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
, (6.10)
• сопротивление батареи конденсаторов –
, (6.11)
• сопротивление симметричной нагрузки –
, (6.12)
где 
при 
; 
при 
,
, (6.13)
где 
;
– кратность пускового тока,
, (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.
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.
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.
Дата добавления: 2016-04-22 ; просмотров: 3380 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Нормируемые показатели:
- коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;
- коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности.
Причины выхода показателей за пределы норм состоят в использовании различных несимметричных или однофазных ЭП, таких, как:
- дуговые сталеплавильные печи;
- тяговые нагрузки железных дорог на переменном токе;
- электросварочные агрегаты;
- осветительные установки;
- однофазная коммунально-бытовая нагрузка.
Влияние на работу различных ЭП
Несимметричные токи нагрузки, протекающие по элементам системы электроснабжения, вызывают в них несимметричные падения напряжения. Вследствие этого на выводах ЭП появляется несимметричная система напряжений. Отклонения напряжения у ЭП перегруженной фазы могут превысить допустимые значения. Кроме ухудшения режима напряжения у ЭП, при несимметричном режиме существенно ухудшаются условия работы как самих ЭП, так и всех элементов сети, что ведет к снижению надежности работы электрооборудования и системы электроснабжения в целом.
Качественно отличается действие несимметричного режима от симметричного у таких распространенных трехфазных ЭП, как асинхронные двигатели (АД). Сопротивление обратной последовательности АД примерно в 5 раз меньше сопротивления прямой последовательности. Поэтому даже небольшая несимметрия напряжений вызывает значительные токи обратной последовательности, что ведет к дополнительному нагреву статора и ротора. Все это в итоге приводит к ускоренному старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности двигателя.
При несимметрии напряжений сети в синхронных машинах наряду с возникновением дополнительных потерь активной мощности и нагревом статора и ротора могут возникнуть опасные вибрации в результате появления знакопеременных вращающих моментов и тангенциальных сил, пульсирующих с двойной частотой сети.
В случае наличия токов обратной и нулевой последовательности увеличиваются суммарные токи в отдельных элементах сети, что приводит к увеличению суммарных потерь мощности (энергии) и может быть недопустимо с точки зрения нагрева.
Отметим, что значительные токи нулевой последовательности, протекающие через нулевой проводник недостаточного сечения, могут вызвать его сильный нагрев. Зафиксирован ряд случаев возникновения пожаров в зданиях из-за перегрева нулевых проводников, сечение которых составляло 25 или 50 % фазного провода.
При постоянном протекании токов нулевой последовательности через заземлители последние высушиваются, а их сопротивление увеличивается. Это отрицательно воздействует на работу систем релейной защиты и железнодорожной блокировки, что может привести к очень тяжелым последствиям. Несимметрия напряжений значительно ухудшает режимы работы многофазных вентильных выпрямителей из-за значительного увеличения пульсации выпрямленного напряжения, ухудшаются условия работы систем импульсно-фазового управления тиристорных преобразователей.
Конденсаторные установки при несимметрии напряжений неравномерно загружаются реактивной мощностью по фазам, что делает невозможным полное использование их установленной мощности. Кроме того, конденсаторные установки в этом случае усиливают уже существующую несимметрию, так как выдача реактивной мощности в сеть в фазе с наименьшим напряжением будет меньше, чем в остальных фазах.
Ответственность и меры компенсации
В ГОСТе указывается,что ответственность за нарушение норм по показателям коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности и коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности лежит на потребителях с несимметричной нагрузкой.
Снижение несимметрии напряжения достигается либо уменьшением сопротивления сети токам обратной и нулевой последовательности, либо снижением уровней этих токов. Учитывая, что сопротивления внешней сети одинаковы для токов прямой и обратной последовательности, снизить эти сопротивления возможно лишь путем подключения мощной однофазной нагрузки через отдельный трансформатор на шины с большой Sкз. Снижение систематической несимметрии в сетях низкого напряжения осуществляется рациональным распределением однофазных нагрузок между фазами с таким расчетом, чтобы сопротивления этих нагрузок были равны между собой.
Если несимметрия напряжения не может быть снижена путем схемных решений, то применяют симметрирующие устройства (СУ). В качестве таких устройств применяют несимметрично включенные конденсаторные батареи (рис. 4).
