Epäsymmetristen tilojen syyt sähköverkoissa

Symmetriselle kolmivaiheiselle jännitejärjestelmälle on tunnusomaista identtiset jännitteet suuruudeltaan ja vaiheeltaan kaikissa kolmessa vaiheessa. Epäsymmetrisissä tiloissa jännitteet eri vaiheissa eivät ole samat.

Epäsymmetriset tilat sähköverkoissa syntyvät seuraavista syistä:

1) epätasaiset kuormat eri vaiheissa,

2) johtojen tai muiden verkon elementtien epätäydellinen toiminta,

3) eri linjaparametrit eri vaiheissa.

Useimmiten jännitteen epätasapaino johtuu vaihekuormien epätasaisuudesta. Koska jänniteepätasapainon pääsyy on vaihe-ero (epätasapainoinen kuorma), tämä ilmiö on tyypillisin 0,4 kV pienjännitesähköverkoille.

Kaupunkien ja maaseudun 0,4 kV verkoissa jännitteen epäsymmetria johtuu pääasiassa yksivaiheisen valaistuksen ja pienitehoisten kotitalouksien sähkönkuluttajien kytkennästä. Tällaisten yksivaiheisten tehonkuluttajien määrä on suuri ja ne on jaettava tasaisesti eri vaiheisiin epätasapainon vähentämiseksi.

Korkeajänniteverkoissa epäsymmetria johtuu pääsääntöisesti voimakkaiden yksivaiheisten sähkövastaanottimien läsnäolosta ja joissakin tapauksissa kolmivaiheisista sähkövastaanottimista, joiden vaiheenkulutus on epätasainen. Jälkimmäisiin kuuluvat teräksen tuotantoon käytettävät kaariuunit. Teollisuuden 0,38-10 kV verkkojen pääasialliset epäsymmetrian lähteet ovat yksivaiheiset lämpölaitteistot, malmilämpöuunit, induktiosulatusuunit, vastusuunit ja erilaiset lämmityslaitteistot. Lisäksi epäsymmetriset sähkövastaanottimet ovat eri tehoisia hitsauskoneita. Sähköistetyn AC-rautatieliikenteen vetoasemat ovat voimakas epäsymmetrian lähde, koska sähköveturit ovat yksivaiheisia sähkövastaanottimia. Yksittäisten yksivaiheisten sähkövastaanottimien teho on tällä hetkellä useita megawatteja.

Epäsymmetriaa on kahta tyyppiä: systemaattinen ja todennäköisyys tai satunnainen. Systemaattisen epäsymmetrian aiheuttaa jonkin vaiheen epätasainen jatkuva ylikuormitus, todennäköisyyspohjainen epäsymmetria vastaa epävakiota kuormitusta, jossa eri vaiheet ylikuormitetaan eri aikoina satunnaistekijöistä riippuen (jaksollinen epäsymmetria).

Verkkoelementtien epätäydellinen toiminta johtuu yhden tai kahden vaiheen lyhytaikaisesta katkeamisesta oikosulun aikana tai pidemmästä katkosesta vaiheittaisten korjausten yhteydessä. Yksittäinen linja voidaan varustaa vaiheohjauslaitteilla, jotka katkaisevat johdon viallisen vaiheen tapauksissa, joissa automaattinen uudelleensulkeminen epäonnistuu jatkuvan oikosulun vuoksi.

Suurin osa stabiileista oikosuluista on yksivaiheisia.Tässä tapauksessa vaurioituneen vaiheen keskeytyminen johtaa linjan kahden muun vaiheen säilymiseen käytössä.

Verkossa, jossa on maadoitettu nolla virtalähde linjalla, jossa on epätäydellinen vaihe, voi olla hyväksyttävää ja antaa sinun luopua toisen piirin rakentamisesta linjalle. Puolivaihetilat voivat esiintyä myös muuntajien ollessa pois päältä.

Joissakin tapauksissa yksivaihemuuntajista koostuvan ryhmän tapauksessa yhden vaiheen hätäpysäytystilanteessa voi olla hyväksyttävää syöttää kaksi vaihetta.Tässä tapauksessa varavaiheen asennusta ei vaadita, varsinkin jos sähköaseman muuntajissa on kaksi yksivaiheista ryhmää.

