Cauzele modurilor asimetrice în rețelele electrice

Un sistem de tensiune trifazat simetric este caracterizat de tensiuni identice ca mărime și fază în toate cele trei faze. În modurile asimetrice, tensiunile în diferite faze nu sunt egale.

Modurile asimetrice în rețelele electrice apar din următoarele motive:

1) sarcini neuniforme în diferite faze,

2) funcționarea incompletă a liniilor sau a altor elemente din rețea,

3) diferiți parametri de linie în diferite faze.

Cel mai adesea, dezechilibrul de tensiune apare din cauza inegalității sarcinilor de fază. Deoarece principala cauză a dezechilibrului de tensiune este diferența de fază (sarcină dezechilibrată), acest fenomen este cel mai caracteristic rețelelor electrice de joasă tensiune de 0,4 kV.

În rețelele urbane și rurale de 0,4 kV, asimetria tensiunii este cauzată în principal de conectarea iluminatului monofazat și a consumatorilor de energie electrică casnică de putere redusă. Numărul acestor consumatori de energie monofazat este mare și trebuie să fie distribuite uniform pe faze pentru a reduce dezechilibrul.

În rețelele de înaltă tensiune, asimetria este cauzată, de regulă, de prezența unor receptoare electrice monofazate puternice și, în unele cazuri, de receptoare electrice trifazate cu consum neuniform de fază. Acestea din urmă includ cuptoare cu arc pentru producția de oțel. Principalele surse de asimetrie în rețelele industriale 0,38-10 kV sunt instalațiile termice monofazate, cuptoarele termice cu minereuri, cuptoarele de topire cu inducție, cuptoarele cu rezistență și diverse instalații de încălzire. În plus, receptoarele electrice asimetrice sunt mașini de sudură de diferite puteri. Stațiile de tracțiune ale transportului feroviar de curent alternativ electrificat sunt o sursă puternică de asimetrie, deoarece locomotivele electrice sunt receptoare electrice monofazate. Puterea receptoarelor electrice monofazate individuale atinge în prezent câțiva megawați.

Există două tipuri de asimetrie: sistematică și probabilistă sau aleatorie. Asimetria sistematică este cauzată de supraîncărcarea constantă neuniformă a uneia dintre faze, asimetria probabilistică corespunde unor sarcini neconstante în care diferite faze sunt supraîncărcate în momente diferite în funcție de factori aleatori (asimetrie periodică).

Funcționarea incompletă a elementelor de rețea este cauzată de o deconectare pe termen scurt a una sau două faze în timpul unui scurtcircuit sau o deconectare mai lungă în timpul reparațiilor în etape. O singură linie poate fi echipată cu dispozitive de control al fazării care deconectează faza defectată a liniei în cazurile în care operația de reînchidere automată eșuează din cauza unui scurtcircuit susținut.

Majoritatea scurtcircuitelor stabile sunt monofazate.În acest caz, întreruperea fazei deteriorate duce la păstrarea celorlalte două faze ale liniei în exploatare.

Într-o rețea cu un neutru împământat alimentare electrică pe o linie cu o fază incompletă poate fi acceptabilă și vă permite să abandonați construcția unui al doilea circuit pe linie. Modurile în jumătate de fază pot apărea și cu transformatoarele oprite.

În unele cazuri, pentru un grup compus din transformatoare monofazate, în cazul unei opriri de urgență a unei singure faze, poate fi acceptabilă alimentarea a două faze, în acest caz nu este necesară instalarea unei faze de rezervă, mai ales dacă sunt două grupe de transformatoare monofazate la staţia de transformare.

Inegalitatea parametrilor liniilor de fază apare, de exemplu, în absența transpunerii de-a lungul liniilor sau a ciclurilor sale extinse. Suporturile de transpunere sunt nesigure și o sursă de accidente. Reducerea numărului de suporturi de transpunere de-a lungul liniei reduce deteriorarea acestuia și crește fiabilitatea. În acest caz, alinierea parametrilor de fază liniară se deteriorează, pentru care se aplică de obicei transpunerea.

Efectul dezechilibrului tensiunii și curentului

Apariția tensiunilor și curenților de secvență inversă și zero U2, U0, I2, I0 duce la pierderi suplimentare de putere și energie, precum și pierderi de tensiune în rețea, ceea ce agravează modurile și indicatorii tehnici și economici ai funcționării acesteia. Curenții secvențelor inverse și zero I2, I0 măresc pierderile în ramurile longitudinale ale rețelei, iar tensiunile și curenții acelorași secvențe - în ramurile transversale.

Suprapunerea lui U2 și U0 duce la diferite abateri suplimentare de tensiune în diferite faze. Ca rezultat, tensiunile pot fi în afara intervalului.Suprapunerea lui I2 și I0 duce la o creștere a curenților totali în faze individuale ale elementelor rețelei. În același timp, condițiile lor de încălzire se deteriorează, iar productivitatea scade.

Dezechilibrul afectează negativ caracteristicile operaționale și tehnico-economice ale mașinilor electrice rotative. Se creează curentul de secvență pozitivă în stator camp magneticrotatie cu frecventa sincrona in sensul de rotatie al rotorului. Curenții de secvență negativă din stator creează un câmp magnetic care se rotește în raport cu rotorul la frecvență dublă sincronă în sensul opus de rotație. Datorită acestor curenți cu două frecvențe, în mașina electrică apar un cuplu electromagnetic de frânare și încălzire suplimentară, în principal a rotorului, ceea ce duce la o reducere a duratei de viață a izolației.

