Напряжение обратной последовательности

Симметричная нагрузка приемника

При симметричной системе напряжений и симметричной нагрузке, когда Za = Zb = Zc, т.е. когда Ra = Rb = Rc = Rф и Xa = Xb = Xc = Xф, фазные токи равны по значению и углы сдвига фаз одинаковы

Ia = Ib = Ic = Iф = Uф / Zф (3.12)

φa = φb = φc = φ = arctg (Xф/Rф) (3.13)

Построив векторную диаграмму токов для симметричного приемника (рис. 3.8), легко установить, что геометрическая сумма трех векторов тока равна нулю: İa + İb + İc = 0. Следовательно, в случае симметричной нагрузки ток в нейтральном проводе IN = 0, поэтому необходимость в нейтральном проводе отпадает.

Рис. 3.8

При симметричной нагрузке

Zab = Zbc = Zca = Zejφ (3.22)

т.е. Zab = Zbc = Zca = Z, φab = φbc = φca = φ.

Так как линейные (они же фазные) напряжения UAB, UBC, UCA симметричны, то и фазные токи образуют симметричную систему

İab = Úab / Zab; İbc = Úbc / Zbc; İca = Úca / Zca.

Абсолютные значения их равны, а сдвиги по фазе относительно друг друга составляют 120°.

Линейные токи

İA = İab — İca; İB = İbc — İab; İC = İca — İbc;

образуют также симметричную систему токов (рис.3.13, 3.14).

Рис. 3.13

На векторной диаграмме (рис. 3.14) фазные токи отстают от фазных напряжений на угол φ (полагаем, что фазы приемника являются индуктивными, т.е. φ > 0°). Здесь принято, что напряжение UAB имеет нулевую фазу. Из диаграммы следует, что любой линейный ток больше фазного в раз. Линейный ток İAотстает по фазе от фазного тока İab на угол 30°, на этот же угол отстает İB от İbc, İC от İca.

Таким образом, при соединении треугольником действующее значение линейного тока при симметричной нагрузке в раз больше действующего значения фазного тока и UЛ = UФ; IЛ = IФ.

При равномерной нагрузке фаз расчет трехфазной цепи соединенной треугольником, можно свести к расчету одной фазы.

Фазное напряжение UФ = UЛ. Фазный ток IФ = UФ / ZФ, линейный ток IЛ = IФ, угол сдвига по фазе φ = arctg (XФ / RФ).

Рис. 3.14

Несимметричная нагрузка приемника

При симметричной системе напряжений и несимметричной нагрузке, когда Za ≠ Zb ≠ Zc и φa ≠ φb ≠ φcтоки в фазах потребителя различны и определяются по закону Ома

İa = Úa / Za; İb = Úb / Zb; İc = Úc / Zc.

Ток в нейтральном проводе İN равен геометрической сумме фазных токов

İN = İa + İb + İc.

Напряжения будут Ua = UA; Ub = UB; Uc = UC, UФ = UЛ / , благодаря нейтральному проводу при ZN = 0.

Следовательно, нейтральный провод обеспечивает симметрию фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке.

Поэтому в четырехпроводную сеть включают однофазные несимметричные нагрузки, например, электрические лампы накаливания. Режим работы каждой фазы нагрузки, находящейся под неизменным фазным напряжением генератора, не будет зависеть от режима работы других фаз.

Векторная диаграмма при несимметричной нагрузке приведена на рис. 3.9

Рис. 3.9

Несимметричная нагрузка приемника:

В общем случае при несимметричной нагрузке Zab ≠ Zbc ≠ Zca. Обычно она возникает при питании от трехфазной сети однофазных приемников. Например, для нагрузки, рис. 3.15, фазные токи, углы сдвига фаз и фазные мощности будут в общем случае различными.

Рис. 3.15

Векторная диаграмма для случая, когда в фазе ab имеется активная нагрузка, в фазе bc – активно-индуктивная, а в фазе ca – активно-емкостная приведена на рис. 3.16, топографическая диаграмма – на рис. 3.17.

Рис. 3.16

Построение векторов линейных токов произведено в соответствии с выражениями

İA = İab — İca; İB = İbc — İab; İC = İca — İbc.

Рис. 3.17

Таким образом, при несимметричной нагрузке симметрия фазных токов İab, İbс, İca нарушается, поэтому линейные токи İA, İB, İC можно определить только расчетом по вышеприведенным уравнениям (3.20) или найти графическим путем из векторных диаграмм (рис. 3.16, 3.17).

Важной особенностью соединения фаз приемника треугольником является то, что при изменении сопротивления одной из фаз режим работы других фаз остается неизменным, так как линейные напряжения генератора являются постоянными. Будет изменяться только ток данной фазы и линейные токи в проводах линии, соединенных с этой фазой. Поэтому схема соединения треугольником широко используется для включения несимметричной нагрузки.

При расчете для несимметричной нагрузки сначала определяют значения фазных токов İab, İbc, İca и соответствующие им сдвиги фаз φab, φbc, φca. Затем определяют линейные токи с помощью уравнений (3.20) в комплексной форме или с помощью векторных диаграмм (рис. 3.16, 3.17).

Трехпроводная электрическая цепь.

Схема соединения источника и приемника звездой без нейтрального провода приведена на рис. 3.10.

Рис. 3.10

При симметричной нагрузке, когда Za = Zb = Zc = Zφ, напряжение между нейтральной точкой источника N и нейтральной точкой приемника n равно нулю, UnN = 0.

Соотношение между фазными и линейными напряжениями приемника также равно , т.е. UФ = UЛ / , а токи в фазах определяются по тем же формулам (3.12, 3.13), что и для четырехпроводной цепи. В случае симметричного приемника достаточно определить ток только в одной из фаз. Сдвиг фаз между током и соответствующим напряжением φ = arctg (X / R).

При несимметричной нагрузке Za ≠ Zb ≠ Zc между нейтральными точками приемника и источника электроэнергии возникает напряжение смещения нейтрали UnN.

Для определения напряжения смещения нейтрали можно воспользоваться формулой межузлового напряжения, так как схема рис 3.10 представляет собой схему с двумя узлами,

(3.14)

где: Ya = 1 / Za; Yb = 1 / Zb; Yc = 1 / Zc – комплексы проводимостей фаз нагрузки.

Очевидно, что теперь напряжения на фазах приемника будут отличаться друг от друга. Из второго закона Кирхгофа следует, что

Úa = ÚA — ÚnN; Úb = ÚB — ÚnN; Úc = ÚC — ÚnN (3.15)

Зная фазные напряжения приемника, можно определить фазные токи:

İa = Úa / Za = Ya Úa; İb = Úb / Zb = Yb Úb; İc = Úc / Zc = Yc Úc (3.16)

Векторы фазных напряжений можно определить графически, построив векторную (топографическую) диаграмму фазных напряжений источника питания и UnN (рис. 3.11).

