Asümmeetriliste režiimide põhjused elektrivõrkudes

Sümmeetrilist kolmefaasilist pingesüsteemi iseloomustavad pinged, mis on suuruselt ja faasilt identsed kõigis kolmes faasis. Asümmeetrilistes režiimides ei ole pinged erinevates faasides võrdsed.

Asümmeetrilised režiimid elektrivõrkudes tekivad järgmistel põhjustel:

1) ebaühtlased koormused erinevates faasides,

2) liinide või muude võrgu elementide mittetäielik töö;

3) erinevad liiniparameetrid erinevates faasides.

Kõige sagedamini tekib pinge tasakaalustamatus faasikoormuste ebavõrdsuse tõttu. Kuna pinge tasakaalustamatuse peamiseks põhjuseks on faaside erinevus (tasakaalustamata koormus), on see nähtus kõige iseloomulikum 0,4 kV madalpinge elektrivõrkudele.

Linna- ja maapiirkondades 0,4 kV võrkudes põhjustab pinge asümmeetria peamiselt ühefaasilise valgustuse ja väikese võimsusega kodumajapidamises kasutatavate elektritarbijate ühendamine. Selliste ühefaasiliste elektritarbijate arv on suur ja tasakaalustamatuse vähendamiseks tuleb need faaside vahel ühtlaselt jaotada.

Kõrgepingevõrkudes põhjustab asümmeetria reeglina võimsate ühefaasiliste elektrivastuvõtjate ja mõnel juhul ebaühtlase faasitarbimisega kolmefaasiliste elektrivastuvõtjate olemasolu. Viimaste hulka kuuluvad kaarahjud terase tootmiseks. Peamised asümmeetria allikad tööstusvõrkudes 0,38-10 kV on ühefaasilised soojuspaigaldised, maagisoojusahjud, induktsioonsulatusahjud, takistusahjud ja erinevad küttepaigaldised. Lisaks on asümmeetrilised elektrilised vastuvõtjad erineva võimsusega keevitusmasinad. Elektrifitseeritud vahelduvvoolu raudteetranspordi veoalajaamad on võimas asümmeetria allikas, kuna elektrivedurid on ühefaasilised elektrivastuvõtjad. Üksikute ühefaasiliste elektrivastuvõtjate võimsus ulatub praegu mitme megavatini.

Asümmeetriat on kahte tüüpi: süstemaatiline ja tõenäosuslik või juhuslik. Süstemaatilist asümmeetriat põhjustab ühe faasi ebaühtlane pidev ülekoormus, tõenäosuslikule asümmeetriale vastavad mittekonstantsed koormused, mille puhul erinevad faasid on juhuslikest teguritest sõltuvalt erinevatel aegadel ülekoormatud (perioodiline asümmeetria).

Võrguelementide mittetäieliku töötamise põhjuseks on ühe või kahe faasi lühiajaline katkemine lühise ajal või pikem katkestus etapiviisilise remondi käigus. Üks liin võib olla varustatud faasijuhtimisseadmetega, mis katkestavad liini rikkefaasi juhtudel, kui automaatne taassulgemine ebaõnnestub püsiva lühise tõttu.

Enamik stabiilseid lühiseid on ühefaasilised.Sel juhul viib kahjustatud faasi katkestamine liini kahe ülejäänud faasi säilimiseni.

Maandatud nulliga võrgus toiteallikas mittetäieliku faasiga liinil võib olla vastuvõetav ja võimaldab teil loobuda liinil teise ahela ehitamisest. Poolfaasirežiimid võivad esineda ka väljalülitatud trafode korral.

Mõnel juhul võib ühefaasilistest trafodest koosneva rühma puhul ühe faasi hädaseiskamise korral olla vastuvõetav kahe faasi toide. Sel juhul ei ole varufaasi paigaldamine vajalik, eriti kui alajaama trafode juures on kaks rühma ühefaasilisi.

Faasiliinide parameetrite ebavõrdsus ilmneb näiteks joonte või selle pikendatud tsüklite transponeerimise puudumisel. Transponeerimistoed on ebausaldusväärsed ja põhjustavad kokkujooksmisi. Transponeerimistugede arvu vähendamine piki joont vähendab selle kahjustusi ja suurendab töökindlust. Sel juhul halveneb lineaarse faasi parameetrite joondamine, mille jaoks tavaliselt rakendatakse transponeerimist.

Pinge ja voolu tasakaalustamatuse mõju

Pöörd- ja nulljärjestuse U2, U0, I2, I0 pingete ja voolude ilmumine toob kaasa täiendavaid võimsus- ja energiakadusid, samuti pingekadusid võrgus, mis halvendab selle töörežiime ning tehnilisi ja majandusnäitajaid. Pöörd- ja nulljärjestuse voolud I2, I0 suurendavad kadusid võrgu pikisuunalistes harudes ning samade jadade pinged ja voolud - põikiharudes.

U2 ja U0 superpositsioon põhjustab erinevates faasides erinevaid täiendavaid pingehälbeid. Selle tulemusena võivad pinged olla vahemikust väljas.I2 ja I0 superpositsioon toob kaasa koguvoolude suurenemise võrguelementide üksikutes faasides. Samal ajal halvenevad nende küttetingimused ja väheneb tootlikkus.

Tasakaalustamatus mõjutab negatiivselt pöörlevate elektrimasinate töö- ja tehnilis-majanduslikke omadusi. Positiivne järjestusvool staatoris tekitab magnetvälisünkroonse sagedusega pöörlemine rootori pöörlemissuunas. Negatiivse järjestusega voolud staatoris loovad magnetvälja, mis pöörleb rootori suhtes kahekordse sünkroonse sagedusega vastupidises pöörlemissuunas. Nende kahesageduslike voolude tõttu tekib elektrimasinas elektromagnetiline pidurdusmoment ja täiendav kuumenemine, peamiselt rootoris, mis toob kaasa isolatsiooni eluea lühenemise.

