Az aszimmetrikus üzemmódok okai az elektromos hálózatokban

A szimmetrikus háromfázisú feszültségrendszert mindhárom fázisban azonos nagyságrendű és fázisú feszültség jellemzi. Aszimmetrikus üzemmódokban a különböző fázisok feszültségei nem egyenlőek.

Az aszimmetrikus üzemmódok az elektromos hálózatokban a következő okok miatt fordulnak elő:

1) egyenetlen terhelések különböző fázisokban,

2) a vonalak vagy a hálózat egyéb elemeinek hiányos működése,

3) különböző vonalparaméterek különböző fázisokban.

Leggyakrabban a feszültség kiegyensúlyozatlansága a fázisterhelések egyenlőtlensége miatt következik be. Mivel a feszültségkiegyensúlyozatlanság fő oka a fáziskülönbség (kiegyensúlyozatlan terhelés), ez a jelenség leginkább a 0,4 kV-os kisfeszültségű elektromos hálózatokra jellemző.

A 0,4 kV-os városi és vidéki hálózatokban a feszültség aszimmetriát elsősorban az egyfázisú világítás és a kis teljesítményű háztartási elektromos fogyasztók csatlakoztatása okozza. Az ilyen egyfázisú áramfogyasztók száma nagy, és ezeket egyenletesen kell elosztani a fázisok között az egyensúlyhiány csökkentése érdekében.

A nagyfeszültségű hálózatokban az aszimmetriát általában a nagy teljesítményű egyfázisú elektromos vevők, és egyes esetekben a háromfázisú, egyenetlen fázisfogyasztású elektromos vevők jelenléte okozza. Ez utóbbiak közé tartoznak az acélgyártáshoz használt ívkemencék. A 0,38-10 kV-os ipari hálózatokban az aszimmetria fő forrásai az egyfázisú hőberendezések, érctermikus kemencék, indukciós olvasztókemencék, ellenálláskemencék és különféle fűtőberendezések. Ezenkívül az aszimmetrikus elektromos vevőkészülékek különböző teljesítményű hegesztőgépek. A villamosított váltakozó áramú vasúti közlekedés vontatási alállomásai erőteljes aszimmetriaforrást jelentenek, mivel az elektromos mozdonyok egyfázisú elektromos vevőkészülékek. Az egyes egyfázisú elektromos vevőkészülékek teljesítménye jelenleg eléri a több megawattot.

Kétféle aszimmetria létezik: szisztematikus és valószínűségi vagy véletlenszerű. A szisztematikus aszimmetriát az egyik fázis nem egyenletes állandó túlterhelése okozza, a valószínűségi aszimmetria nem állandó terheléseknek felel meg, amelyekben a különböző fázisok véletlenszerű tényezőktől függően különböző időpontokban vannak túlterhelve (periodikus aszimmetria).

A hálózati elemek hiányos működését az okozza, hogy rövidzárlat esetén egy-két fázis rövid ideig, vagy szakaszos javítások során hosszabb ideig húzódik le. Egyetlen vezeték felszerelhető fázisvezérlő eszközökkel, amelyek leválasztják a vezeték meghibásodott fázisát abban az esetben, ha az automatikus újrazárás tartós rövidzárlat miatt meghiúsul.

A stabil rövidzárlatok többsége egyfázisú.Ebben az esetben a sérült fázis megszakítása a vezeték másik két fázisának üzemben tartásához vezet.

Földelt nullával rendelkező hálózatban tápegység egy nem teljes fázisú vonalon elfogadható lehet, és lehetővé teszi, hogy felhagyjon egy második áramkör megépítésével a vonalon. A félfázisú üzemmódok kikapcsolt transzformátorok mellett is előfordulhatnak.

Egyes esetekben egyfázisú transzformátorokból álló csoportnál egy fázis vészleállítása esetén két fázis táplálása is elfogadható lehet, ebben az esetben nincs szükség tartalék fázis beépítésére, különösen, ha az alállomási transzformátoroknál két egyfázisú csoport található.

