Årsager til asymmetriske tilstande i elektriske netværk

Et symmetrisk trefaset spændingssystem er kendetegnet ved spændinger identiske i størrelse og fase i alle tre faser. I asymmetriske tilstande er spændingerne i de forskellige faser ikke ens.

Asymmetriske tilstande i elektriske netværk opstår på grund af følgende årsager:

1) ujævne belastninger i forskellige faser,

2) ufuldstændig drift af linjer eller andre elementer i netværket,

3) forskellige linjeparametre i forskellige faser.

Oftest opstår spændingsubalance på grund af uligheden mellem fasebelastningerne. Da hovedårsagen til spændingsubalancen er faseforskellen (ubalanceret belastning), er dette fænomen mest karakteristisk for lavspændingselektriske netværk på 0,4 kV.

I by- og landnetværk på 0,4 kV er spændingsasymmetri hovedsageligt forårsaget af tilslutningen af ​​enfaset belysning og strømforbrugende husholdningselektriske forbrugere. Antallet af sådanne enfasede strømforbrugere er stort, og de skal fordeles jævnt over faser for at reducere ubalance.

I højspændingsnetværk forårsages asymmetri som regel af tilstedeværelsen af ​​kraftige enfasede elektriske modtagere og i nogle tilfælde trefasede elektriske modtagere med ujævnt faseforbrug. Sidstnævnte omfatter lysbueovne til stålproduktion. De vigtigste kilder til asymmetri i industrielle netværk 0,38-10 kV er enfasede termiske installationer, malmtermiske ovne, induktionssmelteovne, modstandsovne og forskellige varmeinstallationer. Derudover er asymmetriske elektriske modtagere svejsemaskiner med forskellig effekt. Trækstationer til elektrificeret AC-jernbanetransport er en stærk kilde til asymmetri, da elektriske lokomotiver er enfasede elektriske modtagere. Effekten af ​​individuelle enfasede elektriske modtagere når i øjeblikket flere megawatt.

Der er to typer asymmetri: systematisk og probabilistisk eller tilfældig. Systematisk asymmetri er forårsaget af uensartet konstant overbelastning af en af ​​faserne, probabilistisk asymmetri svarer til ikke-konstante belastninger, hvor forskellige faser overbelastes på forskellige tidspunkter afhængig af tilfældige faktorer (periodisk asymmetri).

Ufuldstændig drift af netværkselementer er forårsaget af en kortvarig afbrydelse af en eller to faser under en kortslutning eller en længere afbrydelse under etapevis reparation. En enkelt ledning kan være udstyret med fasestyringsanordninger, som afbryder ledningens fejlfasede fase i tilfælde, hvor den automatiske genlukningsoperation svigter på grund af en vedvarende kortslutning.

Størstedelen af ​​stabile kortslutninger er enfasede.I dette tilfælde fører afbrydelsen af ​​den beskadigede fase til bevarelsen af ​​de to andre faser af linjen i drift.

I et netværk med en jordet neutral Strømforsyning på en linje med en ufuldstændig fase kan være acceptabel og giver dig mulighed for at opgive konstruktionen af ​​et andet kredsløb på linjen. Halvfasetilstande kan også forekomme med transformere slukket.

I nogle tilfælde, for en gruppe bestående af enfasede transformatorer, kan det i tilfælde af en nødafbrydelse af én fase være acceptabelt at forsyne to faser.I dette tilfælde er installation af en reservefase ikke påkrævet, især hvis der er to grupper af enfasede transformatorer.

Uligheden mellem faselinjernes parametre forekommer for eksempel i fravær af transponering langs linjerne eller dens forlængede cyklusser. Transponeringsstøtter er upålidelige og en kilde til nedbrud. Reduktion af antallet af transponeringsstøtter langs linjen reducerer skaden og øger pålideligheden. I dette tilfælde forringes justeringen af ​​de lineære faseparametre, for hvilken transponering normalt anvendes.

Effekt af spændings- og strømubalance

Udseendet af spændinger og strømme i omvendt og nulsekvens U2, U0, I2, I0 fører til yderligere strøm- og energitab samt spændingstab i netværket, hvilket forværrer tilstandene og tekniske og økonomiske indikatorer for dets drift. Strømmene i de omvendte og nul-sekvenser I2, I0 øger tabene i de langsgående grene af netværket, og spændingerne og strømmene i de samme sekvenser - i de tværgående grene.

Superpositionen af ​​U2 og U0 fører til forskellige yderligere spændingsafvigelser i forskellige faser. Som følge heraf kan spændinger være uden for rækkevidde.Superpositionen af ​​I2 og I0 fører til en stigning i de samlede strømme i individuelle faser af netværkselementerne. Samtidig forringes deres varmeforhold, og produktiviteten falder.