При изменении величины (или характера) фазных сопротивлений напряжение смещений нейтрали UnNможет изменяться в широких пределах. При этом нейтральная точка приемника n на диаграмме может занимать разные положения, а фазные напряжения приемника Úa, Úb и Úc могут отличаться друг от друга весьма существенно.

Таким образом, при симметричной нагрузке нейтральный провод можно удалить и это не повлияет на фазные напряжения приемника. При несимметричной нагрузке и отсутствии нейтрального провода фазные напряжения нагрузки уже не связаны жестко с фазными напряжениями генератора, так как на нагрузку воздействуют только линейные напряжения генератора. Несимметричная нагрузка в таких условиях вызывает несимметрию ее фазных напряжений Úa, Úb, Úc и смещение ее нейтральной точки n из центра треугольника напряжений (смещение нейтрали).

Рис. 3.11

Направление смещения нейтрали зависит от последовательности фаз системы и характера нагрузки.

Поэтому нейтральный провод необходим для того, чтобы:

· выравнивать фазные напряжения приемника при несимметричной нагрузке;

· подключать к трехфазной цепи однофазные приемники с номинальным напряжением в раз меньше номинального линейного напряжения сети.

Следует иметь в виду, что в цепь нейтрального провода нельзя ставить предохранитель, так как перегорание предохранителя приведет к разрыву нейтрального провода и появлению значительных перенапряжений на фазах нагрузки.

3) При соединение фаз обмотки генератора (или трансформатора) звездой их концы X, Y и Z соединяют в одну общую точку N, называемую нейтральной точкой (или нейтралью) (рис. 3.6). Концы фаз приемников (Za, Zb, Zc) также соединяют в одну точку n. Такое соединение называется соединение звезда.

Рис. 3.6

Провода A−a, B−b и C−c, соединяющие начала фаз генератора и приемника, называются линейными, провод N−n, соединяющий точку N генератора с точкой n приемника, – нейтральным.

Трехфазная цепь с нейтральным проводом будет четырехпроводной, без нейтрального провода – трехпроводной.

В трехфазных цепях различают фазные и линейные напряжения. Фазное напряжение UФ – напряжение между началом и концом фазы или между линейным проводом и нейтралью (UA, UB, UC у источника;Ua, Ub, Uc у приемника). Если сопротивлением проводов можно пренебречь, то фазное напряжение в приемнике считают таким же, как и в источнике. (UA=Ua, UB=Ub, UC=Uc). За условно положительные направления фазных напряжений принимают направления от начала к концу фаз.

Линейное напряжение (UЛ) – напряжение между линейными проводами или между одноименными выводами разных фаз (UAB, UBC, UCA). Условно положительные направления линейных напряжений приняты от точек, соответствующих первому индексу, к точкам соответствующим второму индексу (рис. 3.6).

По аналогии с фазными и линейными напряжениями различают также фазные и линейные токи:

· Фазные (IФ) – это токи в фазах генератора и приемников.

· Линейные (IЛ) – токи в линейных проводах.

При соединении в звезду фазные и линейные токи равны

IФ=IЛ (3.5)

Ток, протекающий в нейтральном проводе, обозначают IN.

По первому закону Кирхгофа для нейтральной точки n (N) имеем в комплексной форме

İN=İA+İB+İC (3.6)

Рис. 3.7

В соответствии с выбранными условными положительными направлениями фазных и линейных напряжений можно записать уравнения по второму закону Кирхгофа.

ÚAB=ÚA−ÚB; ÚBC=ÚB−ÚC; ÚCA=ÚC−ÚA (3.7)

Согласно этим выражениям на рис. 3.7а построена векторная диаграмма, из которой видно, что при симметричной системе фазных напряжений система линейных напряжений тоже симметрична: UAB, UBC,UCA равны по величине и сдвинуты по фазе относительно друг друга на 120° (общее обозначение UЛ), и опережают, соответственно, векторы фазных напряжений UA, UB, UC, (UФ) на угол 30°.

Действующие значения линейных напряжений можно определить графически по векторной диаграмме или по формуле (3.8), которая следует из треугольника, образованного векторами двух фазных и одного линейного напряжений:

UЛ=2UФcos30°

или

UЛ= UФ (3.8)

Предусмотренные ГОСТом линейные и фазные напряжения для цепей низкого напряжения связаны между собой соотношениями:

UЛ=660В;UФ=380В;
UЛ=380В;UФ=220В;
UЛ=220В;UФ=127В.

Векторную диаграмму удобно выполнить топографической (рис. 3.7б), тогда каждой точке цепи соответствует определенная точка на диаграмме. Вектор, проведенный между двумя точками топографической диаграммы, выражает по величине и фазе напряжения между одноименными точками цепи.

4) Несимметричная нагрузка приемника:

При симметричной системе напряжений и несимметричной нагрузке, когда Za ≠ Zb ≠ Zc и φa ≠ φb ≠ φcтоки в фазах потребителя различны и определяются по закону Ома

İa = Úa / Za; İb = Úb / Zb; İc = Úc / Zc.

Ток в нейтральном проводе İN равен геометрической сумме фазных токов

İN = İa + İb + İc.

Напряжения будут Ua = UA; Ub = UB; Uc = UC, UФ = UЛ / , благодаря нейтральному проводу при ZN = 0.

Следовательно, нейтральный провод обеспечивает симметрию фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке.

Поэтому в четырехпроводную сеть включают однофазные несимметричные нагрузки, например, электрические лампы накаливания. Режим работы каждой фазы нагрузки, находящейся под неизменным фазным напряжением генератора, не будет зависеть от режима работы других фаз.

Векторная диаграмма при несимметричной нагрузке приведена на рис. 3.9

Рис. 3.9

5) Для расчета трехфазной цепи применимы все методы, используемые для расчета линейных цепей. Обычно сопротивления проводов и внутреннее сопротивление генератора меньше сопротивлений приемников, поэтому для упрощения расчетов таких цепей (если не требуется большая точность) сопротивления проводов можно не учитывать (ZЛ = 0, ZN = 0). Тогда фазные напряжения приемника Ua, Ub и Uc будут равны соответственно фазным напряжениям источника электрической энергии(генератора или вторичной обмотки трансформатора), т.е. Ua = UA; Ub = UB; Uc = UC. Если полные комплексные сопротивления фаз приемника равны Za = Zb = Zc, то токи в каждой фазе можно определить по формулам

İa = Úa / Za; İb = Úb / Zb; İc = Úc / Zc (3.10)

В соответствии с первым законом Кирхгофа ток в нейтральном проводе

İN = İa + İb + İc = İA + İB + İC (3.11)

6) Трехпроводная электрическая цепь:

Схема соединения источника и приемника звездой без нейтрального провода приведена на рис. 3.10.