Vaihelinjojen parametrien epätasa-arvo ilmenee esimerkiksi ilman transponointia linjoja pitkin tai sen laajennettuja syklejä. Transponointituet ovat epäluotettavia ja aiheuttavat kaatumisia. Transponointitukien määrän vähentäminen linjaa pitkin vähentää sen vaurioita ja lisää luotettavuutta. Tässä tapauksessa lineaaristen vaiheparametrien kohdistus huononee, johon yleensä sovelletaan transponointia.

Jännitteen ja virran epätasapainon vaikutus

Käänteisen ja nollasekvenssin U2, U0, I2, I0 jännitteiden ja virtojen esiintyminen johtaa ylimääräisiin teho- ja energiahäviöihin sekä jännitehäviöihin verkossa, mikä huonontaa sen toiminnan tiloja ja teknisiä ja taloudellisia indikaattoreita. Käänteisten ja nollasekvenssien I2, I0 virrat lisäävät häviöitä verkon pitkittäishaaroissa ja samojen sekvenssien jännitteitä ja virtoja - poikittaishaaroissa.

U2:n ja U0:n superpositio johtaa erilaisiin lisäjännitepoikkeamiin eri vaiheissa. Tämän seurauksena jännitteet voivat olla alueen ulkopuolella.I2:n ja I0:n superpositio johtaa kokonaisvirtojen kasvuun verkkoelementtien yksittäisissä vaiheissa. Samalla niiden lämmitysolosuhteet heikkenevät ja tuottavuus heikkenee.

Epätasapaino vaikuttaa negatiivisesti pyörivien sähkökoneiden toiminnallisiin ja teknis-taloudellisiin ominaisuuksiin. Staattorin positiivinen sarjavirta luo magneettikenttäpyöriminen synkronisella taajuudella roottorin pyörimissuunnassa. Negatiiviset virrat staattorissa luovat magneettikentän, joka pyörii suhteessa roottoriin kaksinkertaisella synkronisella taajuudella vastakkaiseen pyörimissuuntaan. Näistä kaksitaajuisista virroista johtuen sähkökoneessa esiintyy sähkömagneettista jarrutusmomenttia ja lisälämmitystä, pääasiassa roottorista, mikä johtaa eristeen käyttöiän lyhenemiseen.

Asynkronisissa moottoreissa staattorissa esiintyy lisähäviöitä. Joissakin tapauksissa suunnittelussa on tarpeen lisätä sähkömoottoreiden nimellistehoa, jos jännitteen tasapainottamiseksi ei tehdä erityisiä toimenpiteitä.

Synkronisissa koneissa staattorin ja roottorin lisähäviöiden ja kuumenemisen lisäksi voi alkaa vaarallisia tärinöitä. Epätasapainon vuoksi muuntajan eristyksen käyttöikä lyhenee, synkroniset moottorit ja kondensaattoriryhmät vähentävät loistehon tuotantoa.

Valaistuskuorman syöttöpiirin jänniteepätasapaino johtaa siihen, että yhden vaiheen (vaiheiden) lamppujen valovirta pienenee ja toisen vaiheen valovirta kasvaa ja lamppujen käyttöikä lyhenee. Epätasapaino vaikuttaa yksi- ja kaksivaiheisiin sähkövastaanottimiin jännitepoikkeamana.

Teollisuuden verkkojen epäsymmetrian aiheuttamia yleisiä vahinkoja ovat lisätehohäviöiden kustannukset, peruskorjausvähennysten kasvu pääomakustannuksista, teknologiset vauriot, alentuneella jännitteellä vaiheisiin asennettujen lamppujen valovirran pienenemisestä aiheutuvat vahingot sekä valovirran pieneneminen. kohonneella jännitteellä varustettuihin vaiheisiin asennettujen lamppujen käyttöikä, vika kondensaattoripankkien ja synkronisten moottoreiden tuottaman loistehon pienenemisen vuoksi.

