 |
Несимметрия напряжения, показатели. Причины возникно-вения, последствия. Фильтро-симметрирующие устройства
|
|
|
|
Несимметрия напряжения – это несимметрия трёхфазной системы напряжений. Характеризуется коэффициентом обратной и нулевой последовательности. Несимметрия напряжений происходит только в трёхфазной сети под воздействием неравномерного распределения нагрузок по её фазам [4, 8].
Источниками несимметрии напряжений являются дуговые сталеплавильные печи, тяговые подстанции переменного тока, электросварочные машины, однофазные электротермические установки и другие одно фазные, двухфазные и несимметричные трёхфазные потребители электроэнергии, в том числе бытовые. Так, суммарная нагрузка отдельных предприятий содержит 85-90% несимметричной нагрузки. А коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности (K0U) одного 9-и этажного жилого дома может составлять 20%, что на шинах трансформаторной подстанции (точке общего присоединения) может обусловить превышение, нормально допустимые 2%.
Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования:
- в электрических сетях возрастают потери ЭЭ от дополнительных потерь в нулевом проводе;
- однофазные, двухфазные потребители и разные фазы трёхфазных потребителей ЭЭ работают на различных не номинальных напряжениях, что вызывает те же последствия, как при отклонении напряжения;
- в ЭД, кроме отрицательного влияния не 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 K2U=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 (K2U) и нулевой (K0U) последовательностям, - нормально допустимое 2% и предельно допустимое 4%. В качестве вероятного виновника несимметрии напряжений ГОСТ 13109-97 указывает потребителя с несимметричной нагрузкой. [2,4]
Мероприятия по снижению несимметрии напряжений:
- равномерное распределение нагрузки по фазам (см. рисунок 6.1). Это наиболее эффективное мероприятие, но оно требует творческого подхода при проектировании электроустановок и решительности при эксплуатации;
- применение симметрирующих устройств. Сопротивления в фазах симметрирующего устройства (СУ) подбираются таким образом, чтобы компенсировать ток обратной последовательности, генерируемый нагрузкой как источником искажения. Применение симметрирующих устройств сопровождается дополнительными капитальными затратами на их приобретение и монтаж, затратами на обслуживание и эксплуатацию.
Рисунок 6.1 – Распределение нагрузки по фазам
Наиболее распространенными источниками несимметрии напряжений в трехфазных системах электроснабжения являются такие потребители электроэнергии, симметричное многофазное исполнение которых или невозможно, или нецелесообразно по технико-экономическим соображениям. К таким установкам относятся индукционные и дуговые электрические печи, тяговые нагрузки железных дорог, выполненные на переменном токе, электросварочные агрегаты, специальные однофазные нагрузки, осветительные установки.
Несимметричные режимы напряжений в электрических сетях имеют место также в аварийных ситуациях – при обрыве фазы или несимметричных коротких замыканиях.
Несимметрия напряжений характеризуется наличием в трехфазной электрической сети напряжений обратной или нулевой последовательностей, значительно меньших по величине соответствующих составляющих напряжения прямой (основной) последовательности.
|
|
|
Несимметрия трехфазной системы напряжений возникает в результате наложения на систему прямой последовательности напряжений системы обратной последовательности, что приводит к изменениям абсолютных значений фазных и междуфазных напряжений (см. рисунок 6.2)
Рисунок 6.2 – Векторная диаграмма напряжений прямой и обратной последовательности
Помимо несимметрии, вызываемой напряжением системы обратной последовательности, может возникать несимметрия от наложения на систему прямой последовательности напряжений системы нулевой последовательности. В результате смещения нейтрали трехфазной системы возникает несимметрия фазных напряжений при сохранении симметричной системы междуфазных напряжений (см. рисунок 6.3)
Рисунок 6.3 – Векторная диаграмма напряжений прямой и нулевой последовательности
Несимметрия напряжений характеризуется следующими показателями:
- коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности;
- коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности.
Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности равен, %:
где U 2(1) – действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В;
U 1(1) – действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты, В.
Допускается К 2 U вычислять по выражению, %:
где U ном.мф – номинальное значение междуфазного напряжения сети, В.
Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности равен, %: 
где U 0(1) – действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В.
Допускается К 0 U вычислять по формуле, 
где U ном.ф – номинальное значение фазного напряжения, В.
Измерение коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности проводят в четырехпроводной сети.
Относительная погрешность определения К 2 U и К 0 U по формулам численно равна значению отклонений напряжения U 1(1) от U ном.
Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности в точке общего присоединения к электрическим сетям равны 2,0 и 4,0 %.
|
|
|
Нормированные значения коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности в точке общего присоединения к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ также равны 2,0 и 4,0 %.
Использование ФСУ в области электротехники. Технический результат состоит в снижении потерь электрической энергии и повышении ее качества путем разделения путей протекания токов нулевой последовательности для этих нагрузок. Трехфазное фильтросимметрирующее устройство содержит входные и выходные зажимы, к которым подключен трансформатор, имеющий две группы первичных обмоток, включенных встречно-последовательно в «зигзаг». Нейтраль первой группы первичных обмоток соединена с нулевым проводом питающей сети и нелинейными фазными нагрузками. Нейтраль второй группы первичных обмоток является искусственной нейтралью для линейных фазных нагрузок.
|
|
|
