Узроци асиметричних режима у електричним мрежама

Симетрични трофазни напонски систем карактеришу напони идентични по величини и фази у све три фазе. У асиметричним режимима, напони у различитим фазама нису једнаки.

Асиметрични режими у електричним мрежама настају из следећих разлога:

1) неуједначена оптерећења у различитим фазама,

2) непотпун рад водова или других елемената у мрежи,

3) различити параметри линије у различитим фазама.

Најчешће до неуравнотежености напона долази због неједнакости фазних оптерећења. Будући да је главни узрок неравнотеже напона фазна разлика (небалансирано оптерећење), ова појава је најкарактеристичнија за нисконапонске електричне мреже од 0,4 кВ.

У градским и сеоским мрежама од 0,4 кВ напонска асиметрија је углавном узрокована прикључком једнофазног осветљења и кућних електричних потрошача мале снаге. Број оваквих једнофазних потрошача струје је велики и они морају бити равномерно распоређени по фазама да би се смањио дебаланс.

У високонапонским мрежама, асиметрија је узрокована, по правилу, присуством моћних једнофазних електричних пријемника, ау неким случајевима и трофазних електричних пријемника са неуједначеном фазном потрошњом. Потоњи укључују лучне пећи за производњу челика. Главни извори асиметрије у индустријским мрежама 0,38-10 кВ су монофазне топлотне инсталације, термо пећи за руду, индукционе пећи за топљење, отпорне пећи и разне инсталације за грејање. Поред тога, асиметрични електрични пријемници су апарати за заваривање различите снаге. Вучне подстанице електрификованог железничког транспорта наизменичне струје представљају снажан извор асиметрије, будући да су електричне локомотиве монофазни електрични пријемници. Снага појединачних монофазних електричних пријемника тренутно достиже неколико мегавата.

Постоје две врсте асиметрије: систематска и вероватноћа или случајна. Систематска асиметрија је узрокована неуједначеним константним преоптерећењем једне од фаза, вероватноћа асиметрија одговара неконстантним оптерећењима у којима су различите фазе преоптерећене у различито време у зависности од случајних фактора (периодична асиметрија).

Непотпун рад елемената мреже је узрокован краткотрајним искључењем једне или две фазе при кратком споју или дужим искључењем при етапним поправкама. Једна линија може бити опремљена уређајима за контролу фаза који искључују фазу у квару у случајевима када операција аутоматског поновног затварања не успије због дуготрајног кратког споја.

Већина стабилних кратких спојева су једнофазни.У овом случају, прекид оштећене фазе доводи до очувања друге две фазе линије у раду.

У мрежи са уземљеним неутралом напајање на линији са некомплетном фазом може бити прихватљиво и омогућава вам да напустите изградњу другог кола на линији. Полуфазни режими се такође могу јавити са искљученим трансформаторима.

У неким случајевима, за групу састављену од једнофазних трансформатора, у случају хитног искључења једне фазе може бити прихватљиво напајање две фазе.У овом случају није потребна уградња резервне фазе, посебно ако постоје две групе монофазних на трафостаници трансформатора.

Неједнакост параметара фазних линија јавља се, на пример, у одсуству транспозиције дуж линија или њених продужених циклуса. Ослонци за транспоновање су непоуздани и узрок су падова. Смањење броја носача за транспозицију дуж линије смањује њену штету и повећава поузданост. У овом случају, усклађивање параметара линеарне фазе се погоршава, за шта се обично примењује транспозиција.

Утицај неравнотеже напона и струје

Појава напона и струја обрнуте и нулте секвенце У2, У0, И2, И0 доводи до додатних губитака снаге и енергије, као и губитака напона у мрежи, што погоршава режиме и техничко-економске показатеље њеног рада. Струје реверзне и нулте секвенце И2, И0 повећавају губитке у уздужним гранама мреже, а напони и струје истих низова - у попречним огранцима.

Суперпозиција У2 и У0 доводи до различитих додатних одступања напона у различитим фазама. Као резултат тога, напони могу бити ван опсега.Суперпозиција И2 и И0 доводи до повећања укупних струја у појединим фазама елемената мреже. Истовремено се погоршавају услови њиховог грејања и смањује се продуктивност.

Дисбаланс негативно утиче на погонске и техничко-економске карактеристике ротационих електричних машина. Ствара се струја позитивног низа у статору магнетно пољеротација са синхроном фреквенцијом у правцу обртања ротора. Струје негативне секвенце у статору стварају магнетно поље које се ротира у односу на ротор двоструком синхроном фреквенцијом у супротном смеру ротације. Због ових двофреквентних струја у електричној машини долази до кочног електромагнетног момента и додатног загревања, углавном ротора, што доводи до смањења века трајања изолације.