Asünkroonsetes mootorites tekivad staatoris lisakadud. Mõnel juhul on projekteerimisel vaja elektrimootorite nimivõimsust suurendada, kui pinge tasakaalustamiseks ei võeta erimeetmeid.

Sünkroonmasinates võivad lisaks lisakadudele ning staatori ja rootori kuumutamisele alata ohtlikud vibratsioonid. Tasakaalustamatuse tõttu lüheneb trafo isolatsiooni kasutusiga, sünkroonmootorid ja kondensaatorpatareid vähendavad reaktiivenergia tootmist.

Pinge tasakaalustamatus valgustuskoormuse toiteahelas toob kaasa asjaolu, et ühe faasi (faaside) lampide valgusvoog väheneb ja teise faasi valgusvoog suureneb ning lampide eluiga väheneb. Tasakaalustamatus mõjutab ühe- ja kahefaasilisi elektrivastuvõtjaid pingehälbena.

Tööstusvõrkude asümmeetriast põhjustatud levinumad kahjustused hõlmavad täiendavate võimsuskadude maksumust, kapitalikuludest tehtavate renoveerimiskulude mahaarvamiste suurenemist, tehnoloogilisi kahjustusi, vähendatud pingega faasidele paigaldatud lampide valgusvoo vähenemisest tingitud kahjusid ja elektrivoolu vähenemist. suurenenud pingega faasidele paigaldatud lampide eluiga, rike kondensaatoripankade ja sünkroonmootorite tekitatud reaktiivvõimsuse vähenemise tõttu.

Pinge tasakaalustamatust iseloomustab pingete negatiivne jadakoefitsient ja pingete nullsuhe, mille normaal- ja maksimaalne lubatud väärtus on 2 ja 4%.

Võrgupinge tasakaalustamine taandub negatiivse järjestusega voolule ja pinge kompenseerimisele.

Stabiilse koormuskõvera korral on võimalik saavutada süsteemi pinge tasakaalustamatuse vähendamine võrgus faasikoormuste võrdsustamise teel, lülitades osa koormustest ülekoormatud faasist koormamata faasi.

Koormuste ratsionaalne ümberjaotamine ei võimalda alati pinge tasakaalustamatuse koefitsienti vähendada vastuvõetava väärtuseni (näiteks kui osa võimsatest ühefaasilistest elektrivastuvõtjatest ei tööta kogu aeg vastavalt tehnoloogiale, samuti ennetavate ja suuremate remonditööde ajal). Nendel juhtudel on vaja kasutada spetsiaalseid õhupalle.

Tuntud on suur hulk balun-ahelaid, osa neist juhitakse sõltuvalt koormuskõvera iseloomust.

Ühefaasiliste koormuste tasakaalustamiseks vooluahel, mis koosneb induktiivsus ja mahtuvus… Koormus ja sellega paralleelselt ühendatud mahtuvus on ühendatud liinipingega. Ülejäänud kaks liinipinget sisaldavad induktiivsust ja teist mahtuvust.

Kahe- ja kolmefaasiliste tasakaalustamata koormuste tasakaalustamiseks kasutatakse deltasse ühendatud kondensaatoripankade ebavõrdse mahtuvusega ahelat. Mõnikord kasutatakse balune spetsiaalsete trafode ja autotransformaatorid.

Kuna baluunid sisaldavad kondensaatorpankasid, on soovitatav kasutada ahelaid, kus režiim on nii tasakaalustatud kui ka selle kompenseerimiseks genereeritakse Q. Arendamisel on seadmed samaaegseks režiimi tasakaalustamiseks ja Q kompenseerimiseks.

0,38 kV neljajuhtmelistes linnavõrkudes saab tasakaalustamatust vähendada nulljärjestuse voolu I0 ja nulljärjestuse takistuse Z0 vähendamisega võrguelementides.

Nulljärjestuse voolu I0 vähendamine saavutatakse peamiselt koormuste ümberjaotamise teel. Koormuse ühtlustamine saavutatakse võrkude abil, milles kõik trafod või osa trafodest töötavad paralleelselt madalpinge poolel. Nulljärjestuse takistuse Z0 vähendamine on hõlpsasti teostatav 0,38 kV õhuliinide puhul, mis tavaliselt ehitatakse madala koormustihedusega piirkondadesse. Kaabliliinide Z0 vähendamise, st nulljuhtme ristlõike suurendamise võimalus peab olema konkreetselt põhjendatud asjakohaste tehniliste ja majanduslike arvutustega.

Jaotustrafo mähiste ühendusskeem mõjutab oluliselt pinge tasakaalustamatust võrgus.6-10 / 0,4 kV.Enamik võrkudesse paigaldatud jaotustrafosid on tärniga nulliga (Y / Yo). Sellised jaotustrafod on odavamad, kuid neil on suur nulljärjestuse takistus Z0.

Jaotustrafode põhjustatud pinge tasakaalustamatuse vähendamiseks on soovitatav kasutada täht-delta nulliga (D / Yo) või täht-siksakiline (Y / Z) ühendusskeeme. Asümmeetria vähendamiseks on kõige soodsam U / Z skeemi kasutamine. Selle ühendusega jaotustrafod on kallimad ja nende tootmine on väga töömahukas. Seetõttu tuleb neid kasutada suure asümmeetriaga, mis on tingitud koormuste asümmeetriast ja joonte nulljärjestuse takistusest Z0.