Рис. 3.10

При симметричной нагрузке, когда Za = Zb = Zc = Zφ, напряжение между нейтральной точкой источника N и нейтральной точкой приемника n равно нулю, UnN = 0.

Соотношение между фазными и линейными напряжениями приемника также равно , т.е. UФ = UЛ / , а токи в фазах определяются по тем же формулам (3.12, 3.13), что и для четырехпроводной цепи. В случае симметричного приемника достаточно определить ток только в одной из фаз. Сдвиг фаз между током и соответствующим напряжением φ = arctg (X / R).

При несимметричной нагрузке Za ≠ Zb ≠ Zc между нейтральными точками приемника и источника электроэнергии возникает напряжение смещения нейтрали UnN.

Для определения напряжения смещения нейтрали можно воспользоваться формулой межузлового напряжения, так как схема рис 3.10 представляет собой схему с двумя узлами,

(3.14)

где: Ya = 1 / Za; Yb = 1 / Zb; Yc = 1 / Zc – комплексы проводимостей фаз нагрузки.

Очевидно, что теперь напряжения на фазах приемника будут отличаться друг от друга. Из второго закона Кирхгофа следует, что

Úa = ÚA — ÚnN; Úb = ÚB — ÚnN; Úc = ÚC — ÚnN (3.15)

Зная фазные напряжения приемника, можно определить фазные токи:

İa = Úa / Za = Ya Úa; İb = Úb / Zb = Yb Úb; İc = Úc / Zc = Yc Úc (3.16)

Векторы фазных напряжений можно определить графически, построив векторную (топографическую) диаграмму фазных напряжений источника питания и UnN (рис. 3.11).

При изменении величины (или характера) фазных сопротивлений напряжение смещений нейтрали UnNможет изменяться в широких пределах. При этом нейтральная точка приемника n на диаграмме может занимать разные положения, а фазные напряжения приемника Úa, Úb и Úc могут отличаться друг от друга весьма существенно.

Таким образом, при симметричной нагрузке нейтральный провод можно удалить и это не повлияет на фазные напряжения приемника. При несимметричной нагрузке и отсутствии нейтрального провода фазные напряжения нагрузки уже не связаны жестко с фазными напряжениями генератора, так как на нагрузку воздействуют только линейные напряжения генератора. Несимметричная нагрузка в таких условиях вызывает несимметрию ее фазных напряжений Úa, Úb, Úc и смещение ее нейтральной точки n из центра треугольника напряжений (смещение нейтрали).

Рис. 3.11

Направление смещения нейтрали зависит от последовательности фаз системы и характера нагрузки.

Поэтому нейтральный провод необходим для того, чтобы:

· выравнивать фазные напряжения приемника при несимметричной нагрузке;

· подключать к трехфазной цепи однофазные приемники с номинальным напряжением в раз меньше номинального линейного напряжения сети.

Следует иметь в виду, что в цепь нейтрального провода нельзя ставить предохранитель, так как перегорание предохранителя приведет к разрыву нейтрального провода и появлению значительных перенапряжений на фазах нагрузки.

Симметричная нагрузка

Соединение фаз генератора и приемника треугольником

При соединении источника питания треугольником (рис. 3.12) конец X одной фазы соединяется с началом В второй фазы, конец Y второй фазы – с началом С третьей фазы, конец третьей фазы Z – c началом первой фазы А. Начала А, В и С фаз подключаются с помощью трех проводов к приемникам.

Рис. 3.12

Соединение фаз источника в замкнутый треугольник возможно при симметричной системе ЭДС, так как

(3.17)

ĖA + ĖB + ĖC = 0.

Если соединение обмоток треугольником выполнено неправильно, т.е. в одну точку соединены концы или начала двух фаз, то суммарная ЭДС в контуре треугольника отличается от нуля и по обмоткам протекает большой ток. Это аварийный режим для источников питания, и поэтому недопустим.

Напряжение между концом и началом фазы при соединении треугольником – это напряжение между линейными проводами. Поэтому при соединении треугольником линейное напряжение равно фазному напряжению.

(3.18)

UЛ = UФ.

Пренебрегая сопротивлением линейных проводов, линейные напряжения потребителя можно приравнять линейным напряжениям источника питания: Uab = UAB, Ubc = UBC, Uca = UCA. По фазам Zab, Zbc, Zca приемника протекают фазные токи İab, İbc и İca. Условное положительное направление фазных напряжений Úab, Úbc и Úca совпадает с положительным направлением фазных токов. Условное положительное направление линейных токов İA, İB и İC принято от источников питания к приемнику.

В отличие от соединения звездой при соединении треугольником фазные токи не равны линейным. Токи в фазах приемника определяются по формулам

(3.19)

İab = Úab / Zab; İbc = Úbc / Zbc; İca = Úca / Zca.

Линейные токи можно определить по фазным, составив уравнения по первому закону Кирхгофа для узлов a, b и c (рис 3.12)

(3.20)

İA = İab — İca; İB = İbc — İab; İC = İca — İbc.

Сложив левые и правые части системы уравнений, (3.20), получим

(3.21)

İA + İB + İC = 0,

т.е. сумма комплексов линейных токов равна нулю как при симметричной, так и при несимметричной нагрузке.

При симметричной нагрузке

(3.22)

Zab = Zbc = Zca = Zejφ,

т.е. Zab = Zbc = Zca = Z, φab = φbc = φca = φ.

Так как линейные (они же фазные) напряжения UAB, UBC, UCA симметричны, то и фазные токи образуют симметричную систему

İab = Úab / Zab; İbc = Úbc / Zbc; İca = Úca / Zca.

Абсолютные значения их равны, а сдвиги по фазе относительно друг друга составляют 120°.

Линейные токи

İA = İab — İca; İB = İbc — İab; İC = İca — İbc;

образуют также симметричную систему токов (рис.3.13, 3.14).

Рис. 3.13

На векторной диаграмме (рис. 3.14) фазные токи отстают от фазных напряжений на угол φ (полагаем, что фазы приемника являются индуктивными, т.е. φ > 0°). Здесь принято, что напряжение UAB имеет нулевую фазу. Из диаграммы следует, что любой линейный ток больше фазного в раз. Линейный ток İA отстает по фазе от фазного тока İab на угол 30°, на этот же угол отстает İB от İbc, İC от İca.

Таким образом, при соединении треугольником действующее значение линейного тока при симметричной нагрузке в раз больше действующего значения фазного тока и UЛ = UФ; IЛ = IФ.

При равномерной нагрузке фаз расчет трехфазной цепи соединенной треугольником, можно свести к расчету одной фазы.