A fázisvonalak paramétereinek egyenlőtlensége például a vonalak mentén történő transzponálás hiányában vagy annak kiterjesztett ciklusaiban fordul elő. A transzponálási támogatások megbízhatatlanok, és összeomlik. Az átültetési támaszok számának csökkentése a vonal mentén csökkenti annak sérülését és növeli a megbízhatóságot. Ebben az esetben a lineáris fázisparaméterek egymáshoz illesztése romlik, amelyre általában transzponálást alkalmaznak.

Feszültség- és áramkiegyensúlyozatlanság hatása

A fordított és nulla sorrendű U2, U0, I2, I0 feszültségek és áramok megjelenése további teljesítmény- és energiaveszteségekhez, valamint feszültségveszteségekhez vezet a hálózatban, ami rontja a működés módjait, műszaki és gazdasági mutatóit. A fordított és nulla sorrendű I2, I0 áramok növelik a veszteségeket a hálózat hosszirányú ágaiban, és ugyanezen sorozatok feszültségeit és áramait - a keresztirányú ágakban.

Az U2 és U0 szuperpozíciója különböző további feszültségeltérésekhez vezet a különböző fázisokban. Ennek eredményeként a feszültségek a tartományon kívül eshetnek.Az I2 és I0 szuperpozíciója a hálózati elemek egyes fázisaiban a teljes áramok növekedéséhez vezet. Ugyanakkor a fűtési körülményeik romlanak, a termelékenység csökken.

Az egyensúlyhiány negatívan befolyásolja a forgó elektromos gépek működési és műszaki-gazdasági jellemzőit. Az állórészben a pozitív sorrendű áram jön létre mágneses mezőszinkron frekvenciájú forgás a forgórész forgásirányában. Az állórészben a negatív sorrendű áramok olyan mágneses teret hoznak létre, amely a forgórészhez képest kettős szinkron frekvencián forog az ellenkező forgásirányban. Ezeknek a kétfrekvenciás áramoknak köszönhetően az elektromos gépben fékező elektromágneses nyomaték és kiegészítő fűtés lép fel, főként a forgórészben, ami a szigetelés élettartamának csökkenéséhez vezet.

Az aszinkron motoroknál további veszteségek lépnek fel az állórészben. Bizonyos esetekben a tervezés során szükség van az elektromos motorok névleges teljesítményének növelésére, ha nem tesznek különleges intézkedéseket a feszültség kiegyenlítésére.

A szinkron gépeknél a további veszteségek és az állórész és a forgórész felmelegedése mellett veszélyes rezgések kezdődhetnek. A kiegyensúlyozatlanság miatt a transzformátorok szigetelésének élettartama lerövidül, a szinkronmotorok és a kondenzátortelepek csökkentik a meddőenergia-termelést.

A világítási terhelés tápáramkörében a feszültség kiegyensúlyozatlansága azt a tényt eredményezi, hogy az egyik fázis (fázisok) lámpáinak fényárama csökken, a másik fázisé nő, és a lámpák élettartama csökken. A kiegyensúlyozatlanság feszültségeltérésként érinti az egy- és kétfázisú elektromos vevőkészülékeket.

Az ipari hálózatok aszimmetriájából adódó gyakori károk közé tartozik a többletteljesítmény-kiesés költsége, a beruházási költségekből származó felújítási levonások növekedése, a technológiai károk, a csökkentett feszültségű fázisokra szerelt lámpák fényáramának csökkenéséből adódó károk, valamint a fényáram csökkenése. megnövekedett feszültségű fázisokra szerelt lámpák élettartama, meghibásodás a kondenzátortelepek és szinkronmotorok által generált reaktív teljesítmény csökkenése miatt.

