Vzroki asimetričnih načinov v električnih omrežjih

Za simetrični trifazni napetostni sistem so značilne napetosti enake velikosti in faze v vseh treh fazah. V asimetričnih načinih napetosti v različnih fazah niso enake.

Asimetrični načini v električnih omrežjih nastanejo zaradi naslednjih razlogov:

1) neenakomerne obremenitve v različnih fazah,

2) nepopolno obratovanje vodov ali drugih elementov v omrežju,

3) različni parametri linije v različnih fazah.

Najpogosteje se napetostno neravnovesje pojavi zaradi neenakosti faznih obremenitev. Ker je glavni vzrok napetostnega neravnovesja fazna razlika (neuravnotežena obremenitev), je ta pojav najbolj značilen za nizkonapetostna električna omrežja 0,4 kV.

V mestnih in podeželskih omrežjih 0,4 kV je napetostna asimetrija v glavnem posledica povezave enofazne razsvetljave in gospodinjskih električnih porabnikov majhne moči. Število takšnih enofaznih porabnikov je veliko in morajo biti enakomerno porazdeljeni po fazah, da se zmanjša neuravnoteženost.

V visokonapetostnih omrežjih je asimetrija praviloma posledica prisotnosti močnih enofaznih električnih sprejemnikov in v nekaterih primerih trifaznih električnih sprejemnikov z neenakomerno fazno porabo. Med slednje sodijo obločne peči za proizvodnjo jekla. Glavni viri asimetrije v industrijskih omrežjih 0,38-10 kV so enofazne toplotne instalacije, rudne termalne peči, indukcijske talilne peči, uporovne peči in različne ogrevalne naprave. Poleg tega so asimetrični električni sprejemniki varilni stroji različnih moči. Vlečne postaje elektrificiranega izmeničnega železniškega prometa so močan vir asimetrije, saj so električne lokomotive enofazni električni sprejemniki. Moč posameznih enofaznih električnih sprejemnikov trenutno dosega nekaj megavatov.

Obstajata dve vrsti asimetrije: sistematična in verjetnostna ali naključna. Sistematično asimetrijo povzroča neenakomerna stalna preobremenitev ene od faz, verjetnostna asimetrija ustreza nekonstantnim obremenitvam, pri katerih so različne faze preobremenjene ob različnih časih, odvisno od naključnih dejavnikov (periodična asimetrija).

Nepopolno delovanje elementov omrežja nastane zaradi kratkotrajnega odklopa ene ali dveh faz med kratkim stikom ali daljšega odklopa med postopnimi popravili. Posamezen vod je lahko opremljen z napravami za krmiljenje faz, ki odklopijo okvarjeno fazo voda v primerih, ko samodejni ponovni vklop ne uspe zaradi trajnega kratkega stika.

Večina stabilnih kratkih stikov je enofaznih.V tem primeru prekinitev poškodovane faze vodi do ohranitve ostalih dveh faz proge v obratovanju.

V omrežju z ozemljeno nevtralnostjo napajanje na liniji z nepopolno fazo je lahko sprejemljiva in vam omogoča, da opustite gradnjo drugega tokokroga na liniji. Polfazni načini se lahko pojavijo tudi pri izklopljenih transformatorjih.

V nekaterih primerih je za skupino, sestavljeno iz enofaznih transformatorjev, v primeru zasilnega izklopa ene faze sprejemljivo napajanje dveh faz, v tem primeru vgradnja rezervne faze ni potrebna, še posebej, če na transformatorski postaji sta dve skupini enofaznih transformatorjev.

Neenakost parametrov faznih linij se pojavi na primer v odsotnosti transpozicije vzdolž linij ali njenih razširjenih ciklov. Podpore za transponiranje so nezanesljive in povzročajo zrušitve. Zmanjšanje števila transpozicijskih nosilcev vzdolž proge zmanjša njeno poškodbo in poveča zanesljivost. V tem primeru se poslabša poravnava linearnih faznih parametrov, za kar se običajno uporablja transpozicija.

Vpliv neravnovesja napetosti in toka

Pojav napetosti in tokov obratnega in ničelnega zaporedja U2, U0, I2, I0 vodi do dodatnih izgub moči in energije ter izgub napetosti v omrežju, kar poslabša načine ter tehnične in ekonomske kazalnike njegovega delovanja. Tokovi povratnega in ničelnega zaporedja I2, I0 povečajo izgube v vzdolžnih vejah omrežja, napetosti in tokovi istih zaporedij pa v prečnih vejah.

Superpozicija U2 in U0 vodi do različnih dodatnih odstopanj napetosti v različnih fazah. Posledično so lahko napetosti izven območja.Superpozicija I2 in I0 povzroči povečanje skupnih tokov v posameznih fazah elementov omrežja. Hkrati se poslabšajo njihovi ogrevalni pogoji in zmanjša produktivnost.

Neuravnoteženost negativno vpliva na obratovalne in tehnično-ekonomske lastnosti rotacijskih električnih strojev. Tok pozitivnega zaporedja v statorju ustvarja magnetno poljevrtenje s sinhrono frekvenco v smeri vrtenja rotorja. Tokovi negativnega zaporedja v statorju ustvarjajo magnetno polje, ki se vrti glede na rotor z dvojno sinhrono frekvenco v nasprotni smeri vrtenja. Zaradi teh dvofrekvenčnih tokov pride v električnem stroju do zavornega elektromagnetnega momenta in dodatnega segrevanja, predvsem rotorja, kar povzroči zmanjšanje življenjske dobe izolacije.

