Причины возникновения несимметричных режимов
Несимметричные режимы в электрических сетях могут возникать по следующим причинам:1) различная нагрузка в фазах,
2) работа линий или элементов сети в неполнофазном режиме,
3) разные параметры линий в фазах.
Чаще всего несимметрия напряжений обусловлена неравномерностью нагрузок в фазах. Поскольку основной причиной несимметрии является различие нагрузок по фазам, это явление особенно характерно для низковольтных сетей 0,4 кВ.
В городских и сельских сетях 0,4 кВ несимметрия напряжений в основном вызвана подключением однофазных осветительных и бытовых приборов малой мощности. Количество таких приборов велико, и их необходимо равномерно распределять по фазам для снижения несимметрии.
В сетях высокого напряжения несимметрия обычно возникает из-за мощных однофазных приборов, а также трехфазных приборов с неравномерным потреблением в фазах, таких как дуговые сталеплавильные печи. Основные источники несимметрии в промышленных сетях 0,4—10 кВ включают однофазные термические установки, руднотермические печи, индукционные плавильные печи, печи сопротивления и различные нагревательные установки. Кроме того, несимметричные приборы включают сварочные аппараты различной мощности. Тяговые подстанции электрифицированного железнодорожного транспорта на переменном токе также являются мощным источником несимметрии, так как электровозы — однофазные приборы. Мощность отдельных однофазных приборов может достигать нескольких мегаватт.
Типы несимметрии напряжения и токов
Существует два типа несимметрии: систематическая и вероятностная (или случайная). Систематическая несимметрия возникает из-за постоянной неравномерной нагрузки на одну из фаз, тогда как вероятностная связана с изменяющимися нагрузками, где разные фазы перегружаются в разное время из-за случайных факторов.Неполнофазная работа сети может быть вызвана кратковременным отключением одной или двух фаз при коротких замыканиях или более длительным отключением при ремонтах. Одиночные линии могут быть оснащены устройствами пофазного управления, которые отключают поврежденную фазу, если автоматическое повторное включение не удается из-за устойчивого короткого замыкания.
Большинство устойчивых коротких замыканий являются однофазными, и отключение поврежденной фазы позволяет сохранить работу двух других фаз.
В сетях с заземленной нейтралью электроснабжение по неполнофазной линии может быть допустимым, что позволяет избежать строительства второй линии. Неполнофазные режимы также могут возникать при отключении трансформаторов.
В некоторых случаях для группы однофазных трансформаторов при аварийном отключении одной фазы возможно электроснабжение по двум фазам, что устраняет необходимость в резервной фазе, особенно если на подстанции есть две группы однофазных трансформаторов.
Неравенство параметров линий по фазам может возникать, например, при отсутствии транспозиции на линиях. Транспозиционные опоры ненадежны и могут быть источниками аварий. Уменьшение их числа повышает надежность линии, но ухудшает выравнивание параметров фаз.
Влияние несимметрии напряжений и токов
Влияние несимметрии напряжений и токов проявляется в появлении напряжений и токов обратной и нулевой последовательности, что приводит к дополнительным потерям мощности и энергии, а также к потерям напряжения в сети. Это ухудшает режимы работы и технико-экономические показатели сети.Несимметрия отрицательно влияет на характеристики вращающихся электрических машин, вызывая дополнительные потери и нагрев, что сокращает срок службы изоляции. В асинхронных двигателях возникают дополнительные потери в статоре, а в синхронных машинах могут начаться опасные вибрации.
Несимметрия напряжения в цепи питания осветительных приборов приводит к изменению светового потока и сокращению срока службы ламп. На одно- и двухфазные электроприемники несимметрия воздействует как отклонение напряжения.
Возможный ущерб
Суммарный ущерб от несимметрии в промышленных сетях включает дополнительные потери электроэнергии, увеличение затрат на реновацию, технологический ущерб и снижение светового потока ламп.Несимметрия напряжений характеризуется коэффициентами обратной и нулевой последовательности, допустимые значения которых составляют 2 и 4 %.
Рекомендации и решение
Симметрирование напряжений в сети достигается компенсацией тока и напряжения обратной последовательности. При стабильных нагрузках снижение систематической несимметрии может быть достигнуто выравниванием нагрузок фаз.Рациональное перераспределение нагрузок не всегда позволяет снизить коэффициент несимметрии до допустимого уровня, поэтому в таких случаях применяются специальные симметрирующие устройства.
Существуют различные схемы симметрирующих устройств, некоторые из которых управляются в зависимости от графика нагрузки. Для симметрирования однофазных нагрузок используется схема с индуктивностью и емкостью. Для двух- и трехфазных нагрузок применяются схемы с неодинаковыми мощностями батарей конденсаторов.
Снижение несимметрии в городских сетях 0,4 кВ может быть достигнуто уменьшением тока нулевой последовательности и снижением сопротивления нулевой последовательности в элементах сети.
Уменьшение тока нулевой последовательности I0 в первую очередь достигается за счет перераспределения нагрузок. Выравнивание нагрузок осуществляется с помощью сетей, где все или часть трансформаторов работают параллельно на стороне низкого напряжения. Снижение сопротивления нулевой последовательности Z0 можно легко реализовать для воздушных линий 0,38 кВ, которые обычно строятся в районах с низкой плотностью нагрузки. Целесообразность уменьшения Z0 для кабельных линий, то есть увеличения сечения нулевого провода, должна быть обоснована технико-экономическими расчетами.
Схема соединения обмоток распределительного трансформатора 6—10/0,4 кВ существенно влияет на несимметрию напряжений в сети. Большинство распределительных трансформаторов в сетях имеют схему звезда — звезда с нулем (У/Уо). Такие трансформаторы дешевле, но имеют высокое сопротивление нулевой последовательности Z0.
Для снижения несимметрии напряжений, вызванной распределительными трансформаторами, рекомендуется использовать схемы соединения треугольник—звезда с нулем (Д/Уо) или звезда—зигзаг (У/Z). Наиболее эффективно для снижения несимметрии применение схемы У/Z. Однако такие трансформаторы дороже и их производство более трудоемко, поэтому их следует использовать при значительной несимметрии, вызванной неравномерностью нагрузок и высоким сопротивлением нулевой последовательности Z0 линий.