Фазное напряжение UФ = UЛ. Фазный ток IФ = UФ / ZФ, линейный ток IЛ = IФ, угол сдвига по фазе φ = arctg (XФ / RФ).

Несимметрия напряжения

Несимметрия напряжений и токов трёхфазной системы является одним из важнейших показателей качества электроэнергии. Причиной появления несимметрии напряжений и токов являются различные несимметричные режимы системы электроснабжения. Широкое применение различного рода однофазных электротермических установок значительной мощности (до 10 МВт) и трёхфазных дуговых печей также привело к значительному увеличению доли несимметричных нагрузок на промышленных предприятиях. Подключение таких мощных несимметричных одно- и трёхфазных нагрузок к трёхфазным сетям вызывает в системах электроснабжения длительный несимметричный режим, который характеризуется несимметрией напряжений и токов.

В системах электроснабжения различают кратковременные (аварийные) и длительные (эксплуатационные) несимметрические режимы. Кратковременные несимметричные режимы обычно связаны с различными аварийными процессами, как, например, несимметричные КЗ, обрывы одного или двух проводов воздушной линии с замыканием на землю и т.д. Длительные несимметричные режимы обычно обусловлены несимметрией элементов электрической сети или подключением к системе электроснабжения несимметричных (одно-, двух- или трёхфазных) нагрузок.

Несимметрию напряжений и токов, обусловленную несимметрией элементов электрической сети, называют продольной. Примером продольной несимметрии являются неполнофазные режимы воздушных линийи несимметрия параметров фаз отдельных элементов сети. Продольная несимметрия характерна также для специальных систем электропередачи: два провода – земля (ДПЗ), два провода − рельсы (ДПР), два провода − труба (ДПР) и т.д.

Несимметрию напряжений и токов, вызванную подключением к сети многофазных и однофазных несимметричных нагрузок, называют поперечной. Поперечная несимметрия возникает также при неравенстве активных и реактивных сопротивлений отдельных фаз некоторых приёмников электроэнергии (дуговые электропечи).

Для анализа и расчётов несимметричных режимов в трёхфазных цепях в основном применяют метод симметричных составляющих, основанный на представлении любой трехфазной несимметричной системы величин(токов, напряжении, магнитных потоков)в виде суммыв общем случаетрёх симметричных систем величин. Эти симметричные системы, которые в совокупности образуют несимметричную систему величин, называют её симметричными составляющими. Симметричные составляющие отличаются друг отдруга порядком следования фаз, т.е. порядком, в котором фазные величины проходят через максимум, и называются системами прямой, обратной и нулевой последовательности.

Несимметрия междуфазных напряжений вызывается наличием составляющихобратной последовательности, а несимметрия фазных −ещё и наличием составляющих нулевой последовательности.

Несимметрия напряжения характеризуется двумя показателями:

— коэффициентом несимметрии напряжения обратной последовательности ;

— коэффициентом несимметрии напряжения нулевой последовательности .

Вычисляют коэффициент несимметрии напряжения обратной последовательности , %, как результатi-го наблюдения, по следующему выражению:

, (17)

где − действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трёхфазной системы напряжений вi-м наблюдении, В;− действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты вi-м наблюдении, В.

Вычисляют значение коэффициента несимметрии напряжения , %, как результат усредненияNнаблюденийна интервале времени равном 3 с, по формуле:

(18)

Число наблюдений .

Коэффициент несимметрии токов определяют аналогично.

Несимметрия по току значительно превышает несимметрию по напряжению. В линиях электропередачи и трансформаторах несимметрия тока снижает пропускную способность за счёт неравномерной загрузки фаз.

В практических расчётах коэффициент обратной последовательности в рассматриваемой точке сети возможно использование следующей формулы:

, (19)

где − размах изменения напряжения; − напряжение первой последовательности; ;;− суммарные потери мощности соответствующих однофазных нагрузок;− аргумента тока и напряжения коэффициента обратной последовательности (определяются по справочным таблицам).

Токи прямой и обратной последовательности определяют по выражениям:

; (20)

, (21)

где ;− мощности несимметричной нагрузки.

При наличии составляющих нулевой последовательности происходит смещение нейтрали трёхфазной системы, которое характеризуется коэффициентом неуравновешенности напряжений.

Вычисляют коэффициент несимметрии напряжения нулевой последовательности (коэффициентом неуравновешенности) , %, как результатi-го наблюдения, по следующему выражению:

, (22)

где − действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты трёхфазной системы напряжений вi-м наблюдении, В;− действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты вi-м наблюдении, В.

Вычисляют значение коэффициента несимметрии напряжения , %, как результат усредненияNнаблюденийпо формуле:

(23)

Число наблюдений .

Коэффициент нулевой последовательности не нормируется, т.к. не оказывает влияния на трёхфазных потребителей.

Симметричные составляющие напряжений прямой , обратнойи нулевойпоследовательностей определяют по известным соотношениям для симметричных составляющих прямой:

; (24)

; (25)

, (26)

где − фазные напряжения сети; − комплексное число, называемое фазным множителем;.

Например, в асинхронных двигателях (АД) несимметрия напряжения вызывает противодействующий вращающий момент, что в свою очередь влечёт за собой полезный момент двигателя. Снижение полезного момента равно квадрату коэффициента несимметрии, т.е.

(27)

В АД сопротивление обратной последовательности в 5–7 раз меньше сопротивления прямой последовательности, поэтому даже при небольшом напряжении обратной последовательности возникает значительный ток, обуславливающий быстрое старение изоляции обмоток. В среднем при срок службы АД сокращается в 2 раза.

Коэффициент несимметрии является нормативным показателем качества электроэнергии.В соответствии с ГОСТ 13109-97 нормально длительно допустим на зажимах любого трёхфазного симметричного приёмника электроэнергии. Предельно допустимое значение составляет 4%.

Несимметрия токов и напряжений

Эта статья должна быть полностью переписана. На странице обсуждения могут быть пояснения.

Несимметрия токов и напряжений — явление в многофазной (например, трёхфазной) сети переменного тока, при котором амплитуды фазных напряжений (токов) и/или углы между ними не равны между собой.

Причины несимметрии напряжений могут быть разными, но основная из них — это несимметрия токов в сети, обусловленная неравенством нагрузки по фазам.

В зависимости от схемы соединения вторичных обмоток трёхфазного трансформатора на питающей подстанции возможны различные последствия несимметрии.

