Меню

Расчет коэффициента несимметрии тока



Расчет несимметрии токов и напряжений

В электрических сетях несимметрия может быть продольной и поперечной. Продольная несимметрия обуславливается неравенством сопротивлений в трехфазной системе (когда воздушная линия прокладывается не по треугольнику, а в одной плоскости).

На промышленных предприятиях в основном возникает поперечная несимметрия. Поперечная несимметрия вызывается несимметрией нагрузки (на две фазы, на фазу и нуль, по схеме открытого треугольника). Нарушается симметрия токов, появляются обратная и нулевая последовательности, прохождение которых по сетям приводит к появлению несимметрии напряжения на шинах источника питания. Наличие несимметрии приводит к тому, что в асинхронных двигателях возникает обратный момент, они перегреваются и уменьшается коэффициент мощности.

Для расчета коэффициентов несимметрии (обычно на промышленном предприятии определяющей является обратная последовательность) обратной последовательности составляется расчётная схема. В расчетной схеме должны быть указаны расчётные трехфазные и однофазные нагрузки.

Расчетную схему составим для источника несимметрии – машин дуговой сварки. Несимметрия появляется вследствие несимметричной нагрузки (на парах фаз АВ и ВС – по две машины, на паре фаз СА – одна машина). Расчетная схема показана на рисунке 13.5

Рисунок 13.5 — Расчетная схема

В схеме замещения источник несимметрии показывается источником напряжения, а все ветви проводимостью обратной последовательности. Схема замещения приведена на рисунке 13.6

Рисунок 13.6 -Схема замещения обратной последовательности

где: YS – результирующая проводимость нагрузки обратной последовательности;

Y2c – проводимость системы, обратной последовательности.

Несимметрия характеризуется коэффициентом несимметрии:

где U2 – напряжение обратной последовательности, В;

Uн – номинальное напряжение источника несимметрии, В.

Согласно ГОСТ 13109-97 в электрической сети до 1000 В допустимое значение К2u = 2 %.

Для кабельных линий, и трансформаторов: (Z1 – сопротивление прямой последовательности, Z2 – сопротивление обратной последовательности).

Определим сопротивление высоковольтной кабельной линии 10 кВ обратной последовательности:

где Rкл10 и Xкл10 — активное и индуктивное сопротивление кабельной линии 10 кВ, , по формулам (11.2), (11.3).

Определим сопротивление трансформатора обратной последовательности:

где Rт и Xт — активное и индуктивное сопротивление трансформатора,

, по формулам (11.4), (11.6).

Определим сопротивление низкой сети обратной последовательности:

Определяем активное и индуктивное сопротивление магистрального шинопровода КТА2500, l = 12 м:

где: R0шма — удельное активное сопротивление магистрального шинопровода, мОм/м;

Х0шма — удельное реактивное сопротивление магистрального шинопровода, мОм/м;

Lшма — длина магистрального шинопровода, м.

Определяем активное и индуктивное сопротивление кабельной линии 0,4 кВ, выполненной кабелем 2хАВВГ (4х50), l = 30 м:

где: R0кл0,4 — удельное активное сопротивление кабельной линии 0,4 кВ, мОм/м;

Х0кл0,4 — удельное реактивное сопротивление кабельной линии 0,4 кВ, мОм/м;

Lкл0,4 — длина кабельной линии 0,4 кВ, м.

Тогда сопротивления низкой сети:

где Rнс и Xнс — активное и индуктивное сопротивление низкой сети,

Определим результирующее сопротивление нагрузки, обратной последовательности:

Определяем результирующую проводимость нагрузки обратной последовательности:

Определяем проводимость системы обратной последовательности:

где Z2c = Zc = j×xc = j×0,52 мОм – сопротивление системы обратной последовательности.

Определим результирующую проводимость обратной последовательности:

Определим результирующее сопротивление обратной последовательности:

Определим модуль результирующего сопротивления:

Определим ток обратной последовательности:

где: =49280 ВА – эффективная однофазная мощность машины дуговой сварки по формуле (5.2);

Uн = 380 В – номинальное напряжение машины дуговой сварки.

