Příčiny asymetrických režimů v elektrických sítích

Symetrický třífázový napěťový systém je charakterizován napětími shodnými co do velikosti a fáze ve všech třech fázích. V asymetrických režimech nejsou napětí v různých fázích stejná.

Asymetrické režimy v elektrických sítích vznikají z následujících důvodů:

1) nerovnoměrné zatížení v různých fázích,

2) nedokončený provoz vedení nebo jiných prvků v síti,

3) různé parametry vedení v různých fázích.

Nejčastěji dochází k nerovnováze napětí v důsledku nerovnosti fázových zátěží. Protože hlavní příčinou napěťové nerovnováhy je fázový rozdíl (nesymetrické zatížení), je tento jev nejcharakterističtější pro elektrické sítě nízkého napětí 0,4 kV.

V městských a venkovských sítích 0,4 kV je napěťová asymetrie způsobena především připojením jednofázového osvětlení a nízkopříkonových domácích elektrických spotřebičů. Počet takových jednofázových spotřebičů energie je velký a musí být rovnoměrně rozděleny do fází, aby se snížila nevyváženost.

Ve vysokonapěťových sítích je asymetrie zpravidla způsobena přítomností výkonných jednofázových elektrických přijímačů a v některých případech třífázových elektrických přijímačů s nerovnoměrným odběrem fáze. Mezi poslední jmenované patří obloukové pece na výrobu oceli. Hlavními zdroji asymetrie v průmyslových sítích 0,38-10 kV jsou jednofázové tepelné instalace, rudné tepelné pece, indukční tavicí pece, odporové pece a různá topná zařízení. Asymetrické elektrické přijímače jsou navíc svařovací stroje různého výkonu. Trakční rozvodny elektrifikované střídavé železniční dopravy jsou silným zdrojem asymetrie, protože elektrické lokomotivy jsou jednofázové elektrické přijímače. Výkon jednotlivých jednofázových elektrických přijímačů v současnosti dosahuje několika megawattů.

Existují dva typy asymetrie: systematická a pravděpodobnostní nebo náhodná. Systematická asymetrie je způsobena nerovnoměrným konstantním přetěžováním jedné z fází, pravděpodobnostní asymetrie odpovídá nekonstantnímu zatížení, při kterém jsou různé fáze přetěžovány v různých časech v závislosti na náhodných faktorech (periodická asymetrie).

Neúplný provoz síťových prvků je způsoben krátkodobým odpojením jedné nebo dvou fází při zkratu nebo delším odpojením při etapových opravách. Jedno vedení může být vybaveno zařízeními pro řízení fázování, která odpojují poruchovou fázi vedení v případech, kdy selže automatické opětovné zapnutí v důsledku trvalého zkratu.

Většina stabilních zkratů je jednofázových.V tomto případě přerušení poškozené fáze vede k zachování dalších dvou fází vedení v provozu.

V síti s uzemněným neutrálem zdroj napájení na lince s neúplnou fází může být přijatelné a umožňuje opustit stavbu druhého okruhu na lince. Polofázové režimy mohou také nastat s vypnutými transformátory.

V některých případech pro skupinu složenou z jednofázových transformátorů může být v případě nouzového odstavení jedné fáze přijatelné napájení dvou fází, v tomto případě není nutná instalace náhradní fáze, zejména pokud na transformátorech rozvodny jsou dvě skupiny jednofázových.

K nerovnosti parametrů fázových čar dochází například při absenci transpozice podél čar nebo jejích prodloužených cyklů. Transponovací podpěry jsou nespolehlivé a jsou zdrojem havárií. Snížení počtu transpozičních podpěr podél linky snižuje její poškození a zvyšuje spolehlivost. V tomto případě se zhoršuje vyrovnání parametrů lineární fáze, pro které se obvykle používá transpozice.

Vliv napěťové a proudové nerovnováhy

Vzhled napětí a proudů opačné a nulové sekvence U2, U0, I2, I0 vede k dalším ztrátám výkonu a energie, jakož i ztrátám napětí v síti, což zhoršuje režimy a technické a ekonomické ukazatele jejího provozu. Proudy zpětných a nulových sekvencí I2, I0 zvyšují ztráty v podélných větvích sítě a napětí a proudy stejných sekvencí - v příčných větvích.

Superpozice U2 a U0 vede k různým dodatečným odchylkám napětí v různých fázích. V důsledku toho mohou být napětí mimo rozsah.Superpozice I2 a I0 vede ke zvýšení celkových proudů v jednotlivých fázích síťových prvků. Zároveň se zhoršují jejich podmínky ohřevu a klesá produktivita.

Nevyváženost negativně ovlivňuje provozní a technicko-ekonomické vlastnosti točivých elektrických strojů. Vytvoří se kladná složka proudu ve statoru magnetické poleotáčení se synchronní frekvencí ve směru otáčení rotoru. Negativní sled proudů ve statoru vytváří magnetické pole, které rotuje vzhledem k rotoru dvojnásobnou synchronní frekvencí v opačném směru otáčení. Vlivem těchto dvoufrekvenčních proudů dochází v elektrickém stroji k brzdnému elektromagnetickému momentu a přídavnému zahřívání, zejména rotoru, což vede ke zkrácení životnosti izolace.