Так при соединении обмоток звездой и четырёхпроводном питании потребителей (с нулевым проводом), возможны следующие ситуации:

  • Обрыв нулевого провода — в этом случае линейное напряжение остаётся неизменным, а фазовые напряжения распределяются между однофазными потребителями пропорционально их электрическому сопротивлению. Пусть, например, в момент обрыва нулевого провода в подъезде многоквартирного дома, в одной из квартир (подключённой, к примеру, к фазе А) работает компьютер мощностью 242 Вт (сопротивление 200 Ом), а в другой квартире (фаза Б) — утюг мощностью 2420 Вт (сопротивление 20 Ом). Такая ситуация является перекосом фаз. Пока ток протекает по нулевому проводу, не возникает разбаланса фазных напряжений — у обоих потребителей напряжение останется равным 220 В. При обрыве нулевого провода, линейное напряжение между фазами А и Б остаётся таким же, как и до обрыва, — равным 380 В, но в связи с отсутствием тока в оборванном нулевом проводе напряжения между электроприёмниками распределятся так: компьютер получит 380 * 200 / (200 + 20) = 345 В, а утюг — 34,5 В. В результате такой аварии компьютер выйдет из строя.
  • Короткое замыкание фазного провода на нулевой — в этом случае, если не сработает защита от коротких замыканий, напряжение между оставшимися фазами и нулевым проводом также увеличится. Значение напряжений в этом случае трудно предсказать, так как они сильно зависят от сопротивления проводов и внутреннего сопротивления трансформатора.

Расчёт несимметрии

Подробнее по этой теме см. Метод симметричных составляющих.

Обычно целью расчёта несимметрии (перекоса фаз) является разложение несимметричного трёхфазного напряжения на 3 симметричные составляющие: нулевой, прямой и обратной последовательности фаз. Расчёт удобно выполнять на векторной плоскости, изображая напряжение каждой фазы в виде вектора с модулем (величиной) и аргументом (фазой).

Расчёт можно выполнить по результатам измерения фазных и линейных напряжений сети, построив предварительно векторную диаграмму. Определить каждую из симметричных составляющих можно посредством такого сложения векторов напряжённости, при котором сумма векторов двух оставшихся составляющих равна нулю.

Сумма мгновенных значений симметричного трёхфазного напряжения равна нулю. Поэтому сумма 3-х векторов несимметричного фазного напряжения равна утроенному значению напряжения нулевой последовательности фаз.

При повороте вектора напряжения фазы В против часовой стрелки на 120 градусов, а фазы С — по часовой стрелке на такой же угол, сумма этих векторов и вектора фазы А равна утроенному значению вектора напряжения фазы А прямой последовательности фаз.

Если вектор фазы В повернуть по часовой стрелке, а фазы С — против, то сумма трёх векторов равна утроенному вектору фазы А напряжения обратной последовательности фаз.

ГОСТ 32144-2013 определяет два показателя качества электрической энергии для расчёта несимметрии напряжений трёхфазной сети:

  • K2U — коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности (%);
  • K0U — коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности (%).

Литература

  • Электротехнический справочник / под ред. А. Т. Голована, и др. — 3-е изд. — М—Л. : Госэнергоиздат, 1962. — Т. 1. — С. 140. — 736 с.

Посадка напряжения

Смотреть что такое «Посадка напряжения» в других словарях:

  • посадка напряжения — Внезапное значительное снижение напряжения в системе электроснабжения. EN voltage collapse sudden decrease in voltage leading to loss of voltage in the whole or a part of a power system NOTE – A cascading tripping of… … Справочник технического переводчика

  • посадка напряжения — 3.1.26 посадка напряжения : Внезапное значительное снижение напряжения в системе электроснабжения. Источник: СТО Газпром 2 2.3 141 2007: Энергохозяйство ОАО «Газпром». Термины и определения 24. Посадка… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Посадка напряжения — – внезапное значительное снижение напряжения в системе электроснабжения. ГОСТ 23875 88 … Коммерческая электроэнергетика. Словарь-справочник

  • посадка — 3.55 посадка: Геометрическое соответствие деталей, включающее допуски на размеры деталей при их конструировании и сопряжении. Источник: ГОСТ Р 51365 99: Оборудование нефтепромысловое добычное устьевое. Общие технические условия … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ 23875-88: Качество электрической энергии. Термины и определения — Терминология ГОСТ 23875 88: Качество электрической энергии. Термины и определения оригинал документа: Facteur de distortion (d’une tension ou d’un courant alternatif non sinusoïdal) 55 Определения термина из разных документов: Facteur de… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ Р 54130-2010: Качество электрической энергии. Термины и определения — Терминология ГОСТ Р 54130 2010: Качество электрической энергии. Термины и определения оригинал документа: Amplitude die schnelle VergroRerung der Spannung 87 Определения термина из разных документов: Amplitude die schnelle VergroRerung der… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • СТО Газпром 2-2.3-141-2007: Энергохозяйство ОАО «Газпром». Термины и определения — Терминология СТО Газпром 2 2.3 141 2007: Энергохозяйство ОАО «Газпром». Термины и определения: 3.1.31 абонент энергоснабжающей организации : Потребитель электрической энергии (тепла), энергоустановки которого присоединены к сетям… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Требования — 5.2 Требования к вертикальной разметке 5.2.1 На поверхность столбиков, обращенную в сторону приближающихся транспортных средств, наносят вертикальную разметку по ГОСТ Р 51256 в виде полосы черного цвета (рисунки 9 и 10) и крепят световозвращатели … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • давление — 2.3 давление: Механическая величина, характеризующая интенсивность сил, действующих на внутреннюю (внутреннее давление среды) или наружную (внешнее давление воды, грунта) поверхность трубопровода по нормали к ней. Источник: СТО Газпром 2 2.1 318… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Ил-76 — … Википедия

Несимметрия напряжений характеризуется следующими показателями:

— коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности;

— коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности.

Нормы приведенных показателей установлены в 1, 2.

1 Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны 2,0 и 4,0 % соответственно.

2 Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности в точках общего присоединения к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ равны 2,0 и 4,0 % соответственно.

Причины, которые вызывают несимметрию

Напряжение в трехфазной сети может быть симметричным. Несимметричное напряжение нормируется по его параметрам на основной частоте. Если амплитуды фазных напряжений равны и сдвиг фаз (угол между ними) одинаков, то напряжение симметрично. Аналогичное определение может быть распространено и на токи.

Рисунок 1 — Векторная диаграмма напряжений, иллюстрирующая искажение симметрии напряжения

При этом всегда при оценке несимметрии напряжения трехфазной сети в соответствии с требованиями ГОСТ 13109-97 имеют в виду напряжение (ток) основной частоты (1-я гармоника). Тогда как несим­метричная система может быть образована на любой частоте, в том числе и на частоте высших гармоник. Это обстоятельство необхо­димо учитывать при расчете или измерении симметричных составляющих напряжений (токов) в сети с несинусоидалышм напряже­нием следующим образом: сначала выделяют основную гармонику напряжения, а затем рассчитывают ее симметричные составляющие.