Jänniteepätasapainolle on tunnusomaista jännitteiden negatiivinen järjestyskerroin ja jännitteiden nollasuhde, joiden normaali- ja enimmäisarvot ovat 2 ja 4 %.

Verkkojännitteiden tasapainottaminen laskee negatiivisen sekvenssin virtaan ja jännitteen kompensointiin.

Vakaalla kuormituskäyrällä voidaan saavuttaa verkon järjestelmän jännitteen epätasapainon vähentäminen tasaamalla vaihekuormitukset vaihtamalla osa kuormista ylikuormitetusta vaiheesta kuormittamattomaan.

Kuormien järkevä uudelleenjako ei aina mahdollista jännitteen epätasapainokertoimen pienentämistä hyväksyttävään arvoon (esimerkiksi kun osa tehokkaista yksivaiheisista sähkövastaanottimista ei toimi koko ajan tekniikan mukaisesti, samoin kuin ennaltaehkäisevien ja suurten korjausten aikana). Näissä tapauksissa on tarpeen käyttää erityisiä ilmapalloja.

Balun-piirejä tunnetaan suuri määrä, joista osa on ohjattu kuormituskäyrän luonteesta riippuen.

Yksivaiheisten kuormien tasapainottamiseksi piiri, joka koostuu induktanssi ja kapasitanssi… Kuorma ja sen kanssa rinnan kytketty kapasitanssi on kytketty verkkojännitteeseen. Kaksi muuta linjajännitettä sisältävät induktanssin ja toisen kapasitanssin.

Kaksi- ja kolmivaiheisten balansoimattomien kuormien tasapainottamiseen käytetään kolmioon kytkettyjen kondensaattoriryhmien epätasaisen kapasitanssin piiriä. Joskus baluneja käytetään erityisten muuntajien ja automuuntajat.

Koska balunit sisältävät kondensaattoripankkeja, on suositeltavaa käyttää piirejä, joissa tila on sekä balansoitu että Q generoidaan kompensoimaan sitä. Samanaikaisen tilan tasapainotuksen ja Q-kompensoinnin laitteet ovat kehitteillä.

Epätasapainon vähentäminen 0,38 kV:n nelijohtimissa kaupunkiverkoissa voidaan toteuttaa pienentämällä nollasekvenssivirtaa I0 ja pienentämällä verkkoelementtien nollasekvenssiresistanssia Z0.

Nollasekvenssivirran I0 alentaminen saavutetaan pääasiassa jakamalla uudelleen kuormia. Kuorman tasaus saavutetaan käyttämällä verkkoja, joissa kaikki tai osa muuntajista toimivat rinnakkain pienjännitepuolella. Nollajaksovastuksen Z0 pienentäminen on helposti toteutettavissa 0,38 kV:n ilmajohdoille, jotka yleensä rakennetaan pienille kuormituksille. Kaapelilinjojen Z0:n pienentämisen, eli nollajohtimen poikkileikkauksen kasvattamisen mahdollisuus on perusteltava erityisesti asianmukaisin teknisin ja taloudellisin laskelmin.

Jakelumuuntajan käämien kytkentäkaaviolla on merkittävä vaikutus verkon jänniteepätasapainoon.6-10 / 0,4 kV.Suurin osa verkkoihin asennetuista jakelumuuntajista on tähtitähti nollalla (Y / Yo). Tällaiset jakelumuuntajat ovat halvempia, mutta niillä on korkea nollasekvenssiresistanssi Z0.

Jakelumuuntajien aiheuttaman jännitteen epätasapainon vähentämiseksi on suositeltavaa käyttää tähti-kolmio nollalla (D / Yo) tai tähti-siksak (Y / Z) kytkentäkaavioita. Edullisin epäsymmetrian vähentämiseksi on U / Z -kaavion käyttö. Tällä liitännällä varustetut jakelumuuntajat ovat kalliimpia ja erittäin työvoimavaltaisia ​​valmistaa. Siksi niitä on käytettävä suurella epäsymmetrialla kuormien epäsymmetrian ja viivojen nollasekvenssivastuksen Z0 vuoksi.