Oorzaken van asymmetrische modi in elektrische netwerken

Een symmetrisch driefasig spanningssysteem wordt gekenmerkt door spanningen die identiek zijn in grootte en fase in alle drie de fasen. In asymmetrische modi zijn de spanningen in de verschillende fasen niet gelijk.

Asymmetrische modi in elektrische netwerken ontstaan ​​om de volgende redenen:

1) ongelijke belastingen in verschillende fasen,

2) onvolledige werking van lijnen of andere elementen in het netwerk,

3) verschillende lijnparameters in verschillende fasen.

Meestal treedt spanningsonbalans op vanwege de ongelijkheid van de fasebelastingen. Aangezien de belangrijkste oorzaak van de spanningsonbalans het faseverschil (ongebalanceerde belasting) is, is dit fenomeen het meest kenmerkend voor elektrische laagspanningsnetwerken van 0,4 kV.

In stedelijke en landelijke netwerken van 0,4 kV wordt spanningsasymmetrie voornamelijk veroorzaakt door de aansluiting van enkelfasige verlichting en laagvermogen huishoudelijke elektrische verbruikers. Het aantal van dergelijke eenfasige stroomverbruikers is groot en ze moeten gelijkmatig over fasen worden verdeeld om onbalans te verminderen.

In hoogspanningsnetwerken wordt asymmetrie in de regel veroorzaakt door de aanwezigheid van krachtige enkelfasige elektrische ontvangers en in sommige gevallen driefasige elektrische ontvangers met een ongelijkmatig faseverbruik. Deze laatste omvatten vlamboogovens voor staalproductie. De belangrijkste bronnen van asymmetrie in industriële netwerken 0,38-10 kV zijn enkelfasige thermische installaties, ertsthermische ovens, inductiesmeltovens, weerstandsovens en diverse verwarmingsinstallaties. Bovendien zijn asymmetrische elektrische ontvangers lasmachines met verschillende vermogens. Tractie-onderstations van geëlektrificeerd AC-spoorwegvervoer zijn een krachtige bron van asymmetrie, aangezien elektrische locomotieven eenfasige elektrische ontvangers zijn. Het vermogen van individuele enkelfasige elektrische ontvangers bereikt momenteel enkele megawatt.

Er zijn twee soorten asymmetrie: systematisch en probabilistisch of willekeurig. Systematische asymmetrie wordt veroorzaakt door niet-uniforme constante overbelasting van een van de fasen, probabilistische asymmetrie komt overeen met niet-constante belastingen waarbij verschillende fasen op verschillende tijdstippen worden overbelast, afhankelijk van willekeurige factoren (periodieke asymmetrie).

Onvolledige werking van netwerkelementen wordt veroorzaakt door een kortstondige ontkoppeling van een of twee fasen tijdens een kortsluiting of een langere ontkoppeling tijdens gefaseerde reparaties. Een enkele lijn kan zijn uitgerust met faseregelingsinrichtingen die de defecte fase van de lijn onderbreken in gevallen waarin de automatische hersluiting mislukt als gevolg van een aanhoudende kortsluiting.

De meeste stabiele kortsluitingen zijn enkelfasig.In dit geval leidt de onderbreking van de beschadigde fase tot het behoud van de andere twee fasen van de in bedrijf zijnde lijn.

In een netwerk met een geaarde nulleider stroomvoorziening op een lijn met een onvolledige fase kan acceptabel zijn en stelt u in staat af te zien van de aanleg van een tweede circuit op de lijn. Halffasige modi kunnen ook optreden met transformatoren uitgeschakeld.

In sommige gevallen kan het voor een groep bestaande uit enkelfasige transformatoren, in het geval van een noodstop van één fase, acceptabel zijn om twee fasen te voeden.In dit geval is de installatie van een reservefase niet vereist, vooral als er zijn twee groepen enkelfasig bij de onderstationtransformatoren.

De ongelijkheid van de parameters van de faselijnen treedt bijvoorbeeld op bij afwezigheid van transpositie langs de lijnen of de verlengde cycli ervan. Transpose-ondersteuning is onbetrouwbaar en een bron van crashes. Het verminderen van het aantal transpositiesteunen langs de lijn vermindert de schade en verhoogt de betrouwbaarheid. In dit geval verslechtert de uitlijning van de lineaire faseparameters, waarvoor gewoonlijk transpositie wordt toegepast.

Effect van spannings- en stroomonbalans

Het verschijnen van spanningen en stromen van de omgekeerde en nulreeks U2, U0, I2, I0 leidt tot extra vermogens- en energieverliezen, evenals spanningsverliezen in het netwerk, wat de modi en technische en economische indicatoren van de werking verslechtert. De stromen van de omgekeerde en nulreeksen I2, I0 verhogen de verliezen in de longitudinale takken van het netwerk, en de spanningen en stromen van dezelfde reeksen - in de transversale takken.

De superpositie van U2 en U0 leidt tot verschillende extra spanningsafwijkingen in verschillende fasen. Als gevolg hiervan kunnen spanningen buiten bereik zijn.De superpositie van I2 en I0 leidt tot een toename van de totale stromen in afzonderlijke fasen van de netwerkelementen. Tegelijkertijd verslechteren hun verwarmingsomstandigheden en neemt de productiviteit af.

De onbalans heeft een negatieve invloed op de operationele en technisch-economische eigenschappen van roterende elektrische machines. De positieve sequentiestroom in de stator creëert magnetisch veldrotatie met synchrone frequentie in de draairichting van de rotor. Negatieve sequentiestromen in de stator creëren een magnetisch veld dat roteert ten opzichte van de rotor met een dubbele synchrone frequentie in de tegengestelde draairichting. Door deze stromen met twee frequenties treden in de elektrische machine een remmend elektromagnetisch koppel en extra verwarming op, voornamelijk van de rotor, wat leidt tot een verkorting van de levensduur van de isolatie.