Определим напряжение обратной последовательности:

Тогда коэффициент обратной последовательности будет равен:

Полученный коэффициент несимметрии удовлетворяет требованиям ГОСТа. Установки специальных устройств по уменьшению несимметрии не требуется.

14 Расчёт заземляющего устройства

Для установок, имеющих напряжение до 1000 В и выше, получаются два значения нормативных сопротивлений заземляющего устройства:

Rзу = 4 Ом – для стороны до 1000 В;

– для стороны выше 1000 В.

За расчётное значение должно быть принято меньшее из этих двух значений, как обеспечивающее безопасность. Определяем сопротивление заземляющего устройства:

где Iз = 7 А — емкостной ток замыкания на землю сети выше 1000В, (по заданию).

Таким образом, определяющим для расчёта является требование:

Определяется расчетное удельное сопротивление земли:

где Кс=1,1-1,35 – коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта;

r – удельное сопротивление грунта, измеренное при нормальной влажности; (r=160 Ом×м – из задания).

Заземляющее устройство выполняем в виде контура (прямоугольника) из горизонтальных и вертикальных заземлителей. В качестве вертикальных электродов используем арматурный пруток диаметром 12 мм и длиной l=5 м. Верхний конец электрода находится ниже уровня земли на 0,7 м.

Сопротивление одного вертикального электрода:

Определяем ориентировочное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования вертикальных электродов Ки.в=0,5

Предварительно принимаем n = 22.

Горизонтальные электроды выполняем из полосовой стали 40´4 мм. Общая длина полосы, при отношении расстояния между заземлителями к их длине, равным 1, l = 110 м.

Определяется сопротивление полосы, соединяющей вертикальные электроды:

где – сопротивление горизонтальной полосы:

Ки.г – коэффициент использования горизонтальных электродов (Ки.г=0,3-0,4).

Определяется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом горизонтальной полосы:

Определяется уточненное число вертикальных электродов

Окончательно приминаем в контуре 12 вертикальных заземлителя.

План заземления подстанции показан на рисунке 14.1.

Источник

Несимметрия трехфазных напряжений и токов

Несимметричные режимы обусловливаются тремя причинами:

  • неодинаковыми нагрузками фаз элементов сети, вызываемыми работой ЭП с нестабильной нагрузкой фаз (например, дуговых сталеплавильных печей) и однофазных ЭП (особенно это заметно в сетях 0,4 кВ, хотя и в промышленности существуют однофазные ЭП достаточно большой мощности);
  • неполнофазной работой линий, вызванной кратковременным отключением одной из фаз линии при коротких замыканиях или более долговременным отключением при пофазных ремонтах, наличием поперечных реакторов не во всех фазах линии и т. п.;
  • неравенством фазных параметров линий. Небольшое отличие фазных параметров обусловлено различием расположения проводов на опоре. Для выравнивания фазных параметров на линиях большой длины и высоких напряжений (330–750 кВ) осуществляют транспозицию проводов (поочередное изменение расположения фаз). Несимметрия напряжений, обусловленная этой причиной, на порядок меньше первых двух.

Наиболее частой причиной несимметрии напряжений на практике является неравенство токовых нагрузок фаз. При этом различают два вида несимметрии: систематическую и вероятностную несимметрию. Характерной чертой систематической несимметрии является постоянная перегрузка одной из фаз; в этом случае производят выравнивание нагрузок фаз путем переключения части нагрузок с перегруженной на недогруженную фазу.

Вероятностная несимметрия характеризуется попеременной перегрузкой то одной, то другой фазы (перемежающаяся несимметрия). В сетях 0,4 кВ городов и сельских населенных пунктов несимметрия напряжений вызывается в основном тем, что к этим сетям подключаются бытовые ЭП, являющиеся преимущественно однофазными, а в сетях более высоких напряжений – наличием у потребителей мощных однофазных нагрузок и трехфазных, но с неодинаковым потреблением по фазам. К последним относятся, в частности, дуговые сталеплавильные печи. Ток, проходящий по дуге каждой фазы, определяется расстоянием между электродом и шихтой.