Причин несимметрии напряжений много, но основная из них — это несимметрия токов в сети, что обусловлено неравенством нагрузки по фазам. Значительная часть бытовых и промышленных электроприемников имеют одно- или двухфазное исполнение и при­соединяются к сетям 380 В. Именно для питания таких электропри­емников сети напряжением 380 В имеют четырехпроводное исполне­ние. Обмотка 380 В трансформаторов, питающих такие сети, соеди­нена в «звезду», а ее нейтраль выводится четвертым токоведушим проводом. Без «нулевого» провода эксплуатация сети невозможна. При его обрыве наступает аварийная ситуация, обусловленная существенной несимметрией напряжения. При этом на отдельных фазах напряжение приближается к междуфазному (380 В), а на дру­гих — к нулю.

Несимметрия напряжений наблюдается в сетях 6—10 кВ как результат нссимметрии нагрузки в сетях 380 В. Подключенные к сетям 6—10 кВ электроприемники имеют трехфазное исполнение. Однако и среди них имеются такие, которые способны создавать несимметрию. К ним относятся, например, дуговые сталеплавильные печи. Регулирование тока электрической дуги в таких печах осущест­вляется пофазно. В режиме расплава могут возникать и эксплуатаци­онные несимметричные короткие замыкания. Высокопроизводитель­ные ДСП-100 и ДСП-200 получают питание от сетей 110—330 кВ.

В сетях высокого напряжения несимметрия может быть обуслов­лена конструкцией линии из-за неравенства ее сопротивлений по фазам. Для симметрирования сопротивлений фаз линии проводят транспозицию фазных проводов, что требует сооружения специаль­ных транспозиционных опор. Конструкции таких опор сложные и дорогостоящие, кроме того, они являются элементами, повреждения в которых наиболее вероятны. Поэтому количество опор стремятся уменьшить, что, естественно, отражается на симметрии напряжений, но способствует повышению надежности электроснабжения.

Еше одна причина несимметрии напряжений — это неполнофазные режимы в сетях с изолированной нейтралью. Их относят к осо­бым, но допустимым по условиям эксплуатации режимам. Эти режимы допускают для сохранения электроснабжения потребителей в ущерб симметрии напряжений на приемном конце такой линии. К таким же особым режимам следует отнести режимы с замыканием на землю одной из фаз в сетях с изолированной нейтралью.

Несимметрию напряжений (токов) характеризуют симметрич­ными составляющими основной частоты прямой, обратной и нулеой последовательности. Прямая последовательность является основ­ной составляющей. Именно она определяет чередование фазных (междуфазных) напряжений и рабочее (номинальное) напряжение сети. Напряжение обратной и нулевой последовательности следует рассматривать как помеху, под влиянием которой в цепи трехфазной нагрузки протекают соответствующие токи. Эти токи не совершают полезной работы, приводя, например, к снижению вращающего момента на валу вращающихся машин и их дополнительному нагреву. Утроенное значение токов нулевой последовательности в нулевых проводах сетей напряжением 380 В приводит к их пере­грузке. Замыкаясь в обмотках трансформаторов, соединенных в «треугольник», токи нулевой последовательности создают эффект подмагничивания. Однако благодаря этому токи нулевой последова­тельности не проникают в сеть 6—10 кВ из сети 380 В.

Ущерб от искажения симметрии напряжения

Нормально и предельно допустимые значения коэффициента несим­метрии напряжения по обратной последовательности К2и согласно ГОСТ 13109—97 для сетей всех номинальных напряжений составляют соответственно ±2 и ±4 %.

Несимметрия трехфазной системы напряжений приводит к воз­никновению токов обратной последовательности I2U, а в четырехпроводных сетях — токов нулевой последовательности IOU.

Токи I2U вызывают дополнительный нагрев вращающихся машин, создавая отрицательный вращающий момент, снижают скорость вра­щения роторов асинхронных двигателей и производительность при­водимых ими механизмов. Снижение скорости вращения, т.е. увели­чение скольжения АД, сопровождается увеличенным потреблением реактивной мощности и, как следствие, снижением напряжения.

При несимметрии напряжений, составляющей 2 %, срок службы асинхронных двигателей ввиду дополнительных потерь активной Мощности сокращается на 10,8 %, синхронных — на 16,2 %, транс­форматоров — на 4 %, конденсаторов — на 20 %. Для того чтобы избежать дополнительного нагрева, нагрузка двигателя (момент на валу) должна быть снижена.

Согласно МЭК 892 номинальная нагрузка двигателя допускается при К2U < 1 %. При коэффициенте обратной последовательности 2 % нагрузка двигателя должна быть снижена до 96 %, при 3 % — до 90 %, при 4 % — до 83 % и при 5 % — до 76 %. Эти цифры справед­ливы при условии, что двигатель работает с постоянной нагрузкой т.е. в установившемся тепловом режиме.

Исследования, проведенные в энергосистемах Урала и Сибири, где источником несимметрии являются электрифицированные желез­ные дороги (ЭЖД), горно-обогатительные комбинаты, лесопромыш­ленные комплексы, показали, что максимальные значения К2U наблю­дались в пределах полигонов Западно-Сибирской электрифицирован­ной железной дороги: 1,5 % в сетях 220 кВ, 7,5 % в сетях 27,5 кВ и 9,2% в сетях 10,5 кВ. Аналогичные значения были получены при измерениях в сетях Южно-Уральской и Восточно-Сибирской ЭЖД.

Под воздействием этих искажений были зарегистрированы пре­ждевременный выход из строя крупных синхронных машин, насос­ных станций в западной части Иркутской энергосистемы, нарушения работы устройств сигнализации и блокировки на Южно-Уральской ЭЖД.

Опасные условия для эксплуатации четырехпроводных сетей напряжением 0,38 кВ с однофазной нагрузкой (коммунально-быто­вые сети, сети жилых зданий и поселков) создаются за счет смеще­ния нейтрали, обусловленного повышенным сопротивлением нуле­вого провода. Крайним аварийным режимом является режим, обусловленный обрывом нулевого провода, когда фазные напряжения (220 В) возрастают до междуфазных (380 В) или дости­гают близких к ним знаний.

Способы снижения несимметрии напряжения

Общая характеристика способов симметрирования

Существующие способы, направленные на симметрирование фазных токов в распределительной сети 0,38 кВ, ведущие к снижению дополнительных потерь и улучшению качества электрической энергии, можно разделить на следующие группы:

1) Периодическое выравнивание по фазам трёхфазной сети однофазных нагрузок (перераспределение однофазных нагрузок).

2) Уменьшение сопротивления нулевой последовательности отдельных элементов электрической сети (трансформаторов потребительских ТП и линий электропередачи).