Bij asynchrone motoren treden extra verliezen op in de stator. In sommige gevallen is het in het ontwerp noodzakelijk om het nominale vermogen van de elektromotoren te verhogen, als er geen speciale maatregelen worden genomen om de spanning in evenwicht te brengen.

In synchrone machines kunnen, naast extra verliezen en verwarming van de stator en rotor, gevaarlijke trillingen optreden. Door onbalans wordt de levensduur van transformatorisolatie verkort, synchrone motoren en condensatorbanken verminderen de opwekking van reactief vermogen.

De spanningsonbalans in het voedingscircuit van de verlichtingsbelasting leidt ertoe dat de lichtstroom van de lampen van de ene fase (fasen) afneemt en die van de andere fase toeneemt en de levensduur van de lampen afneemt. Onbalans beïnvloedt enkelfasige en tweefasige elektrische ontvangers als een spanningsafwijking.

Veelvoorkomende schade veroorzaakt door asymmetrie in industriële netwerken zijn onder meer de kosten van extra vermogensverliezen, verhoging van renovatieaftrek van kapitaalkosten, technologische schade, schade veroorzaakt door een afname van de lichtstroom van lampen geïnstalleerd op fasen met verlaagde spanning, en een vermindering van de levensduur van lampen geïnstalleerd op fasen met verhoogde spanning, storing als gevolg van een afname van blindvermogen gegenereerd door condensatorbanken en synchrone motoren.

De spanningsonbalans wordt gekenmerkt door de negatieve sequentiecoëfficiënt van de spanningen en de nulverhouding van de spanningen, waarvan de normale en maximaal toegestane waarden 2 en 4% zijn.

Het balanceren van netwerkspanningen komt neer op negatieve sequentiestroom en spanningscompensatie.

Met een stabiele belastingscurve kan een vermindering van de systeemspanningsonbalans in het netwerk worden bereikt door de fasebelastingen gelijk te trekken door een deel van de belastingen om te schakelen van een overbelaste fase naar een onbelaste fase.

Rationele herverdeling van belastingen maakt het niet altijd mogelijk om de spanningsonbalanscoëfficiënt tot een acceptabele waarde te verlagen (bijvoorbeeld wanneer een deel van krachtige enkelfasige elektrische ontvangers niet altijd volgens de technologie werkt, evenals tijdens preventieve en grote reparaties). In deze gevallen is het noodzakelijk om speciale ballonnen te gebruiken.

Er is een groot aantal baluncircuits bekend, waarvan sommige worden bestuurd afhankelijk van de aard van de belastingscurve.

Om enkelfasige belastingen te balanceren, een circuit bestaande uit inductie en capaciteit… De belasting en de parallel daarmee geschakelde capaciteit zijn aangesloten op de netspanning. De andere twee lijnspanningen omvatten een inductantie en een andere capaciteit.

Voor het balanceren van twee- en driefasige ongebalanceerde belastingen, wordt een circuit met ongelijke capaciteit van condensatorbanken gebruikt die in een delta zijn aangesloten. Soms worden baluns gebruikt met speciale transformatoren en automatische transformatoren.

Aangezien de baluns condensatorbanken bevatten, is het raadzaam circuits te gebruiken waarbij de modus zowel gebalanceerd is als Q wordt gegenereerd om dit te compenseren. Apparaten voor gelijktijdige modusbalancering en Q-compensatie zijn in ontwikkeling.

De vermindering van onbalans in vierdraads stadsnetwerken van 0,38 kV kan worden uitgevoerd door de nulsequentiestroom I0 te verminderen en de nulsequentieweerstand Z0 in de netwerkelementen te verminderen.

De vermindering van de nulsequentiestroom I0 wordt voornamelijk bereikt door herverdeling van de belastingen. Belastingvereffening wordt bereikt door netwerken te gebruiken waarin alle of een deel van de transformatoren parallel werken aan de laagspanningszijde. Een verlaging van de nulsequentieweerstand Z0 is eenvoudig te realiseren voor 0,38 kV-bovenleidingen, die doorgaans worden aangelegd in gebieden met een lage belastingsdichtheid. De mogelijkheid om Z0 voor kabellijnen te verkleinen, d.w.z. de doorsnede van de nulleider te vergroten, moet specifiek worden gerechtvaardigd met passende technische en economische berekeningen.

Het verbindingsschema van de wikkelingen van de distributietransformator heeft een aanzienlijke invloed op de spanningsonbalans in het netwerk.6-10 / 0,4 kV.De meeste distributietransformatoren die in netwerken zijn geïnstalleerd, zijn sterster met nul (Y / Yo). Dergelijke distributietransformatoren zijn goedkoper, maar hebben een hoge nulsequentieweerstand Z0.

Om de spanningsonbalans veroorzaakt door de distributietransformatoren te verminderen, wordt aanbevolen om ster-driehoek met nul (D / Yo) of ster-zigzag (Y / Z) verbindingsschema's te gebruiken. Het meest gunstig voor het verminderen van de asymmetrie is het toepassen van de U/Z-regeling. Verdeeltransformatoren met deze aansluiting zijn duurder en zeer arbeidsintensief om te vervaardigen. Daarom moeten ze worden gebruikt met een grote asymmetrie vanwege de asymmetrie van de belastingen en de nulsequentieweerstand Z0 van de lijnen.