Обвалы шихты в период ее расплава не позволяют поддерживать одинаковые расстояния во всех фазах и их токи оказываются разными. Другим мощным источником несимметрии являются тяговые подстанции 275 U1A U1A а б U1C U1C U1B U2A U0A ϕ2 ϕ0 U2B U U0B 2C U0C U2C U0C UC U2B U1B U0A U0B UA UB железнодорожного транспорта, электрифицированного на переменном токе, так как электровозы являются однофазными электроприемниками.

Любую несимметричную систему трех напряжений можно разложить на три симметричные системы: прямой последовательности U1 , чередование фаз которой совпадает с чередованием фаз исходной системы, обратной последовательности U2 , чередование фаз которой противоположное, и нулевой последовательности U0 , все векторы которой направлены одинаково (рис. 8.2).

Система векторов междуфазных (линейных) напряжений UBA, UAC, UCB замкнута (составляется в треугольник), поэтому нулевая последовательность в ней присутствовать не может. Система векторов фазных напряжений UA, UB, UC при наличии нулевой последовательности разомкнута; геометрическая сумма векторов равна утроенному значению напряжения нулевой последовательности.

Воздействие несимметричной системы напряжений на электрооборудование такое же, как трех симметричных систем. Суть этого воздействия на однофазные и трехфазные ЭП различна. Для однофазных ЭП значение имеет лишь напряжение той фазы, к которой они подключены. Так как средства РН в ЦП изменяют напряжения одинаково во всех трех фазах, то соотношение между напряжениями остается неизменным. В результате отклонение напряжения во всех фазах в ряде случаев не удается поддерживать в допустимых пределах.

Читайте также:  Разделение электроустановок в отношении опасности поражения электрическим током 1

Для трехфазных ЭП (например, трехфазных двигателей) воздействие обусловлено обратным чередованием фаз напряжения обратной последовательности. Так как U1 значительно больше U2 , двигатель вращается в соответствии с чередованием фаз прямой последовательности, а обратная оказывает на него тормозящее действие.

Несимметрия трехфазных напряжений и токов

Рис. 8.2. Разложение несимметричной системы векторов на симметричные составляющие

Это вызывает некоторое снижение скорости вращения асинхронного двигателя (увеличивается скольжение s), скорость же вращения синхронного двигателя, естественно, измениться не может. В обмотках двигателей возникает ток обратной последовательности, значение которого определяется сопротивлением обратной последовательности обмоток.

Сопротивление обмоток двигателя зависит от скольжения ротора относительно статора s и выражается зависимостью, показанной на рис. 8.3.

Несимметрия трехфазных напряжений и токов

При нормальной работе асинхронного двигателя скольжение мало (s

Рис. 8.3. Зависимость сопротивления асинхронного двигателя от скольжения

Для заторможенного двигателя s = 1, а сопротивление резко падает до хк. Отношение xc /хк определяет кратность пускового тока (обычно kп = 4 – 7). При увеличении скольжения до s = 2 (поле статора вращается в одну сторону, а ротора – в другую, что имеет место для токов обратной последовательности) значение хд практически не изменяется по сравнению с хк. А это значит, что для токов обратной последовательности сопротивление двигателя в kп раз меньше, чем для прямой последовательности. Поэтому, например, при возникновении на вводе двигателя с kп = 7 напряжения обратной последовательности U2 = 3 % ток обратной последовательности в его обмотках составит 21 % тока прямой последовательности, что вызовет их дополнительный нагрев.

Классическая запись уравнений связи между векторами U А, U В, U С и векторами U 1 , U 2 , U 0 симметричных составляющих имеет вид:

Несимметрия трехфазных напряжений и токов

где множители a и a2 представляют собой операторы поворота векторов на 120° и 240°.