3) Применение замкнутых и полузамкнутых схем.

4) Поперечная компенсация реактивной мощности.

Рассмотрим эти способы более подробно.

1. Перераспределение однофазных нагрузок

Это наиболее простой, доступный в условиях эксплуатации электрических сетей, способ, не требующий капитальных затрат. Его применение позволяет существенно уменьшить несимметрию напряжений и токов (ННТ) в электрических сетях с коммунально-бытовой и смешанной нагрузками.

Многолетние наблюдения в распределительных сетях 0,38 кВ показали, что правила симметричного подключения однофазной нагрузки нарушаются в 90% случаев. Такая халатность службы электрификации отдельных хозяйств приводит к тому, что хозяйство терпит значительные убытки от низкого качества и дополнительных потерь электрической энергии, обусловленных ННТ, но не предпринимает мер для обеспечения перераспределения нагрузок. Следует отметить, что некоторые хозяйства не имеют даже средств контроля распределения нагрузки, простых токоизмерительных клещей.

В месте с тем, перераспределение нагрузок производить необходимо, так как проведенными исследованиями установлено, что потери электрической энергии, обусловленные ННТ, могут быть снижены на 15…20 %. Кроме того, значительно улучшается качество электрической энергии и, в первую очередь, такие основные показатели качества как отклонение напряжения, коэффициенты обратной и нулевой последовательностей напряжения.

Поэтому, для минимизирования ННТ необходимо проводить следующие мероприятия.

1. Периодический (не реже одного раза в год) контроль состояния несимметрии токов и напряжений в распределительной сети 0,38 кВ,

путем осуществления замеров этих величин на трансформаторной подстанции (ТП).

  1. Замена неполнофазных ответвлений на полнофазные.
  2. Составление карты (схемы) распределения нагрузок в сети, и осуществление дальнейших подключений в соответствии с этой схемой.

2. Снижение сопротивления нулевой последовательности элементов электрической сети

Минимизация дополнительных потерь мощности, обусловленных несимметрией токов в сети 0,38 кВ возможна при уменьшении сопротивления нулевой последовательности её отдельных элементов. Вместе с тем, пользоваться этим способом необходимо весьма осторожно, так как исследованиями, проведёнными в Санкт-Петербургском ГАУ установлено, что уменьшение сопротивления R0 сети приводит к увеличению в ней токов нулевой и обратной последовательностей, т.е. к увеличению коэффициентов К0i и К2i,. Поэтому увеличение сечения нулевого провода более 0,75 сечения фазного провода не приводит к заметному снижению дополнительных потерь мощности в сельских распределительных сетях. Кроме того, известно, что сечения фазных и нулевого проводов выбираются по экономическим нагрузкам, которые соответствуют минимуму приведённых затрат. Переход на следующий номинал сечения провода требует дополнительных капитальных вложений, которые составляют 6% от стоимости сети 0,38 кВ. Это приводит к неоправданному удорожанию сети 0,38 кВ.

В качестве инструмента по снижению сопротивления нулевой последовательности линии использовать фонарный провод, как способ увеличения сечения нулевого провода. Однако данный способ не применим для снижения несимметрии токов по тем же причинам, что и непосредственное увеличение сечения нулевого провода. Кроме того, подключение осветительного провода на параллельную работу с нулевым проводом возможно только в дневное время суток, тогда как значительная несимметрия нагрузок проявляется в наибольшей мере в вечерние часы.

Снижение сопротивления нулевой последовательности сети 0,38 кВ может быть достигнуто заменой трансформатора со схемой соединения обмоток «звезда-звезда с нулём» на трансформатор со схемой соединения обмоток «звезда-зигзаг с нулём».

В сельских распределительных сетях 0,38 кВ наиболее распространёнными в настоящее время являются трансформаторы с соединением обмоток по схеме «звезда-звезда с нулём». Это обусловлено тем, что они имеют более простое конструктивное выполнение и меньшие размеры, а следовательно и меньшую стоимость по сравнению с трансформаторами с другой схемой соединения обмоток. К ним присоединяются как трёхфазные, так и однофазные электроприёмники. Однако эти трансформаторы имеют большое сопротивление токам нулевой последовательности, которое в среднем в 10 раз, а иногда и более, превышает сопротивление прямой последовательности.

В трансформаторах с соединением обмоток по схеме «звезда-зигзаг с нулём» на каждом сердечнике имеет место магнитное равновесие между первичными и вторичными ампервитками при однофазной нагрузке. Сопротивление нулевой последовательности вторичной обмотки таких трансформаторов пропорционально потокам рассеяния, создаваемым полуобмотками, расположенными на общем сердечнике. При правильном конструктивном выполнении обмоток этот поток рассеяния может быть уменьшен до нуля и индуктивность нулевой последовательности тоже может быть сведена к нулю.

Вместе с тем, соединение обмотки трансформатора «в зигзаг» требует большого расхода цветного материала. Вес обмотки, при прочих равных условиях, увеличивается приблизительно на 7%, а количество цветного материала увеличивается в 1,16 раза. Поэтому общий вес цветного материала всего трансформатора получается на 7…8 % больше, чем при соединении обмотки низшего напряжения «в звезду». В целом, из-за дополнительного расхода обмоточного провода, стоимость трансформатора с соединением обмоток по схеме «звезда-зигзаг с нулём» увеличивается на 30% по сравнению с трансформаторами с соединением обмоток по схеме «звезда-звезда с нулём».

Теоретические и экспериментальные исследования, проведённые в Санкт-Петербургском ГАУ, показали, что в сельских сетях 0,38 кВ с имеющимся уровнем несимметрии нагрузок в них невозможно обеспечить снижение потерь электроэнергии заменой трансформаторов со схемой «звезда-звезда с нулём» трансформаторами со схемой «звезда-зигзаг с нулём» или другими трансформаторами с малым сопротивлением нулевой последовательности Z0

по следующим причинам :

1) применение в сетях 0,38 кВ трансформаторов с малым сопротивлением нулевой последовательности приводит, по сравнению с трансформаторами со схемой «звезда-звезда с нулём», к увеличению в линии и трансформаторе токов нулевой и обратной последовательностей;

2) эквивалентное сопротивление нулевой последовательности сети с трансформаторами, имеющими малое сопротивление Z0, определяются в основном сопротивлением линии, которое на порядок выше сопротивления таких трансформаторов.

В связи с увеличением токов обратной последовательности в сети с трансформаторами, имеющими малое сопротивление Z0, в узлах нагрузки возрастает напряжение обратной последовательности, отрицательно влияющее на работу трёхфазных асинхронных электродвигателей. Поэтому применение таких трансформаторов в сетях со смешанной нагрузкой не рекомендуется.