U asynchronních motorů dochází k dalším ztrátám ve statoru. V některých případech je v návrhu nutné zvýšit jmenovitý výkon elektromotorů, pokud nejsou přijata zvláštní opatření k vyrovnání napětí.

U synchronních strojů mohou kromě dodatečných ztrát a zahřívání statoru a rotoru začít nebezpečné vibrace. Kvůli nevyváženosti se zkracuje životnost izolace transformátoru, synchronní motory a kondenzátorové baterie snižují tvorbu jalového výkonu.

Nerovnováha napětí v napájecím obvodu osvětlovací zátěže vede ke skutečnosti, že světelný tok žárovek jedné fáze (fází) klesá a světelný tok druhé fáze se zvyšuje a životnost žárovek se snižuje. Nesymetrie ovlivňuje jednofázové a dvoufázové elektrické přijímače jako odchylka napětí.

Mezi běžné škody způsobené asymetrií v průmyslových sítích patří náklady na dodatečné ztráty výkonu, zvýšení slev na renovaci z investičních nákladů, technologické škody, škody způsobené poklesem světelného toku svítidel instalovaných na fázích se sníženým napětím a snížením životnost lamp instalovaných na fázích se zvýšeným napětím, selhání v důsledku poklesu jalového výkonu generovaného kondenzátorovými bankami a synchronními motory.

Napěťová nerovnováha je charakterizována záporným součinitelem sledu napětí a nulovým poměrem napětí, jejichž normální a maximální přípustné hodnoty jsou 2 a 4 %.

Vyrovnávání síťových napětí se snižuje na zápornou souslednou kompenzaci proudu a napětí.

Při stabilní zatěžovací křivce lze dosáhnout snížení systémové nerovnováhy napětí v síti vyrovnáním fázových zátěží přepnutím části zátěží z přetížené fáze na nezatíženou.

Racionální přerozdělení zátěže ne vždy umožňuje snížit koeficient napěťové nesymetrie na přijatelnou hodnotu (například když část výkonných jednofázových elektrických přijímačů nepracuje neustále podle technologie, stejně jako při preventivních a velkých opravách). V těchto případech je nutné použít speciální balónky.

Je známo velké množství balunových okruhů, některé z nich jsou řízeny v závislosti na charakteru zatěžovací křivky.

Pro vyrovnání jednofázových zátěží je obvod sestávající z indukčnost a kapacita… Zátěž a s ní paralelně zapojená kapacita jsou připojeny k síťovému napětí. Další dvě síťová napětí zahrnují indukčnost a další kapacitu.

Pro vyvažování dvou a třífázových nesymetrických zátěží se používá obvod o nestejné kapacitě baterií kondenzátorů zapojených do trojúhelníku. Někdy se baluny používají se speciálními transformátory a autotransformátory.

Vzhledem k tomu, že baluny obsahují kondenzátorové banky, je vhodné použít obvody, kde je režim jak vyvážený, tak je generován Q pro jeho kompenzaci. Zařízení pro vyvažování simultánních režimů a Q kompenzaci jsou ve vývoji.

Snížení nesymetrie ve čtyřvodičových městských sítích 0,38 kV lze provést snížením nulové složky proudu I0 a snížením nulové složky odporu Z0 v síťových prvcích.

Snížení nulové složky proudu I0 je dosaženo především přerozdělením zátěže. Vyrovnání zátěže je dosaženo použitím sítí, ve kterých všechny nebo část transformátorů pracují paralelně na straně nízkého napětí. Snížení odporu nulové složky Z0 lze snadno realizovat u venkovních vedení 0,38 kV, která jsou obvykle budována v oblastech s nízkou hustotou zatížení. Možnost snížení Z0 pro kabelová vedení, tj. zvětšení průřezu nulového vodiče, musí být konkrétně zdůvodněna příslušnými technickými a ekonomickými výpočty.

Na napěťovou nerovnováhu v síti má podstatný vliv schéma zapojení vinutí distribučního transformátoru.6-10 / 0,4 kV.Většina distribučních transformátorů instalovaných v sítích je hvězdicová s nulou (Y / Yo). Takové distribuční transformátory jsou levnější, ale mají vysoký odpor nulové složky Z0.

Pro snížení napěťové nerovnováhy způsobené distribučními transformátory se doporučuje použít schéma zapojení hvězda-trojúhelník s nulou (D / Yo) nebo hvězda-cik-cak (Y / Z). Nejvýhodnější pro snížení asymetrie je použití schématu U / Z. Distribuční transformátory s tímto zapojením jsou dražší a velmi pracné na výrobu. Proto musí být používány s velkou asymetrií způsobenou nesymetrií zátěží a odporem nulové složky Z0 vedení.