Уравнения (8.5) записаны для векторов фазных напряжений, очередность прохождения которыми действительной оси имеет вид UA, UB, UC. Очередность прохождения действительной оси вектора xд xс xк s 1 2 ми междуфазных напряжений имеет вид UAВ , UBС , UCA. Для междуфазных напряжений в приведенных формулах заменяют величины в соответствии с приведенной их последовательностью.

Вектор, как известно, характеризуется двумя параметрами: модулем и углом его расположения на плоскости. Использование формул (8.5) для расчета симметричных составляющих предполагает измерение не только модулей напряжений, но и углов между их векторами. Это осуществляется специальными приборами, фиксирующими моменты перехода мгновенных напряжений фаз через ноль. Погрешности измерения углов добавляются к погрешности измерения модулей напряжений и ухудшают общую точность измерения. Погрешности измерения углов увеличиваются при наличии в сети высших гармоник (иногда в точке, близкой к нулю, возникают многочисленные пересечения нуля) и при резкопеременных нагрузках, приводящих к нестабильности периода основной частоты (см. п. 8.1.1). В метрологических стандартах рекомендуется при измерениях моментов перехода мгновенных напряжений фаз через ноль принимать меры по подавлению высших гармоник. Кроме того, в практике эксплуатации сетей линейные и фазные напряжения измеряют не с помощью дорогих специальных приборов, а с помощью обычных вольтметров. При этом углы расположения векторов на плоскости остаются неизвестными.

Вместе с тем данная проблема кажется искусственной. Измерения углов не являются обязательными, если все параметры симметричных составляющих, включая и углы сдвига между ними, можно определить по строгим алгебраическим формулам на основе измерения только модулей напряжений. Такие формулы приведены ниже (выводы даны в прил. 6).

Параметры напряжений прямой и обратной последовательности междуфазных напряжений определяют по формулам:

Несимметрия трехфазных напряжений и токов

где угол ϕ2 является углом вектора U2 по отношению к вектору U1 .

В формуле (8.6) символами a2 , a4 и a22 обозначены соответственно сумма квадратов линейных напряжений, сумма четвертых степеней и сумма попарных произведений квадратов. При определении U1 в числителе подкоренного выражения (8.6) принимают знак «+», а при определении U2 – знак «–». Если знаменатель (8.7) отрицателен, то к углу ϕ2 , определенному по (8.7), надо прибавить 180°. 278 В прил. 6 приведены также другие алгебраические выражения для прямой и обратной последовательности, дающие абсолютно идентичные результаты.

Прямую и обратную последовательности в фазных напряжениях определяют исходя из соотношений: U1ф = U1 / 3 и U2ф = U2 / 3 . Угол ϕ2ф между U2ф и U1ф связан с углом между U2 и U1 соотношением ϕ2ф = ϕ2 + 60°. Параметры нулевой последовательности нельзя определить на основе измерения только фазных напряжений – необходимо использовать уже полученные для междуфазных напряжений значения U1 , U2 и ϕ2 и вычислить по ним вспомогательные величины:

Несимметрия трехфазных напряжений и токов

Несимметрия трехфазных напряжений и токов

Затем вычисляют величину

После этого параметры напряжения нулевой последовательности определяют по формулам:

Несимметрия трехфазных напряжений и токов

Приведенные формулы являются точными алгебраическими выражениями, так как получены без допущений. При компьютерной обработке данных сложность формул не имеет значения, поэтому применять приближенные формулы не рекомендуется. Кроме того, симметричные составляющие приходится рассчитывать и для токов, а в них обратная и нулевая последовательности имеют гораздо более высокие значения, чем в напряжениях. Поэтому допущения, принятые при выводе приближенных формул для напряжений (например, пренебрежение заведомо малыми величинами), могут оказаться неприемлемыми при использовании этих формул для токов.