Вместе с тем, трансформаторы с малым сопротивлением нулевой последовательности со схемой «звезда-зигзаг с нулём» и другие позволяют существенно снизить в узлах нагрузки напряжение нулевой последовательности. В связи с этим, их применение целесообразно в сельских сетях 0,38 кВ с коммунально-бытовой нагрузкой для повышения качества электрической энергии. Так, например, довольно эффективно применение специального трансформатора, разработанного в Белорусском ГАУ под руководством профессора А.П. Сердешнова

.3. Применение замкнутых и полузамкнутых схем сети 0,38 кВ

Снижение несимметрии токов за счёт дополнительного эффекта выравнивания нагрузок фаз может быть получено при переводе сети 0,38 кВ в режим полузамкнутой или замкнутой сети. В первом случае замыкается сеть, питающаяся от одного распределительного трансформатора (РТ), во втором — от нескольких РТ. Наиболее благоприятно, в отношении выравнивания нагрузок по фазам, замыкание линий, присоединяемых к одному РТ, поскольку напряжение на клеммах трансформатора при этом одинаково по величине и по фазе для всех линий. При этом точки токораздела устанавливаются между точками питания для каждой из фаз линии. Эти нагрузки будут тем больше выравниваться, чем больше будет число замыкаемых линий сети низшего напряжения.

Выравнивание нагрузки фаз в замыкаемых линиях снижает несимметрию напряжений вдоль линии. Поскольку в каждой из замыкаемых линий величины и фазы симметричных составляющих токов и напряжений являются случайными величинами, то математическое ожидание напряжения обратной последовательности составляет 33% от максимального в незамкнутых линиях.

Замыкания сети благоприятно сказывается на выравнивании нагрузок фаз и перераспределении симметричных нагрузок между участками сети. Таким образом, при замыкании сети повышается качество напряжения, уменьшаются потери за счёт разгрузки нулевого и фазных проводов. Однако в этом случае необходимо учитывать следующее:

— в замкнутой сети, содержащей в себе несколько распределительных трансформаторов, неизбежно будут протекать уравнительные токи, которые создают дополнительные потери мощности и электрической энергии;

экономическая эффективность данного способа уменьшается с увеличением числа замыкаемых магистралей.

4. Поперечная компенсация реактивной мощности

Использование конденсаторных установок поперечной компенсации реактивной мощности электрических сетей для снижения несимметрии токов достаточно полно рассмотрено во многих источниках.

Путём несимметричного распределения по фазам мощностей конденсаторных батарей, предназначенных для компенсации реактивной мощности в электрической сети, можно одновременно с повышением коэффициента мощности добиться компенсации токов обратной последовательности в линии и трансформаторе. Следует отметить, что этот способ может быть применим в том случае, когда обеспечивается определённая стабильность несимметрии нагрузок в сети, что характерно для ННТ.

Несимметрия напряжения. Расчет коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности и оценка его допустимости

Несимметричным режимом работы системы электроснабжения называют такой режим, при котором условия работы одной или всех фаз сети оказываются неодинаковыми. Различают кратковременные и длительные несимметричные режимы. Кратковременная несимметрия обычно связана с аварийными процессами в электрических сетях, такими как КЗ, обрыв проводников с замыканием на землю, отключение фазы при однофазном АПВ. Длительная несимметрия возникает при наличие несимметрии в том или ином элементе электрической сети или при подключении к системе электроснабжения несимметричных приемников электрической энергии. К числу таких приемников относятся осветительные приборы, однофазные установки электросварки, индукционные и дуговые сталеплавильные печи, установки электрошлакового переплава, электровозы переменного тока.

Наличие несимметрии нагрузок фаз вызывает появление токов обратной и нулевой последовательности. Эти токи, протекая по элементам сети, вызывают в них падения напряжения соответственно обратной и нулевой последовательности, которые, складываясь с напряжением прямой последовательности промышленной частоты, приводят к возникновению несимметрии напряжения сети.

Несимметрия напряжения характеризуется следующими показателями:

  • коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности;
  • коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности.

Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны 2,0 и 4,0 % соответственно.

Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности в точках общего присоединения к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ равны 2,0 и 4,0 % соответственно.

Коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности

%, (6.1)

где – действующее значение обратной последовательности напряжения,

. (6.2)

Здесь – эквивалентный ток обратной последовательности, обусловленный несимметричными нагрузками;

– суммарное сопротивление обратной последовательности сети.

При подключении однофазных нагрузок на линейное напряжение ток обратной последовательности и начальная фаза этого тока определяются по соотношениям

, (6.3)

(6.4)

или через мощности

, (6.5)

, (6.6)

где – фазный угол нагрузки.

В общем случае относительное значение сопротивления обратной последовательности по отношению к секции или системе шин

, (6.7)

где – номинальная мощность и фазный угол i-го присоединения линейной или нелинейной части нагрузок; – относительное значение полной проводимости i-го присоединения.

. (6.8)

Обычно определение коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности проводится по схеме замещения сети с представлением ее элементов в виде проводимостей:

, (6.9)

При этом сопротивления обратной последовательности элементов схем замещения определяются по выражениям

• сопротивление системы –

, (6.10)

• сопротивление батареи конденсаторов –

, (6.11)

• сопротивление симметричной нагрузки –

, (6.12)

где при ; при ,

• сопротивление двигателя –

, (6.13)

где ;

– кратность пускового тока,

• сопротивление преобразователей –

, (6.14)

где — потребляемая мощность преобразователя.

Пример 4.

К шинам распределительного устройства подключены следующие нагрузки (рис.6.1): трехфазная симметричная мощностью , две однофазные мощностью и , включенные на разные междуфазные напряжения, и батарея статических конденсаторов мощностью . Мощность короткого замыкания на шинах распределительного устройства . Требуется определить коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности и оценить его допустимость.

Рис. 6.1

Расчет несимметрии напряжения производится по схеме замещения сети обратной последовательности (рис.6.2), в которой источник несимметрии (однофазная нагрузка) учитывается током обратной последовательности (I2), а элементы схемы (симметричная нагрузка, БСК, система) представляются в виде проводимостей обратной последовательности.

Схема замещения сети представлена на рис. 6.2.

Рис. 6.2

Параметры схемы замещения:

,

,

Суммарная проводимость обратной последовательности

,

Мощность однофазной (эквивалентной) нагрузки, включенной на линейные напряжения (UАВ и UВС):

Ток обратной последовательности однофазной нагрузки определяется по выражению

,

Напряжение обратной последовательности

Коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности

%.

Для данной схемы нормально допустимое значение коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности равно .

При этом получаем , следовательно, совместная работа трехфазной и однофазной нагрузок допустима.

Предыдущая1234567

Дата добавления: 2016-04-22; просмотров: 2576;

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *