відключенні однієї фази може виявитися допустимим електропостачання по двох фаз. В цьому випадку не потрібна установка резервної фази, особливо при наявності двох груп однофазних трансформаторів на підстанції.

Нерівність параметрів 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 підвищує надійність. В цьому випадку погіршується вирівнювання параметрів фаз лінії, для якого зазвичай і при-змінюється транспозиція.

Вплив несиметрії напруг і струмів.

Поява напруг і струмів зворотної та нульової послідовності U2, U0, I2, I0 призводить до додаткових втрат потужності і енергії, а також втрат напруги в мережі, що погіршує режими і техніко-економічні показники її роботи. Токи зворотної та нульової послідовностей I2, I0 збільшують втрати в поздовжніх гілках мережі, а напруги і струми цих же послідовностей - в поперечних гілках.

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

Несиметрія негативно позначається на робочих і техніко-економічних характеристик обертових електричних машин. Струм прямої послідовності в статорі створює магнітне поле. обертається з синхронною частотою в напрямку обертання ротора. Токи зворотній послідовності в статорі створюють магнітне поле, що обертається щодо ротора з подвійною синхронною частотою в напрямку, протилежному обертанню. З-за цих струмів подвійний частоти в електричній машині виникають гальмівний електромагнітний момент і додатковий нагрів, головним чином ротора, що призводять до скорочення терміну служби ізоляції.

В асинхронних двигунах виникають додаткові втрати в статорі. У ряді випадків доводиться при проектуванні збільшувати номінальну потужність електродвигунів, якщо не вживати спеціальних заходів по симетрування напруги.

У синхронних машинах крім 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.

Сумарний збиток, обумовлений несиметрією в промислових мережах, включає вартість додаткових втрат електроенергії, збільшення відрахувань на реновацію від капітальних витрат, технологічний збиток, збиток, обумовлений зниженням світлового потоку ламп, встановлених у фазах зі зниженим напругою, і скороченням терміну служби ламп, встановлених у фазах з підвищеною напругою, збиток через зменшення реактивної потужності, що генерується БК і синхронними двигунами.

Несиметрія напруг характеризується коефіцієнтом зворотній послідовності напруг і коефіцієнтом нульової послідовності напруг, нормальне і максимальне допустимі значення яких складають 2 і 4%.

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

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

Раціональний перерозподіл навантажень не завжди дозволяє знизити коефіцієнт несиметрії напруг до допустимого значення (наприклад коли частина потужних однофазних електроприймачів працює за умовами технології не весь час, а також при профілактичних і капітальних ремонтах). У цих випадках необхідно застосовувати спеціальні симетрувальні пристрою.

Відома велика кількість схем симетрувальних пристроїв, частина з них виконується 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. Іноді застосовують симетрувальні пристрої зі спеціальними трансформаторами і автотрансформаторами.

Оскільки симетрувальні пристрої містять батареї конденсаторів, доцільно застосовувати такі схеми, в яких одночасно 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 здійснювати шляхом зменшення струму нульової послідовності I0 і зниження опору нульової послідовності Z0 в елементах мережі.

Зменшення струму нульової послідовності I0 в першу чергу досягається перерозподілом навантажень. Вирівнювання навантажень досягається використанням мереж, в яких всі або частину трансформаторів працюють паралельно на стороні низької напруги. Зниження опору нульової послідовності Z 0 можна легко здійснити для повітряних ліній 0,38 кВ, які зазвичай споруджуються в районах з малою щільністю навантаження. Доцільність зменшення Z0 для кабельних ліній, т. Е. Збільшення перерізу нульового проводу, повинна бути спеціально обгрунтована відповідними техніко-економічними розрахунками.

Істотний вплив на несиметрію напруг в мережі надає схема з'єднання обмоток розподільного трансформатора 6-10 / 0,4 кВ. Більшість розподільних трансформаторів, встановлених у мережах, мають схему зірка - зірка з нулем (У / Уо). Такі розподільні трансформатори дешевше, але у них велике опір нульової послідовності Z0.

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