В оценочных расчетах прямую последовательность можно принимать равной среднему значению трех измеренных напряжений, а обратную – равной 62 % разности наибольшего и наименьшего значений междуфазных напряжений. В фазных напряжениях обычно U0 >> U2ф. В связи с этим величиной U2ф можно пренебречь. Тогда значение U0 можно принимать равным 62 % разности наибольшего и наименьшего фазных напряжений.

При точных расчетах необходимо иметь в виду проблему соответствия фазных и междуфазных напряжений. Три междуфазных напряжения, полученные в результате замера, всегда «складываются» в треугольник, даже если измерены с погрешностью (исключение составляет практически нереальный случай, когда сумма двух напряжений меньше третьего). Следовательно, любым полученным значениям напряжений можно поставить в соответствие физически существующую систему векторов междуфазных напряжений. В связи с неизбежными при измерениях погрешностями она будет отличаться от реальной системы, но тем не менее физически будет существовать. В то же время измеренные фазные напряжения никогда не могут составить вместе с измеренными междуфазными напряжениями физически существующую систему шести напряжений. На рис. 8.4, а приведена ситуация, когда измеренные фазные напряжения не вмещаются в систему междуфазных напряжений, а на рис. 8.4, б – когда они «не дотягиваются» друг до друга. При любой, сколь угодно малой,

Читайте также:  Защитят ли резиновые перчатки от удара током

Несимметрия трехфазных напряжений и токов

Рис. 8.4. Системы несимметричных линейных и фазных векторов

погрешности измерений зона неопределенности расположения нулевой точки (выпуклый или вогнутый треугольник 0AB – 0BC – 0CA) всегда будет существовать. Так как измеряемые напряжения по существу являются случайными величинами в диапазоне погрешности измерений, а вероятность попадания случайной величины в точку тождественно равна нулю, то теоретически невозможен случай такого сочетания погрешностей измерений, чтобы вектора всех трех фазных напряжений точно сошлись в одной точке.

На рис. 8.4, в показано различие положения нулевой точки, определяемого по разным парам фазных напряжений для случая, изображенного на рис. 8.4, б. Очевидно, что вычисление симметричных составляющих для физически несуществующей системы бессмысленно, поэтому необходимо сбалансировать результаты измерений. Формулы для расчета сбалансированных напряжений приведены в прил. 6.

Связь между напряжениями в узлах, токами в линии и сопротивлениями различных последовательностей выражается формулами:

Несимметрия трехфазных напряжений и токов

При отсутствии токов I2 и I0 напряжения в узлах определяются только режимом прямой последовательности, так как U2 = U0 = 0. При неравенстве фазных параметров даже в случае симметричной трехфазной нагрузки (I2 = 0 и I0 = 0) возникают напряжения U2 = Z21 I1 и U0 = Z01 I1 .

Равенство фазных параметров нарушается при отключении фазы линии или (хотя и в значительно меньшей степени) при отсутствии транспозиции фазных проводов на линии или удлиненных ее циклах. В табл. 8.1 приведены значения взаимных сопротивлений последовательностей для нетранспонированных линий. Напряжение обратной последовательности на приемном конце такой линии составит 8–10 % от потерь напряжения прямой последовательности. Несимметричная система напряжений возникает и на шинах потребителей, питающихся от участков, находящихся внутри полного цикла транспозиции.

Параметры линий 110–750 кВ

Несимметрия трехфазных напряжений и токов

* Волновое сопротивление и натуральную мощность определяют по формулам: 2 нат /; /. xb P U ρ

Источник

Расчет коэффициента несимметрии тока

Вопросам расчета потерь напряжения и мощности в электрических сетях при наличии отклонение параметров качества электрической энергии от требуемых нормативных значений, в частности при наличии несимметрии токов и напряжений, посвящен ряд публикаций [1, 4, 5, 7, 8].

Но в большом разнообразии известных методик расчета потерь типичным остается допущение, что выражения, применяемые в них при расчетах, справедливы при условии потребления мощностей потребителями в неискаженном (номинальном) режиме. Связно это с тем, что при проектировании работа электрических сетей предполагается в номинальном, симметричном, синусоидальном и равномерно активном режиме.

