Uzroci asimetričnih načina rada u električnim mrežama

Simetrični trofazni naponski sustav karakteriziraju naponi jednaki po veličini i fazi u sve tri faze. U asimetričnim modovima, naponi u različitim fazama nisu jednaki.

Asimetrični načini rada u električnim mrežama nastaju zbog sljedećih razloga:

1) nejednaka opterećenja u različitim fazama,

2) nepotpun rad vodova ili drugih elemenata u mreži,

3) različiti parametri linije u različitim fazama.

Najčešće se neravnoteža napona javlja zbog nejednakosti faznih opterećenja. Budući da je glavni uzrok neravnoteže napona fazna razlika (nesimetrično opterećenje), ova pojava je najkarakterističnija za niskonaponske električne mreže od 0,4 kV.

U gradskim i ruralnim mrežama od 0,4 kV, asimetrija napona uglavnom je uzrokovana priključkom jednofazne rasvjete i kućanskih električnih potrošača male snage. Broj takvih jednofaznih potrošača struje je velik i oni moraju biti ravnomjerno raspoređeni po fazama kako bi se smanjila neuravnoteženost.

U visokonaponskim mrežama asimetrija je u pravilu uzrokovana prisutnošću snažnih jednofaznih električnih prijemnika, au nekim slučajevima i trofaznih električnih prijemnika s neravnomjernom faznom potrošnjom. Potonji uključuju lučne peći za proizvodnju čelika. Glavni izvori asimetrije u industrijskim mrežama 0,38-10 kV su jednofazne toplinske instalacije, rudne toplinske peći, indukcijske peći za taljenje, otporne peći i razne instalacije za grijanje. Osim toga, asimetrični električni prijemnici su strojevi za zavarivanje različite snage. Vučne trafostanice elektrificiranog izmjeničnog željezničkog prometa snažan su izvor asimetrije, budući da su električne lokomotive jednofazni električni prijemnici. Snaga pojedinačnih jednofaznih električnih prijemnika trenutno doseže nekoliko megavata.

Uzroci asimetričnih načina rada u električnim mrežama

Postoje dvije vrste asimetrije: sustavna i probabilistička ili slučajna. Sustavna asimetrija uzrokovana je nejednolikim stalnim preopterećenjem jedne od faza, vjerojatnosna asimetrija odgovara nekonstantnim opterećenjima u kojima su različite faze preopterećene u različito vrijeme ovisno o slučajnim čimbenicima (periodična asimetrija).

Nepotpuni rad mrežnih elemenata uzrokovan je kratkotrajnim isključenjem jedne ili dvije faze tijekom kratkog spoja ili dužim isključenjem tijekom postupnih popravaka. Pojedinačna linija može biti opremljena uređajima za kontrolu faze koji isključuju pokvarenu fazu linije u slučajevima kada operacija automatskog ponovnog uključivanja ne uspije zbog dugotrajnog kratkog spoja.

Većina stabilnih kratkih spojeva su jednofazni.U tom slučaju prekid oštećene faze dovodi do očuvanja druge dvije faze voda u pogonu.

U mreži s uzemljenom nultom napajanje na liniji s nepotpunom fazom može biti prihvatljivo i omogućuje vam da odustanete od izgradnje drugog kruga na liniji. Polufazni načini rada također se mogu pojaviti kada su transformatori isključeni.

U nekim slučajevima, za skupinu sastavljenu od jednofaznih transformatora, u slučaju hitnog isključenja jedne faze, može biti prihvatljivo napajanje dviju faza. U tom slučaju nije potrebna ugradnja rezervne faze, posebno ako dvije su grupe jednofaznih transformatora na trafostanici.

Nejednakost parametara faznih linija javlja se, na primjer, u nedostatku transpozicije duž linija ili njezinih produženih ciklusa. Podrške za transponiranje su nepouzdane i uzrok su padova. Smanjenje broja transpozicijskih oslonaca duž linije smanjuje njezina oštećenja i povećava pouzdanost. U tom slučaju dolazi do pogoršanja usklađenosti linearnih faznih parametara, za što se obično primjenjuje transpozicija.

Učinak neravnoteže napona i struje

Pojava napona i struja obrnutog i nultog slijeda U2, U0, I2, I0 dovodi do dodatnih gubitaka snage i energije, kao i gubitaka napona u mreži, što pogoršava načine rada i tehničke i ekonomske pokazatelje njezina rada. Struje obrnutih i nultih sekvenci I2, I0 povećavaju gubitke u uzdužnim granama mreže, a naponi i struje istih sekvenci - u poprečnim granama.

Superpozicija U2 i U0 dovodi do različitih dodatnih odstupanja napona u različitim fazama. Kao rezultat toga, naponi mogu biti izvan raspona.Superpozicija I2 i I0 dovodi do povećanja ukupnih struja u pojedinim fazama elemenata mreže. Istodobno im se pogoršavaju uvjeti grijanja i smanjuje produktivnost.

Neravnoteža negativno utječe na pogonske i tehničko-ekonomske karakteristike rotacijskih električnih strojeva. Struja pozitivnog slijeda u statoru stvara magnetsko poljevrtnja sa sinkronom frekvencijom u smjeru vrtnje rotora. Struje negativnog slijeda u statoru stvaraju magnetsko polje koje rotira u odnosu na rotor dvostrukom sinkronom frekvencijom u suprotnom smjeru vrtnje. Zbog ovih dvofrekventnih struja u električnom stroju dolazi do kočnog elektromagnetskog momenta i dodatnog zagrijavanja, uglavnom rotora, što dovodi do smanjenja vijeka trajanja izolacije.