Для снижения несимметрии, которая является результатом случайных процессов, применяются автоматические СУ, которые состоят из конденсаторов и реакторов, собранных в параллельные группы и подключаемых в зависимости от изменения тока или напряжения обратной последовательности. Разработан ряд СУ на базе трансформаторов, например, трансформаторов с вращающимся магнитным полем, представляющих собой несимметричную нагрузку или позволяющих осуществлять пофазное регулирование напряжения.
5. Отклонение частоты
Нормируемый показатель:
- отклонение частоты.
Причина выхода показателя за пределы норм заключается в изменении величин генерируемой и (или) потребляемой мощности в энергосистеме.
Влияние на работу различных ЭП
Как известно, большинство основных технологических линий на промышленных предприятиях с непрерывным циклом производства оборудовано механизмами с постоянным и вентиляторным моментами сопротивлений. Приводами этих механизмов служат асинхронные двигатели. Частота вращения роторов АД пропорциональна изменению частоты сети, а производительность технологических линий зависит от частоты вращения двигателя.
Наиболее чувствительны к снижению частоты двигатели собственных нужд электрических станций. Снижение частоты приводит к снижению их производительности, что сопровождается снижением располагаемой мощности генераторов, дальнейшим дефицитом активной мощности и снижением частоты. В итоге, как показывает практика, может возникнуть так называемая лавина частоты, следствием которой может стать отключение электроснабжения целых районов.
Кроме этого, пониженная частота в электрической сети отрицательно влияет на срок службы оборудования, содержащего элементы со сталью (электрические машины, трансформаторы, реакторы), вследствие увеличения тока намагничивания и дополнительного нагрева стальных сердечников. Следует также отметить, что отклонения частоты отрицательно влияют на работу телевизионных приемников, вызывая яркостные и геометрические фоновые искажения телевизионного изображения.
Ответственность и меры компенсации
Ответственность за поддержание в норме показателя «отклонение частоты», согласно ГОСТ, целиком лежит на энергоснабжающих организациях, в ведении которых находятся мощные генераторы. Для предотвращения общесистемных аварий, вызванных снижением частоты, используются комплектные устройства защиты с функцией автоматической частотной разгрузки (АЧР), отключающие часть менее ответственных потребителей. После ликвидации дефицита мощности устройства защиты выполняют функцию частотного автоматического повторного включения (АПВЧ), что обеспечивает ввод отключенных потребителей и восстановление нормальной работы энергосистемы.
6. Электромагнитные переходные помехи
Ненормируемые показатели:
- длительность провала напряжения;
- импульсное напряжение;
- коэффициент временного перенапряжения.
Причины ухудшения показателей
Три перечисленных показателя можно отнести к характеристикам различных электромагнитных переходных помех, возникающих при электромагнитных переходных процессах, которые имеют место в электрических сетях в результате возникновения различных видов коротких замыканий, ударов молний в элементы сети, действий систем релейной защиты и автоматики, коммутаций различного электрооборудования, обрывов нулевого провода в сетях 0,4 кВ. Кроме того, провалы напряжения могут быть обусловлены ошибочными действиями персонала и ложными срабатываниями средств защиты и автоматики.
Влияние на работу различных ЭП
Очевидно, что провалы напряжения отрицательно сказываются на любых ЭП. Так как по ГОСТ провалом напряжения считается его снижение более чем на 10 %, то нетрудно догадаться, что большая часть современного электрооборудования и приборов при возникновении провала отключается. А те ЭП, которые не отключаются — продолжают работать в ухудшающихся условиях и выходят из строя. Перенапряжения и импульсные напряжения сказываются в первую очередь на изоляции любых ЭП. В особо тяжелых условиях изоляция пробивается и оборудование выходит из строя.
Ответственность и меры компенсации
По ГОСТ ответственными за показатели длительность провала напряжения, импульсное напряжение, коэффициент временного перенапряжения являются энергоснабжающие организации. Для компенсации перенапряжений и импульсных напряжений используются нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН), а также трубчатые и вентильные разрядники.
В заключение хочется отметить, что с ростом научно-технического прогресса, с внедрением новых технологий острота проблемы повышения качества электричsеской энергии нарастала и будет нарастать. Наряду с определенными успехами исследователей в этой области следует признать, что эта проблема еще до конца не изучена и требует дальнейшей проработки.
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