Вместе с тем, основываясь на результаты практических измерений [2, 3], можно утверждать, что в настоящее время в действующих электрических сетях довольно часто распространено явление длительной фазной несимметрии нагрузки.

Как известно, длительные несимметричные режимы возникают в первую очередь при пофазной разнице параметров системы, либо в случае неполнофазных режимов работы электрооборудования или при подключении несимметричных нагрузок [4, 5, 8].

При таких режимах работы в сети присутствует как амплитудная, так и угловая несимметрия токов и соответственно напряжений, приводящие в свою очередь к появлению токов и напряжений с порядком следования фаз отличного от прямого – обратной и нулевой последовательности.

Тем не менее, в применяемых в практике методах расчета потерь соотношения между токами и напряжениями различных фазовых последовательностей не учитываются. Данное обстоятельство осложняет определение первопричин, вызывающих увеличение дополнительных потерь мощности и целесообразность применения способов их ограничения.

Рассмотрим наиболее широко известные и применяемые способы учета влияния несимметрии нагрузок фаз при расчете величины потери мощности.

Основной директивной методикой по расчету потерь является приказ Министерства энергетики РФ от 30 декабря 2008 г. №326 «Об организации в Министерстве энергетики Российской Федерации работы по утверждению нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям» [6]. Согласно [6] при определении потерь электроэнергии в сетях 0,38 кВ для учета неравномерности распределения нагрузок по фазам, рекомендуется применять коэффициент KHEP [4]:

ded01a.wmf

ded01b.wmf, (1)

где RH/RФ – отношение сопротивлений нулевого и фазного проводов;

В случае отсутствия достоверных данных о токовых нагрузках фаз в соответствии с вышеуказанным приказом допускается принимать значение KHEP равным:

В работе [4], в качестве одного из количественных показателей, характеризующих схему сети на основе объективных данных, для выведения зависимости потерь от несимметрии нагрузки, предлагается использовать коэффициент неодинаковости нагрузок фаз (несимметрии токов) KHEС(K)

ded02.wmf, (2)

где RH и RФ – сопротивления нулевого и фазного проводов;

I – среднее значение токов фаз.

В практических расчетах, в случае сложности (невозможности) измерения токов фаз во всех линиях на балансе рекомендуется применять при RH/RФ = 1÷15 средние значения вышеуказанного коэффициента [4]:

– KHEС = 1,35 ± 0,2, для линий с распределенной нагрузкой;

– KHEС = 1,05 ± 0,05, для линий с сосредоточенной нагрузкой.

Различие значений KHEС для разного типа расположения нагрузок связано с предположением, что линии с сосредоточенными нагрузками имеют большую долю симметричных, трехфазных нагрузок, чем линии с распределенными нагрузками.

Согласно [5] определено, что при расчете потерь мощности, также необходимо принимать во внимание дополнительные потери от несимметрии нагрузки. Для этого предлагается использовать коэффициент KДi, учитывающий дополнительные потери от неравномерности нагрузки фаз:

ded03.wmf, (3)

где RH и RФ – сопротивления нейтрального и фазного проводов;

ded04.wmf– коэффициент неравномерности;

Сопоставляя выражения (1) – (3), можно утверждать, что в случае расчета по измеренным величинам токов фаз значений KHEP, KHEС, KДi для одной и той же линии (схемы) будут получены идентичные результаты.

Обусловлено это вследствие равенства (4)

ded05.wmf. (4)

В работе [1] указывается, что для сетей 0,38 кВ потери мощности определяются аналогично потерям в сетях 6–10 кВ, но только с учетом важного для сетей 0,38 кВ явления – несимметричной загрузки фаз. Данную «особенность» сетей 0,38 кВ предлагается учитывать через коэффициент неравномерности загрузки фаз – KH [1].