A feszültségkiegyensúlyozatlanságot a feszültségek negatív sorrendi együtthatója és a feszültségek nulla aránya jellemzi, amelyek normál és legnagyobb megengedett értéke 2 és 4%.

A hálózati feszültségek kiegyenlítése negatív sorrendű áram- és feszültségkompenzációhoz vezet.

Stabil terhelési görbével a fázisterhelések kiegyenlítésével a terhelések egy részének túlterhelt fázisról tehermentesre történő átkapcsolásával a hálózatban a rendszerfeszültség kiegyensúlyozatlanságának csökkentése érhető el.

A terhelések ésszerű újraelosztása nem mindig teszi lehetővé a feszültség kiegyensúlyozatlansági együtthatójának elfogadható értékre történő csökkentését (például amikor a nagy teljesítményű egyfázisú elektromos vevőkészülékek egy része nem mindig a technológia szerint működik, valamint a megelőző és nagyobb javítások során). Ezekben az esetekben speciális léggömböket kell használni.

Számos balun áramkör ismert, ezek egy része a terhelési görbe jellegétől függően vezérelt.

Az egyfázisú terhelések kiegyensúlyozására egy áramkört, amely a induktivitás és kapacitás… A terhelés és a vele párhuzamosan kapcsolt kapacitás a hálózati feszültségre van kötve. A másik két hálózati feszültség egy induktivitást és egy másik kapacitást tartalmaz.

A két- és háromfázisú kiegyensúlyozatlan terhelések kiegyensúlyozásához a delta-ban kapcsolt kondenzátortelepek egyenlőtlen kapacitású áramkörét használják. Néha balunokat használnak speciális transzformátorokkal és autotranszformátorok.

Mivel a balunok kondenzátor bankokat tartalmaznak, célszerű olyan áramköröket használni, ahol a mód egyszerre kiegyensúlyozott és Q generálódik ennek kompenzálására. Az egyidejű üzemmód-kiegyenlítésre és Q-kompenzációra szolgáló eszközök fejlesztés alatt állnak.

A 0,38 kV-os négyvezetékes városi hálózatok kiegyensúlyozatlanságának csökkentése az I0 zérus sorrendű áram csökkentésével és a hálózati elemek Z0 nulla sorrendű ellenállásának csökkentésével valósítható meg.

A nulla sorrendű I0 áram csökkentését elsősorban a terhelések újraelosztásával érik el. A terheléskiegyenlítést olyan hálózatok alkalmazásával érik el, amelyekben a transzformátorok mindegyike vagy egy része párhuzamosan működik a kisfeszültségű oldalon. A Z0 zérus sorrendű ellenállás csökkentése könnyen megvalósítható a 0,38 kV-os légvezetékeknél, amelyeket általában alacsony terhelési sűrűségű területeken építenek ki. A kábelvonalak Z0 csökkentésének, azaz a nullavezető keresztmetszetének növelésének lehetőségét megfelelő műszaki-gazdasági számításokkal konkrétan igazolni kell.

Az elosztó transzformátor tekercseinek csatlakozási sémája jelentős befolyással van a hálózat feszültségkiegyensúlyozatlanságára.6-10 / 0,4 kV.A legtöbb hálózatba telepített elosztó transzformátor csillag csillag nullával (Y / Yo). Az ilyen elosztó transzformátorok olcsóbbak, de nagy a Z0 nulla sorrendű ellenállásuk.

Az elosztótranszformátorok okozta feszültség-kiegyensúlyozatlanság csökkentése érdekében ajánlatos csillag-delta nullával (D / Yo) vagy csillag-cikcakk (Y / Z) csatlakozási sémákat használni. Az aszimmetria csökkentésére a legkedvezőbb az U / Z séma alkalmazása. Az ilyen csatlakozású elosztótranszformátorok drágábbak és nagyon munkaigényes a gyártás. Ezért nagy aszimmetriával kell használni őket a terhelések aszimmetriája és a vonalak nulla sorrendű Z0 ellenállása miatt.