Orsaker till asymmetriska lägen i elektriska nätverk

Ett symmetriskt trefasspänningssystem kännetecknas av spänningar som är identiska i storlek och fas i alla tre faserna. I asymmetriska lägen är spänningarna i de olika faserna inte lika.

Asymmetriska lägen i elektriska nätverk uppstår av följande skäl:

1) ojämna belastningar i olika faser,

2) ofullständig drift av linjer eller andra element i nätverket,

3) olika linjeparametrar i olika faser.

Oftast uppstår spänningsobalans på grund av ojämlikheten mellan fasbelastningarna. Eftersom huvudorsaken till spänningsobalansen är fasskillnaden (obalanserad belastning), är detta fenomen mest karakteristiskt för lågspänningsnät på 0,4 kV.

I stads- och landsbygdsnät på 0,4 kV orsakas spänningsasymmetri huvudsakligen av anslutningen av enfasbelysning och hushållsförbrukare med låg effekt. Antalet sådana enfasiga strömförbrukare är stort och de måste vara jämnt fördelade över faser för att minska obalansen.

I högspänningsnätverk orsakas asymmetri som regel av närvaron av kraftfulla enfasiga elektriska mottagare, och i vissa fall trefasiga elektriska mottagare med ojämn fasförbrukning. De senare inkluderar ljusbågsugnar för ståltillverkning. De huvudsakliga källorna till asymmetri i industriella nätverk 0,38-10 kV är enfasiga termiska installationer, malmtermiska ugnar, induktionssmältugnar, motståndsugnar och olika värmeinstallationer. Dessutom är asymmetriska elektriska mottagare svetsmaskiner med olika effekt. Drivstationer för elektrifierade AC-järnvägstransporter är en kraftfull källa till asymmetri, eftersom elektriska lok är enfasiga elektriska mottagare. Effekten hos enskilda enfasiga elektriska mottagare når för närvarande flera megawatt.

Det finns två typer av asymmetri: systematisk och probabilistisk eller slumpmässig. Systematisk asymmetri orsakas av ojämn konstant överbelastning av en av faserna, probabilistisk asymmetri motsvarar icke-konstanta belastningar där olika faser överbelastas vid olika tidpunkter beroende på slumpmässiga faktorer (periodisk asymmetri).

Ofullständig drift av nätverkselement orsakas av en kortvarig frånkoppling av en eller två faser under en kortslutning eller en längre frånkoppling under stegvis reparationer. En enkel ledning kan vara utrustad med fasstyrningsanordningar som kopplar bort den felaktiga fasen i ledningen i de fall då den automatiska återstängningen misslyckas på grund av en ihållande kortslutning.

Majoriteten av stabila kortslutningar är enfasiga.I detta fall leder avbrottet av den skadade fasen till bevarandet av de andra två faserna av linjen i drift.

I ett nätverk med en jordad noll strömförsörjning på en linje med en ofullständig fas kan vara acceptabel och låter dig överge konstruktionen av en andra krets på linjen. Halvfaslägen kan också förekomma med avstängda transformatorer.

I vissa fall, för en grupp bestående av enfastransformatorer, i händelse av en nödavstängning av en fas, kan det vara acceptabelt att försörja två faser.I detta fall krävs inte installation av en reservfas, särskilt om det finns två grupper av enfas vid transformatorerna i transformatorstationen.

Olikheten mellan parametrarna för faslinjerna uppstår till exempel i frånvaro av transponering längs linjerna eller dess förlängda cykler. Transponeringsstöd är opålitliga och en källa till krascher. Att minska antalet transponeringsstöd längs linjen minskar dess skada och ökar tillförlitligheten. I detta fall försämras inriktningen av de linjära fasparametrarna, för vilken transponering vanligtvis tillämpas.

Effekt av obalans i spänning och ström

Utseendet av spänningar och strömmar i omvänd och nollsekvens U2, U0, I2, I0 leder till ytterligare effekt- och energiförluster, såväl som spänningsförluster i nätverket, vilket försämrar lägena och tekniska och ekonomiska indikatorer för dess drift. Strömmarna för de omvända och nollsekvenserna I2, I0 ökar förlusterna i nätverkets längsgående grenar, och spänningarna och strömmarna i samma sekvenser - i de tvärgående grenarna.

Överlagringen av U2 och U0 leder till olika ytterligare spänningsavvikelser i olika faser. Som ett resultat kan spänningar vara utanför intervallet.Överlagringen av I2 och I0 leder till en ökning av de totala strömmarna i enskilda faser av nätverkselementen. Samtidigt försämras deras uppvärmningsförhållanden och produktiviteten minskar.