Ubalancen påvirker roterende elektriske maskiners driftsmæssige og teknisk-økonomiske egenskaber negativt. Den positive sekvensstrøm i statoren skaber magnetfeltrotation med synkron frekvens i rotorens rotationsretning. Negative sekvensstrømme i statoren skaber et magnetfelt, der roterer i forhold til rotoren ved dobbeltsynkron frekvens i den modsatte rotationsretning. På grund af disse to-frekvensstrømme opstår der i den elektriske maskine et elektromagnetisk bremsemoment og yderligere opvarmning, hovedsageligt af rotoren, hvilket fører til en reduktion af isoleringens levetid.

I asynkronmotorer opstår der yderligere tab i statoren. I nogle tilfælde er det i designet nødvendigt at øge den nominelle effekt af de elektriske motorer, hvis der ikke træffes særlige foranstaltninger for at balancere spændingen.

I synkrone maskiner kan der ud over yderligere tab og opvarmning af statoren og rotoren begynde farlige vibrationer. På grund af ubalance forkortes levetiden for transformatorisolering, synkronmotorer og kondensatorbanker reducerer reaktiv energiproduktion.

Spændingsubalancen i lysbelastningens forsyningskredsløb fører til, at lysstrømmen af ​​lamperne i en fase (faser) falder, og den for den anden fase øges, og lampernes levetid falder. Ubalance påvirker enkeltfasede og tofasede elektriske modtagere som en spændingsafvigelse.

Almindelige skader forårsaget af asymmetri i industrielle netværk omfatter omkostninger til yderligere strømtab, stigning i renoveringsfradrag fra kapitalomkostninger, teknologiske skader, skader forårsaget af et fald i lysstrømmen fra lamper installeret på faser med reduceret spænding og en reduktion af lysstyrken. levetid for lamper installeret på faser med øget spænding, fejl på grund af et fald i reaktiv effekt genereret af kondensatorbanker og synkronmotorer.

Spændingsubalancen er karakteriseret ved den negative sekvenskoefficient af spændingerne og nulforholdet mellem spændingerne, hvis normale og maksimalt tilladte værdier er 2 og 4%.

Balancering af netværksspændinger kommer ned til negativ sekvensstrøm og spændingskompensation.

Med en stabil belastningskurve kan en reduktion af systemspændingsubalancen i netværket opnås ved at udligne fasebelastningerne ved at skifte en del af belastningerne fra en overbelastet fase til en ubelastet.

Rationel omfordeling af belastninger tillader ikke altid at reducere spændingsubalancekoefficienten til en acceptabel værdi (for eksempel når en del af kraftige enfasede elektriske modtagere ikke fungerer i henhold til teknologi hele tiden, såvel som under forebyggende og større reparationer). I disse tilfælde er det nødvendigt at bruge specielle balloner.

Et stort antal balunkredsløb er kendt, nogle af dem styres afhængigt af belastningskurvens art.

For at afbalancere enfasede belastninger skal et kredsløb bestående af induktans og kapacitans… Belastningen og kapacitansen forbundet parallelt med den er forbundet med netspændingen. De to andre linjespændinger inkluderer en induktans og en anden kapacitans.

Til afbalancering af to- og trefasede ubalancerede belastninger bruges et kredsløb med ulige kapacitans af kondensatorbanker forbundet i et delta. Nogle gange bruges baluner med specielle transformere og autotransformere.

Da balunerne indeholder kondensatorbanker, er det tilrådeligt at bruge kredsløb, hvor tilstanden både er afbalanceret og Q genereres for at kompensere for det. Enheder til simultan tilstandsbalancering og Q-kompensation er under udvikling.

Reduktionen af ​​ubalance i fire-tråds bynetværk på 0,38 kV kan udføres ved at reducere nul-sekvens-strømmen I0 og reducere nul-sekvens-modstanden Z0 i netværkselementerne.

Reduktionen af ​​nul-sekvensstrømmen I0 opnås hovedsageligt ved omfordeling af belastningerne. Belastningsudligning opnås ved at bruge netværk, hvor alle eller dele af transformatorerne arbejder parallelt på lavspændingssiden. En reduktion af nulsekvensmodstanden Z0 kan let realiseres for 0,38 kV luftledninger, som normalt bygges i områder med lav belastningstæthed. Muligheden for at reducere Z0 for kabelledninger, dvs. forøgelse af tværsnittet af nullederen, skal begrundes specifikt med passende tekniske og økonomiske beregninger.

Forbindelsesskemaet for distributionstransformatorens viklinger har en betydelig indflydelse på spændingsubalancen i netværket.6-10 / 0,4 kV.De fleste distributionstransformatorer installeret i netværk er stjernestjerne med nul (Y / Yo). Sådanne distributionstransformatorer er billigere, men har en høj nul-sekvens modstand Z0.

For at reducere spændingsubalancen forårsaget af distributionstransformatorerne anbefales det at bruge stjernetrekant med nul (D / Yo) eller stjerne-zigzag (Y / Z) forbindelsesskemaer. Den mest gunstige for at reducere asymmetrien er brugen af ​​U / Z-ordningen. Fordelingstransformatorer med denne forbindelse er dyrere og meget arbejdskrævende at fremstille. Derfor skal de bruges med en stor asymmetri på grund af belastningernes asymmetri og linjernes nulsekvensmodstand Z0.