Kod asinkronih motora dolazi do dodatnih gubitaka u statoru. U nekim slučajevima, u dizajnu, potrebno je povećati nazivnu snagu elektromotora, ako se ne poduzmu posebne mjere za uravnoteženje napona.

U sinkronim strojevima, osim dodatnih gubitaka i zagrijavanja statora i rotora, mogu početi opasne vibracije. Zbog neuravnoteženosti skraćuje se vijek trajanja izolacije transformatora, sinkroni motori i kondenzatorske baterije smanjuju proizvodnju jalove snage.

Neravnoteža napona u krugu napajanja rasvjetnog opterećenja dovodi do činjenice da se svjetlosni tok svjetiljki jedne faze (faza) smanjuje, a druge faze povećava, a vijek trajanja svjetiljki se smanjuje. Neuravnoteženost utječe na jednofazne i dvofazne električne prijemnike kao odstupanje napona.

Uobičajene štete uzrokovane asimetrijom u industrijskim mrežama uključuju troškove dodatnih gubitaka snage, povećanje odbitaka od kapitalnih troškova obnove, tehnološke štete, štete uzrokovane smanjenjem svjetlosnog toka žarulja instaliranih na fazama sa smanjenim naponom te smanjenje vijek trajanja svjetiljki instaliranih na fazama s povećanim naponom, kvar zbog smanjenja jalove snage koju stvaraju kondenzatorske baterije i sinkroni motori.

Neravnotežu napona karakterizira koeficijent negativnog slijeda napona i nulti omjer napona, čije su normalne i najveće dopuštene vrijednosti 2 i 4%.

Balansiranje mrežnih napona svodi se na kompenzaciju struje i napona negativnog slijeda.

Uz stabilnu krivulju opterećenja, smanjenje neravnoteže napona sustava u mreži može se postići izjednačavanjem faznih opterećenja prebacivanjem dijela opterećenja iz preopterećene faze u neopterećenu.

Racionalna preraspodjela opterećenja ne dopušta uvijek smanjenje koeficijenta neuravnoteženosti napona na prihvatljivu vrijednost (na primjer, kada dio snažnih jednofaznih električnih prijemnika ne radi cijelo vrijeme prema tehnologiji, kao i tijekom preventivnih i velikih popravaka). U tim slučajevima potrebno je koristiti posebne balone.

Poznat je veliki broj balunskih krugova, neki od njih su kontrolirani ovisno o prirodi krivulje opterećenja.

Za uravnoteženje jednofaznih opterećenja, strujni krug koji se sastoji od induktivitet i kapacitet… Opterećenje i paralelno s njim spojeni kapacitet spojeni su na mrežni napon. Druga dva linijska napona uključuju induktivitet i drugi kapacitet.

Za uravnoteženje dvofaznih i trofaznih nesimetričnih opterećenja koristi se krug nejednakog kapaciteta kondenzatorskih baterija povezanih u trokut. Ponekad se baluni koriste s posebnim transformatorima i autotransformatori.

Budući da baluni sadrže kondenzatorske baterije, preporučljivo je koristiti krugove u kojima je mod uravnotežen i Q se generira da ga kompenzira. U razvoju su uređaji za simultano balansiranje modova i Q kompenzaciju.

Smanjenje neuravnoteženosti u četverožilnim gradskim mrežama od 0,38 kV može se provesti smanjenjem struje nulte sekvence I0 i smanjenjem otpora nulte sekvence Z0 u elementima mreže.

Smanjenje struje nulte sekvence I0 uglavnom se postiže preraspodjelom opterećenja. Izjednačavanje opterećenja postiže se korištenjem mreža u kojima svi ili dio transformatora rade paralelno na niskonaponskoj strani. Smanjenje otpora nulte sekvence Z0 može se lako ostvariti za nadzemne vodove 0,38 kV, koji se obično grade u područjima s niskom gustoćom opterećenja. Mogućnost smanjenja Z0 za kabelske vodove, odnosno povećanja presjeka neutralnog vodiča, potrebno je posebno obrazložiti odgovarajućim tehničko-ekonomskim proračunom.

Shema spajanja namota distribucijskog transformatora ima značajan utjecaj na neravnotežu napona u mreži.6-10 / 0.4 kV.Većina distribucijskih transformatora instaliranih u mrežama su zvijezda zvijezda s nulom (Y / Yo). Takvi distribucijski transformatori su jeftiniji, ali imaju visok otpor nulte sekvence Z0.

Kako bi se smanjila neravnoteža napona uzrokovana distribucijskim transformatorima, preporuča se koristiti sheme spajanja zvijezda-trokut s nula (D / Yo) ili zvijezda-cik-cak (Y / Z). Najpovoljnija za smanjenje asimetrije je uporaba U / Z sheme. Distribucijski transformatori s ovim priključkom su skuplji i vrlo zahtjevni za proizvodnju. Stoga se moraju koristiti s velikom asimetrijom zbog asimetrije opterećenja i otpora nulte sekvence Z0 vodova.

 

Savjetujemo vam da pročitate:

Zašto je električna struja opasna?