Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования.

Несимметрия напряжений - несимметрия трёхфазной системы напряжений.

 

Несимметрия трёхфазной системы напряжений.

 

Причиной появления несимметрии являются как нормальные режимы работы оборудования, например при мощной однофазной нагрузке, так и в аварийные режимы, например, обрыв фазы.

В системах электроснабжения различают кратковременные и длительные несимметричные режимы. Кратковременные несимметричные режимы, обычно, связаны с аварийными процессами, а длительные несимметричные режимы могут быть вызваны как аварийными процессами, так и подключением мощных однофазных нагрузок.

Несимметрия напряжений и токов, вызванная подключением однофазных и многофазных приёмников называется поперечной. Такая несимметрия возникает также и при различных активных и реактивных сопротивлений отдельных фаз некоторых приёмников.

Несимметрия напряжений происходит только в трёхфазной сети под воздействием неравномерного распределения нагрузок по её фазам.

Источниками несимметрии напряжений являются: дуговые сталеплавильные печи, тяговые подстанции переменного тока, электросварочные машины, однофазные электротермические установки и другие одно­фазные, двухфазные и несимметричные трёхфазные потребители электроэнергии, в том числе бытовые.

Несимметрия междуфазных напряжений вызывается наличием составляющих обратной последовательности, а несимметрия фазных – ещё и наличием составляющих нулевой последовательности.

Для оценки несимметрии напряжения используется коэффициент несимметрии напряжения К_{нсм, U}, который определяется:

 

, (2.3)

 

Коэффициент несимметрии токов К_{нсм, I} определяется подобным образом:

 

(2.4)

 

Так суммарная нагрузка отдельных предприятий содержит 85...90 % несимметричной нагрузки. А коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности (K_0U) одного 9-и этажного жилого дома может составлять 20 %, что на шинах трансформаторной подстанции (точке общего присоединения) может превысить нормально допустимые 2 %.

 

Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования.

 

Возрастают потери электроэнергии в сетях от дополнительных потерь в нулевом проводе.

Однофазные, двухфазные потребители и разные фазы трёхфазных потребителей электроэнергии работают на различных не номинальных напряжениях, что вызывает те же последствия, как при отклонении напряжения.

В электродвигателях, кроме отрицательного влияния несимметричных напряжений, возникают магнитные поля, вращающиеся встречно вращению ротора.

Общее влияние несимметрии напряжений на электрические машины, включая трансформаторы, выливается в значительное снижение срока их службы. Например, при длительной работе с коэффициентом несимметрии по обратной последовательности K_2U = 2...4 %, срок службы электрической машины снижается на 10...15 %, а если она работает при номинальной нагрузке, срок службы снижается вдвое.

Поэтому, ГОСТ 13109-97 устанавливает значения коэффициентов несимметрии напряжения по обратной (K_2U) и нулевой (K_0U) последовательностям, - нормально допустимое 2 % и предельно допустимое 4 %.

В качестве вероятного виновника несимметрии напряжений

ГОСТ 13109-97 указывает потребителя с несимметричной нагрузкой.

Мероприятия по снижению несимметрии напряжений:

 равномерное распределение нагрузки по фазам;

 применение симметрирующих устройств (рис. 2.1).

В некоторых случаях получается снизить несимметрию напряжений рациональным пофазным распределением нагрузки. Это бывает возможным тогда, когда нагрузка представляет достаточное количество соизмеримой мощности приёмников.

 

Рис. 2.1 Применение симметрирующих устройств для снижения несимметрии напряжения.

Иногда, ряд потребителей электроэнергии, например электротермической нагрузки, по условиям технологии находится в работе постоянно. Тогда для мощной однофазной нагрузки можно использовать питающий трансформатор со схемой соединения вторичной обмотки «зигзаг», когда однофазная нагрузка распределена между двух фаз (рис. 2.2). Для такого симметрирования необходимо использовать трансформатор специального исполнения.

Рис. 2.2 Схема соединения «зигзаг» обмоток трансформатора

Но, даже и эта мера в ряде случаев не позволяет в достаточной мере выровнять напряжения. Тогда необходимо использовать симметрирующие устройства. Симметрирование системы линейных напряжений трёхфазной сети сводится к компенсации тока обратной последовательности, потребляемого однофазными нагрузками и обусловленного им напряжения обратной последовательности.

Сопротивления в фазах симметрирующего устройства подбираются таким образом, чтобы компенсировать ток обратной последовательности, генерируемый нагрузкой как источником искажения. Симметрирующие устройства изготавливают управляемыми и неуправляемыми, в зависимости от графика нагрузки.

Для симметрирующего устройства, изображённого на рис. 2.1, требуемая мощность конденсаторной батареи С и дросселя L определяется из условия:

 

, (2.5)

 

где Р₀ – активная мощность однофазно нагрузки.

Компенсация тока обратной последовательности осуществляется с помощью батарей конденсаторов С и дросселя L. Данная схема применяется для симметрирования чисто активной нагрузки.

Управляемые симметрирующие устройства отличаются тем, что значения ёмкости конденсаторных батарей и значение индуктивности дросселя выбираются в зависимости от требований по компенсации отключением и включением параллельно включенных конденсаторов и переключением отпаек дросселя.

Симметрирование двух и трёхфазных несимметричных нагрузок, для симметрирования реактивной составляющей тока, можно осуществить с помощью несимметричной батареи конденсаторов.

Выбор метода симметрирования должен выбираться исходя из экономических соображений, поскольку симметрирующее устройство влечёт за собой дополнительные капиталовложения и эксплуатационные затраты.

 

2.5 Отклонение частоты.

 

Отклонение фактической частоты переменного напряжения fф от номинального значения fном в установившемся режиме работы системы электроснабжения можно оценить как отклонение:

 

, (2.6)

 

и как размах колебаний:

 

. (2.7)