Årsaker til asymmetriske moduser i elektriske nettverk

Et symmetrisk trefasespenningssystem er preget av spenninger identiske i størrelse og fase i alle tre fasene. I asymmetriske moduser er ikke spenningene i de forskjellige fasene like.

Asymmetriske moduser i elektriske nettverk oppstår på grunn av følgende årsaker:

1) ujevn belastning i forskjellige faser,

2) ufullstendig drift av linjer eller andre elementer i nettverket,

3) ulike linjeparametere i ulike faser.

Oftest oppstår spenningsubalanse på grunn av ulikheten i fasebelastningene. Siden hovedårsaken til spenningsubalansen er faseforskjellen (ubalansert belastning), er dette fenomenet mest karakteristisk for lavspente elektriske nettverk på 0,4 kV.

I urbane og landlige nettverk på 0,4 kV, er spenningsasymmetri hovedsakelig forårsaket av tilkobling av enfasebelysning og laveffekts husholdningselektriske forbrukere. Antallet slike enfasede strømforbrukere er stort og de må fordeles jevnt over faser for å redusere ubalanse.

I høyspenningsnettverk er asymmetri forårsaket som regel av tilstedeværelsen av kraftige enfasede elektriske mottakere, og i noen tilfeller trefasede elektriske mottakere med ujevn faseforbruk. Sistnevnte inkluderer lysbueovner for stålproduksjon. De viktigste kildene til asymmetri i industrielle nettverk 0,38-10 kV er enfase termiske installasjoner, malmtermiske ovner, induksjonssmelteovner, motstandsovner og forskjellige varmeinstallasjoner. I tillegg er asymmetriske elektriske mottakere sveisemaskiner med forskjellig kraft. Trekkstasjoner for elektrifisert AC-jernbanetransport er en kraftig kilde til asymmetri, siden elektriske lokomotiver er enfasede elektriske mottakere. Kraften til individuelle enfase elektriske mottakere når for tiden flere megawatt.

Det er to typer asymmetri: systematisk og sannsynlighet eller tilfeldig. Systematisk asymmetri er forårsaket av ujevn konstant overbelastning av en av fasene, sannsynlighetsasymmetri tilsvarer ikke-konstante laster hvor ulike faser overbelastes til ulike tider avhengig av tilfeldige faktorer (periodisk asymmetri).

Ufullstendig drift av nettverkselementer er forårsaket av en kortvarig frakobling av en eller to faser under en kortslutning eller en lengre frakobling under etappevis reparasjoner. En enkelt ledning kan utstyres med fasekontrollanordninger som kobler fra den feilede fasen til ledningen i tilfeller der den automatiske gjenlukkingsoperasjonen svikter på grunn av en vedvarende kortslutning.

De fleste stabile kortslutninger er enfasede.I dette tilfellet fører avbruddet av den skadede fasen til bevaring av de to andre fasene av linjen i drift.

I et nettverk med en jordet nøytral strømforsyning på en linje med en ufullstendig fase kan være akseptabel og lar deg forlate byggingen av en andre krets på linjen. Halvfasemoduser kan også forekomme med transformatorer avslått.

I noen tilfeller, for en gruppe som består av enfasetransformatorer, kan det ved nødstans av én fase være akseptabelt å levere to faser.I dette tilfellet er det ikke nødvendig å installere en reservefase, spesielt hvis det er to grupper enfaset ved transformatorene.

Ulikheten mellom parametrene til faselinjene oppstår for eksempel i fravær av transposisjon langs linjene eller dens utvidede sykluser. Transponeringsstøtter er upålitelige og en kilde til krasj. Å redusere antall transponeringsstøtter langs linjen reduserer skaden og øker påliteligheten. I dette tilfellet forringes justeringen av de lineære faseparametrene, som transponering vanligvis brukes for.

Effekt av spennings- og strømubalanse

Utseendet til spenninger og strømmer i omvendt og nullsekvens U2, U0, I2, I0 fører til ytterligere kraft- og energitap, samt spenningstap i nettverket, noe som forverrer modusene og tekniske og økonomiske indikatorer for driften. Strømmene til revers- og nullsekvensene I2, I0 øker tapene i de langsgående grenene av nettverket, og spenningene og strømmene til de samme sekvensene - i tverrgrenene.

Superposisjonen av U2 og U0 fører til ulike tilleggsspenningsavvik i ulike faser. Som et resultat kan spenninger være utenfor rekkevidde.Superposisjonen av I2 og I0 fører til en økning i de totale strømmene i individuelle faser av nettverkselementene. Samtidig forverres oppvarmingsforholdene og produktiviteten reduseres.

Ubalansen påvirker de operasjonelle og teknisk-økonomiske egenskapene til roterende elektriske maskiner negativt. Den positive sekvensstrømmen i statoren skaper magnetfeltrotasjon med synkron frekvens i rotorens rotasjonsretning. Negative sekvensstrømmer i statoren skaper et magnetfelt som roterer i forhold til rotoren med dobbel synkron frekvens i motsatt rotasjonsretning. På grunn av disse to-frekvensstrømmene, oppstår et bremsende elektromagnetisk dreiemoment og tilleggsoppvarming, hovedsakelig av rotoren, i den elektriske maskinen, noe som fører til en reduksjon i isolasjonens levetid.