La motoarele asincrone apar pierderi suplimentare în stator. În unele cazuri, în proiectare, este necesară creșterea puterii nominale a motoarelor electrice, dacă nu se iau măsuri speciale pentru echilibrarea tensiunii.

La mașinile sincrone, pe lângă pierderile suplimentare și încălzirea statorului și rotorului, pot începe vibrații periculoase. Din cauza dezechilibrului, durata de viață a izolației transformatorului este scurtată, motoarele sincrone și băncile de condensatoare reduc generarea de putere reactivă.

Dezechilibrul de tensiune în circuitul de alimentare al sarcinii de iluminat duce la faptul că fluxul luminos al lămpilor unei faze (faze) scade, iar cel al celeilalte faze crește, iar durata de viață a lămpilor scade. Dezechilibrul afectează receptoarele electrice monofazate și bifazate ca abatere de tensiune.

Daunele comune cauzate de asimetria în rețelele industriale includ costul pierderilor suplimentare de putere, creșterea deducerilor de renovare din costurile de capital, daune tehnologice, daune cauzate de scăderea fluxului luminos al lămpilor instalate pe fazele cu tensiune redusă și reducerea durata de viață a lămpilor instalate pe faze cu tensiune crescută, defecțiune din cauza scăderii puterii reactive generate de băncile de condensatoare și motoarele sincrone.

Dezechilibrul de tensiune este caracterizat de coeficientul de secvență negativă a tensiunilor și raportul zero al tensiunilor, ale căror valori normale și maxime admise sunt 2 și 4%.

Echilibrarea tensiunilor de rețea se reduce la compensarea curentului de secvență negativă și a tensiunii.

Cu o curbă de sarcină stabilă, se poate obține o reducere a dezechilibrului tensiunii sistemului în rețea prin egalizarea sarcinilor de fază prin comutarea unei părți a sarcinilor de la o fază supraîncărcată la una fără sarcină.

Redistribuirea rațională a sarcinilor nu permite întotdeauna reducerea coeficientului de dezechilibru de tensiune la o valoare acceptabilă (de exemplu, atunci când o parte a receptoarelor electrice monofazate puternice nu funcționează conform tehnologiei tot timpul, precum și în timpul reparațiilor preventive și majore). În aceste cazuri, este necesar să folosiți baloane speciale.

Se cunosc un număr mare de circuite balun, unele dintre ele fiind controlate în funcție de natura curbei de sarcină.

Pentru echilibrarea sarcinilor monofazate, un circuit format din inductanța și capacitatea… Sarcina și capacitatea conectate în paralel cu aceasta sunt conectate la tensiunea de linie. Celelalte două tensiuni de linie includ o inductanță și o altă capacitate.

Pentru echilibrarea sarcinilor dezechilibrate bifazate și trifazate, se utilizează un circuit de capacitate inegală a băncilor de condensatoare conectate în deltă. Uneori, balunurile sunt folosite cu transformatoare speciale și autotransformatoare.

Deoarece balun-urile conțin bănci de condensatoare, este recomandabil să folosiți circuite în care modul este atât echilibrat și Q este generat pentru a compensa. Dispozitivele pentru echilibrarea modului simultan și compensarea Q sunt în curs de dezvoltare.

Reducerea dezechilibrului în rețelele urbane cu patru fire de 0,38 kV poate fi realizată prin reducerea curentului de ordine zero I0 și reducerea rezistenței de ordine zero Z0 în elementele rețelei.

Reducerea curentului de ordine zero I0 se realizează în principal prin redistribuirea sarcinilor. Egalizarea sarcinii se realizează prin utilizarea rețelelor în care toate sau o parte dintre transformatoare funcționează în paralel pe partea de joasă tensiune. O reducere a rezistenței de secvență zero Z0 poate fi realizată cu ușurință pentru liniile aeriene de 0,38 kV, care sunt de obicei construite în zone cu densitate scăzută de sarcină. Posibilitatea reducerii Z0 pentru liniile de cablu, adică creșterea secțiunii transversale a conductorului neutru, trebuie să fie justificată în mod specific cu calcule tehnice și economice adecvate.

Schema de conectare a înfășurărilor transformatorului de distribuție are o influență semnificativă asupra dezechilibrului de tensiune în rețea.6-10 / 0.4 kV.Majoritatea transformatoarelor de distribuție instalate în rețele sunt stea stea cu zero (Y / Yo). Astfel de transformatoare de distribuție sunt mai ieftine, dar au o rezistență mare de secvență zero Z0.

Pentru a reduce dezechilibrul de tensiune cauzat de transformatoarele de distribuție, se recomandă utilizarea schemelor de conectare stea-triunghi cu zero (D / Yo) sau stea-zig-zag (Y / Z). Cea mai favorabilă pentru reducerea asimetriei este utilizarea schemei U / Z. Transformatoarele de distribuție cu această conexiune sunt mai scumpe și necesită multă muncă de fabricat. Prin urmare, acestea trebuie utilizate cu o asimetrie mare din cauza asimetriei sarcinilor și a rezistenței zero-secvență Z0 a liniilor.