Коэффициент увеличения потерь KH при неравномерной нагрузке фаз, согласно [1] может быть рассчитан по формуле:

ded06.wmf, (5)

где I1, I2, I3 – токи фаз в режиме максимальной нагрузки, индекс 1 соответствует наиболее нагруженной фазе;

b, b1 – статистические коэффициенты, значения которых зависят от характера нагрузки (для коммунально-бытовой нагрузки b = 0,37; b1 = 3,92; для смешанной нагрузки b = 0,18; b1 = 2,34).

Как видно из выражений (1)–(5), определенные с их помощью значения потерь мощности не учитывают возможность наличия наряду с амплитудной и угловой несимметрии, когда углы сдвига фаз линейных токов по отношению к своим фазным напряжениям не одинаковы.

Увеличение дополнительных потерь мощности по сравнению с симметричным режимом при наличии угловой несимметрии в соответствии с [8] можно учесть с помощью коэффициента KДПH:

ded07.wmf, (6)

где K2I, K0I – коэффициенты несимметрии токов по обратной и нулевой последовательности;

RH и RФ – сопротивления нулевого и фазного проводов.

В тоже время в работе [8] на основании наличия в четырехпроводных сетях 0,38кВ неравенства (7), и предположения о практически одинаковом характере нагрузок отдельных фаз, допускается возможность пренебречь величиной угловой несимметрии токов при расчете дополнительных потерь мощности:

ded08.wmf, (7)

где U1 – напряжение прямой последовательности;

U2 – напряжение обратной последовательности;

U – напряжение нулевой последовательности.

deda1.tif

Рис. 1. Графики изменения токов фаз А, В, С

deda2.tif

Рис. 2. Графики изменения коэффициента мощности cos φ фаз А, В, С

deda3.tif

Рис. 3. Графики изменения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной (K2U) и нулевой (K0U) последовательности

deda4.tif

Рис. 4. Графики изменения коэффициентов несимметрии токов по обратной (K2i) и нулевой (K0i) последовательности

deda5.tif

Рис. 5. Графики изменения коэффициентов (Кдпн, Кнер, Кн), учитывающих несимметричный характер нагрузки

Для оценки и анализа возможных результатов значений коэффициентов, учитывающих дополнительные потери мощности от несимметрии нагрузки, произведен их сравнительный расчет на основе реальных данных, полученных в ходе измерений показателей качества электрической энергии.

Читайте также:  Когда существует электрический ток всегда наблюдается его

В качестве опытных данных выбраны значения, полученные при измерении показателей качества и основных параметров электрической энергии в распределительных сетях 0,38 кВ предприятия строительной отрасли (рис. 1–4).

Исходя из анализа полученных данных и графиков (рис. 1–4), можно утверждать о наличии в сети амплитудно-фазовой несимметрии напряжений и токов. Как видно из графика на рис. 5, коэффициент несимметрии по нулевой последовательности напряжения K0U, за выбранный интервал, превышает нормально допустимое значение, что говорит о наличии подключенной к исследуемому центру питания искажающей симметрию нагрузке.

Аналогичным образом на это указывает рис. 4, где токи обратной и нулевой последовательности составляют соответственно 12÷26 % и 12÷22 % относительно тока прямой последовательности.

На основании данных полученных (для RH = RФ) с помощью выражений (2), (5), (6) был осуществлен расчет коэффициентов, учитывающих в той или иной мере дополнительные потери мощности.

По результатам расчетов построены графические зависимости (рис. 5), на которых, в том числе, отображены метки максимальных значений каждого из рассчитываемых коэффициентов – KНЕРmax, KНmax, KДПНmax.

Дополнительно, соответствующие рассчитанным максимальным значениями коэффициентов KНЕР, KН и KДПН метки указаны и на остальных графиках, для визуального определения и соотнесения необходимого электрического параметра режима.

Таблица 1

Сопоставление коэффициентов KНЕР, KН и KДПН и электрических параметров исследуемого участка сети

Источник

Расчет коэффициента несимметрии тока

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 К 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

Источник