Код асинхроних мотора додатни губици се јављају у статору. У неким случајевима, у дизајну, потребно је повећати називну снагу електромотора, ако се не предузму посебне мере за балансирање напона.

Код синхроних машина, поред додатних губитака и загревања статора и ротора, могу почети и опасне вибрације. Због неуравнотежености, скраћује се век трајања изолације трансформатора, синхрони мотори и кондензаторске банке смањују производњу реактивне снаге.

Неравнотежа напона у кругу напајања расветног оптерећења доводи до чињенице да се светлосни ток сијалица једне фазе (фаза) смањује, а друге фазе повећава, а животни век сијалица се смањује. Неуравнотеженост утиче на једнофазне и двофазне електричне пријемнике као девијацију напона.

Уобичајене штете узроковане асиметријом у индустријским мрежама укључују трошкове додатних губитака струје, повећање одбитака за реновирање од капиталних трошкова, технолошка оштећења, оштећења узрокована смањењем светлосног флукса лампи инсталираних на фазама са смањеним напоном и смањење животни век лампи инсталираних на фазама са повећаним напоном, квар услед смањења реактивне снаге коју генеришу кондензаторске банке и синхрони мотори.

Дисбаланс напона карактерише коефицијент негативног низа напона и нулти однос напона, чије су нормалне и максимално дозвољене вредности 2 и 4%.

Балансирање мрежних напона се своди на струју негативне секвенце и компензацију напона.

Са стабилном кривом оптерећења, смањење дисбаланса напона система у мрежи може се постићи изједначавањем фазних оптерећења пребацивањем дела оптерећења са преоптерећене фазе на неоптерећену.

Рационална прерасподела оптерећења не дозвољава увек смањење коефицијента неуравнотежености напона на прихватљиву вредност (на пример, када део моћних једнофазних електричних пријемника не ради све време према технологији, као и током превентивних и великих поправки). У овим случајевима потребно је користити посебне балоне.

Познат је велики број балун кола, нека од њих се контролишу у зависности од природе криве оптерећења.

За балансирање једнофазних оптерећења, коло које се састоји од индуктивност и капацитивност… Оптерећење и капацитивност прикључени паралелно са њим су повезани на линијски напон. Друга два линијска напона укључују индуктивност и још једну капацитивност.

За балансирање двофазних и трофазних неуравнотежених оптерећења користи се коло неједнаке капацитивности батерија кондензатора повезаних у трокут. Понекад се балуни користе са посебним трансформаторима и аутотрансформатори.

Пошто балуни садрже кондензаторске банке, препоручљиво је користити кола у којима је режим и уравнотежен и К се генерише да би се то компензовало. Уређаји за балансирање симултаног режима и К компензацију су у развоју.

Смањење дебаланса у четворожичним градским мрежама од 0,38 кВ може се извршити смањењем струје нулте секвенце И0 и смањењем отпора нулте секвенце З0 у елементима мреже.

Смањење струје нулте секвенце И0 углавном се постиже прерасподелом оптерећења. Изједначавање оптерећења се постиже коришћењем мрежа у којима сви или део трансформатора раде паралелно на страни ниског напона. Смањење отпора нулте секвенце З0 може се лако реализовати за надземне водове од 0,38 кВ, који се обично граде у подручјима са малом густином оптерећења. Могућност смањења З0 за кабловске водове, односно повећања попречног пресека неутралног проводника, мора бити посебно оправдана одговарајућим техничким и економским прорачунима.

Шема повезивања намотаја дистрибутивног трансформатора има значајан утицај на неравнотежу напона у мрежи.6-10 / 0.4 кВ.Већина дистрибутивних трансформатора инсталираних у мрежама су звезда звезда са нулом (И / Ио). Такви дистрибутивни трансформатори су јефтинији, али имају висок отпор нулте секвенце З0.

Да би се смањила неравнотежа напона изазвана дистрибутивним трансформаторима, препоручује се употреба шема везе звезда-трокут са нултом (Д / Ио) или звезда-цик-цак (И / З). Најповољније за смањење асиметрије је употреба У / З шеме. Разводни трансформатори са овим прикључком су скупљи и веома радно интензивни за производњу. Због тога се морају користити са великом асиметријом због асиметрије оптерећења и отпора нулте секвенце З0 водова.