I asynkronmotorer oppstår ytterligere tap i statoren. I noen tilfeller, i konstruksjonen, er det nødvendig å øke den nominelle effekten til de elektriske motorene, hvis det ikke tas spesielle tiltak for å balansere spenningen.

I synkrone maskiner, i tillegg til ytterligere tap og oppvarming av statoren og rotoren, kan farlige vibrasjoner begynne. På grunn av ubalanse forkortes levetiden til transformatorisolasjonen, synkronmotorer og kondensatorbanker reduserer reaktiv kraftproduksjon.

Spenningsubalansen i forsyningskretsen til belysningsbelastningen fører til at lysstrømmen til lampene i en fase (faser) reduseres, og den til den andre fasen øker, og levetiden til lampene reduseres. Ubalanse påvirker en-fase og to-fase elektriske mottakere som et spenningsavvik.

Vanlige skader forårsaket av asymmetri i industrielle nettverk inkluderer kostnadene for ytterligere strømtap, økning i renoveringsfradrag fra kapitalkostnader, teknologiske skader, skader forårsaket av en reduksjon i lysstrømmen til lamper installert på faser med redusert spenning, og en reduksjon av levetid for lamper installert på faser med økt spenning, feil på grunn av en reduksjon i reaktiv effekt generert av kondensatorbanker og synkronmotorer.

Spenningsubalansen er preget av den negative sekvenskoeffisienten til spenningene og nullforholdet mellom spenningene, hvis normale og maksimalt tillatte verdier er 2 og 4%.

Balansering av nettverksspenninger kommer ned til negativ sekvensstrøm og spenningskompensasjon.

Med en stabil lastkurve kan en reduksjon av systemspenningsubalansen i nettet oppnås ved å utjevne faselastene ved å bytte en del av lastene fra en overbelastet fase til en ubelastet.

Rasjonell omfordeling av belastninger tillater ikke alltid å redusere spenningsubalansekoeffisienten til en akseptabel verdi (for eksempel når en del av kraftige enfasede elektriske mottakere ikke fungerer i henhold til teknologi hele tiden, så vel som under forebyggende og større reparasjoner). I disse tilfellene er det nødvendig å bruke spesielle ballonger.

Et stort antall balunkretser er kjent, noen av dem styres avhengig av lastkurvens natur.

For å balansere enfaselaster skal en krets bestående av induktans og kapasitans… Lasten og kapasitansen koblet parallelt med den er koblet til nettspenningen. De to andre linjespenningene inkluderer en induktans og en annen kapasitans.

For å balansere to- og trefase ubalanserte belastninger, brukes en krets med ulik kapasitans av kondensatorbanker koblet i et delta. Noen ganger brukes baluner med spesielle transformatorer og autotransformatorer.

Siden balunene inneholder kondensatorbanker, er det tilrådelig å bruke kretser der modusen både er balansert og Q genereres for å kompensere for det. Enheter for samtidig modusbalansering og Q-kompensasjon er under utvikling.

Reduksjonen av ubalanse i firetråds bynett på 0,38 kV kan utføres ved å redusere nullsekvensstrømmen I0 og redusere nullsekvensmotstanden Z0 i nettverkselementene.

Reduksjonen av nullsekvensstrømmen I0 oppnås hovedsakelig ved omfordeling av lastene. Lastutjevning oppnås ved å bruke nettverk hvor hele eller deler av transformatorene opererer parallelt på lavspenningssiden. En reduksjon av nullsekvensmotstanden Z0 kan enkelt realiseres for 0,38 kV luftledninger, som vanligvis bygges i områder med lav lasttetthet. Muligheten for å redusere Z0 for kabellinjer, det vil si å øke tverrsnittet til nøytrallederen, må spesifikt begrunnes med passende tekniske og økonomiske beregninger.

Tilkoblingsskjemaet til viklingene til distribusjonstransformatoren har en betydelig innflytelse på spenningsubalansen i nettverket.6-10 / 0,4 kV.De fleste distribusjonstransformatorer installert i nettverk er stjernestjerne med null (Y / Yo). Slike distribusjonstransformatorer er billigere, men har høy nullsekvensmotstand Z0.

For å redusere spenningsubalansen forårsaket av distribusjonstransformatorene, anbefales det å bruke stjerne-delta med null (D / Yo) eller stjerne-sikksakk (Y / Z) koblingsskjemaer. Den mest gunstige for å redusere asymmetrien er bruken av U / Z-ordningen. Distribusjonstransformatorer med denne koblingen er dyrere og svært arbeidskrevende å produsere. Derfor må de brukes med stor asymmetri på grunn av asymmetrien til lastene og nullsekvensmotstanden Z0 til linjene.