Obalansen påverkar de operativa och teknisk-ekonomiska egenskaperna hos roterande elektriska maskiner negativt. Den positiva sekvensströmmen i statorn skapar magnetiskt fältrotation med synkron frekvens i rotorns rotationsriktning. Negativa sekvensströmmar i statorn skapar ett magnetfält som roterar i förhållande till rotorn med dubbelsynkron frekvens i motsatt rotationsriktning. På grund av dessa tvåfrekventa strömmar uppstår ett bromsande elektromagnetiskt vridmoment och ytterligare uppvärmning, främst av rotorn, i den elektriska maskinen, vilket leder till en minskning av isoleringens livslängd.

I asynkronmotorer uppstår ytterligare förluster i statorn. I vissa fall, i konstruktionen, är det nödvändigt att öka elmotorernas märkeffekt, om inga speciella åtgärder vidtas för att balansera spänningen.

I synkrona maskiner kan, förutom ytterligare förluster och uppvärmning av stator och rotor, farliga vibrationer börja. På grund av obalans förkortas livslängden för transformatorisolering, synkronmotorer och kondensatorbanker minskar genereringen av reaktiv effekt.

Spänningsobalansen i belysningsbelastningens försörjningskrets leder till att ljusflödet hos lamporna i en fas (fas) minskar och att den andra fasen ökar och lampornas livslängd minskar. Obalans påverkar enfas och tvåfas elektriska mottagare som en spänningsavvikelse.

Vanliga skador orsakade av asymmetri i industriella nätverk inkluderar kostnaden för ytterligare effektförluster, ökade renoveringsavdrag från kapitalkostnader, tekniska skador, skador orsakade av ett minskat ljusflöde hos lampor installerade på faser med reducerad spänning och en minskning av livslängd för lampor installerade på faser med ökad spänning, fel på grund av en minskning av reaktiv effekt som genereras av kondensatorbanker och synkronmotorer.

Spänningsobalansen kännetecknas av den negativa sekvenskoefficienten för spänningarna och nollförhållandet mellan spänningarna, vars normala och högsta tillåtna värden är 2 och 4%.

Balansering av nätverksspänningar kommer ner till negativ sekvensström och spänningskompensation.

Med en stabil lastkurva kan en minskning av systemspänningsobalansen i nätet uppnås genom att utjämna faslasterna genom att byta en del av lasterna från en överbelastad fas till en obelastad.

Rationell omfördelning av laster tillåter inte alltid att reducera spänningsobalanskoefficienten till ett acceptabelt värde (till exempel när en del av kraftfulla enfasiga elektriska mottagare inte fungerar enligt teknik hela tiden, såväl som under förebyggande och större reparationer). I dessa fall är det nödvändigt att använda speciella ballonger.

Ett stort antal balunkretsar är kända, några av dem styrs beroende på belastningskurvans karaktär.

För att balansera enfasbelastningar, en krets bestående av induktans och kapacitans… Lasten och den parallellkopplade kapacitansen är kopplade till nätspänningen. De andra två linjespänningarna inkluderar en induktans och en annan kapacitans.

För att balansera två- och trefas obalanserade belastningar används en krets med ojämn kapacitans av kondensatorbanker anslutna i ett delta. Ibland används baluner med speciella transformatorer och autotransformatorer.

Eftersom balunerna innehåller kondensatorbanker är det lämpligt att använda kretsar där läget både är balanserat och Q genereras för att kompensera för det. Enheter för simultan lägesbalansering och Q-kompensation är under utveckling.

Reduktionen av obalans i fyrtrådiga stadsnät på 0,38 kV kan utföras genom att reducera nollsekvensströmmen I0 och reducera nollsekvensresistansen Z0 i nätverkselementen.

Reduktionen av nollsekvensströmmen I0 uppnås huvudsakligen genom omfördelning av lasterna. Lastutjämning uppnås genom att använda nätverk där alla eller delar av transformatorerna arbetar parallellt på lågspänningssidan. En minskning av nollsekvensmotståndet Z0 kan enkelt realiseras för 0,38 kV luftledningar, som vanligtvis byggs i områden med låg belastningstäthet. Möjligheten att reducera Z0 för kabelledningar, d.v.s. öka nollledarens tvärsnitt, måste motiveras specifikt med lämpliga tekniska och ekonomiska beräkningar.

Anslutningsschemat för distributionstransformatorns lindningar har ett betydande inflytande på spänningsobalansen i nätverket.6-10 / 0,4 kV.De flesta distributionstransformatorer installerade i nätverk är stjärnstjärnor med noll (Y / Yo). Sådana distributionstransformatorer är billigare, men har ett högt nollsekvensmotstånd Z0.

För att minska spänningsobalansen som orsakas av distributionstransformatorerna, rekommenderas att använda stjärndelta med noll (D / Yo) eller stjärnsicksack (Y / Z) anslutningsscheman. Det mest fördelaktiga för att minska asymmetrin är användningen av U / Z-schemat. Distributionstransformatorer med denna anslutning är dyrare och mycket arbetskrävande att tillverka. Därför måste de användas med en stor asymmetri på grund av belastningarnas asymmetri och linjernas nollsekvensresistans Z0.