Pri asinhronih motorjih nastanejo dodatne izgube v statorju. V nekaterih primerih je pri načrtovanju potrebno povečati nazivno moč elektromotorjev, če niso sprejeti posebni ukrepi za uravnoteženje napetosti.

V sinhronskih strojih se lahko poleg dodatnih izgub in segrevanja statorja in rotorja začnejo nevarne vibracije. Zaradi neuravnoteženosti se skrajša življenjska doba izolacije transformatorja, sinhroni motorji in kondenzatorske baterije zmanjšajo proizvodnjo jalove moči.

Napetostno neravnovesje v napajalnem tokokrogu svetlobne obremenitve vodi do dejstva, da se svetlobni tok svetilk ene faze (faz) zmanjša, v drugi fazi pa poveča, življenjska doba svetilk pa se zmanjša. Neuravnoteženost vpliva na enofazne in dvofazne električne sprejemnike kot odstopanje napetosti.

Pogoste škode, ki jih povzroča asimetrija v industrijskih omrežjih, so stroški dodatnih izgub električne energije, povečanje odbitkov obnove od stroškov kapitala, tehnološke škode, škode zaradi zmanjšanja svetlobnega toka svetilk, nameščenih na fazah z zmanjšano napetostjo, in zmanjšanje življenjska doba svetilk, nameščenih na fazah s povečano napetostjo, okvara zaradi zmanjšanja reaktivne moči, ki jo ustvarijo kondenzatorske banke in sinhroni motorji.

Za napetostno neravnovesje je značilen koeficient negativnega zaporedja napetosti in ničelno razmerje napetosti, katerih normalne in največje dovoljene vrednosti so 2 in 4%.

Izravnavanje omrežnih napetosti se zmanjša na kompenzacijo toka in napetosti negativnega zaporedja.

Pri stabilni obremenitveni krivulji je mogoče zmanjšati sistemsko napetostno neravnovesje v omrežju z izenačitvijo faznih obremenitev s preklopom dela obremenitev iz preobremenjene faze v neobremenjeno.

Racionalna prerazporeditev obremenitev ne omogoča vedno zmanjšanja koeficienta neuravnoteženosti napetosti na sprejemljivo vrednost (na primer, ko del močnih enofaznih električnih sprejemnikov ves čas ne deluje v skladu s tehnologijo, pa tudi med preventivnimi in večjimi popravili). V teh primerih je potrebna uporaba posebnih balonov.

Poznamo veliko število balunskih vezij, nekatera od njih so krmiljena glede na naravo obremenitvene krivulje.

Za uravnoteženje enofaznih obremenitev je vezje sestavljeno iz induktivnost in kapacitivnost… Obremenitev in z njim vzporedno povezana kapacitivnost sta priključena na omrežno napetost. Drugi dve omrežni napetosti vključujeta induktivnost in drugo kapacitivnost.

Za uravnoteženje dvo- in trifaznih neuravnoteženih bremen se uporablja vezje neenake kapacitivnosti kondenzatorskih bank, povezanih v trikotniku. Včasih se baluni uporabljajo s posebnimi transformatorji in avtotransformatorji.

Ker baluni vsebujejo kondenzatorske baterije, je priporočljivo uporabljati vezja, kjer je način uravnotežen in Q se generira za njegovo kompenzacijo. Naprave za simultano uravnoteženje načina in Q kompenzacijo so v razvoju.

Zmanjšanje neuravnoteženosti v štirižilnih mestnih omrežjih 0,38 kV se lahko izvede z zmanjšanjem toka ničelnega zaporedja I0 in zmanjšanjem upora ničelnega zaporedja Z0 v elementih omrežja.

Zmanjšanje toka ničelnega zaporedja I0 se doseže predvsem s prerazporeditvijo bremen. Izenačitev obremenitve se doseže z uporabo omrežij, v katerih vsi ali del transformatorjev delujejo vzporedno na strani nizke napetosti. Zmanjšanje upora ničelnega zaporedja Z0 je mogoče enostavno izvesti za nadzemne vode 0,38 kV, ki so običajno zgrajeni na območjih z nizko gostoto obremenitve. Možnost zmanjšanja Z0 za kablovode, to je povečanje prereza nevtralnega vodnika, je treba posebej utemeljiti z ustreznimi tehnično-ekonomskimi izračuni.

Vezna shema navitij razdelilnega transformatorja pomembno vpliva na napetostno neravnovesje v omrežju.6-10 / 0.4 kV.Večina distribucijskih transformatorjev, nameščenih v omrežjih, je zvezda z ničlo (Y / Yo). Takšni razdelilni transformatorji so cenejši, vendar imajo visoko upornost ničelnega zaporedja Z0.

Da bi zmanjšali napetostno neravnovesje, ki ga povzročajo distribucijski transformatorji, je priporočljivo uporabiti sheme povezav zvezda-trikot z nič (D / Yo) ali zvezda-cikcak (Y / Z). Najbolj ugodna za zmanjšanje asimetrije je uporaba sheme U / Z. Razdelilni transformatorji s to povezavo so dražji in delovno intenzivni za izdelavo. Zato jih je treba uporabljati z veliko asimetrijo zaradi asimetrije obremenitev in upora ničelnega zaporedja Z0 vodov.