ДІАГНОСТИКА ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ СИСТЕМ ТА ЕНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕННЯ

ПРИЧИНИ ВИНИКНЕННЯ НЕСИМЕТРИЧНИХ РЕЖИМІВ В ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖАХ. МЕТОДИ І ЗАСОБИ СИМЕТРУВАННЯ

М. О. Отченаш, студ, Д. А. Шокарьов, ст.викл.

Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

вул. Першотравнева, 20, 39600, м. Кременчук., Україна, e-mail: ieesu@kdu.edu.ua

Вступ. Проблема енергозбереження є актуальною не лише для України, але й для всього світу. Проте в Україні ця проблема є дуже болючою, тому запровадження широкомасштабної політики енергозбереження є життєво необхідною. До складу галузей економіки України, що недостатньо ефективно використовують енергоресурси, входить і сама енергетика. Одна з головних причин невиробничих затрат енергії в енергетиці - високі втрати в електричних мережах. У середньому в електричних мережах енергосистем і споживачів вони складають 16 %. Порівняно з розвиненими країнами Західної Європи, це в 1,5-2 рази більше. Проблема якості електроенергії знаходиться у центрі уваги багатьох дослідників і практичних працівників енергетики й електрифікації. Важливе місце займає пошук нових рішень цієї актуальної наукової задачі. Кінцевим результатом у цьому пошуку повинно бути впровадження передових методів оптимального планування, які знаходять більше застосування у всіх ланках народного господарства. У системах електропостачання промислових підприємств дуже часто зустрічаються такі приймачі електричної енергії, трифазне симетричне виконання яких або неможливе, або через низку причин недоцільне. До таких споживачів, по-перше, відноситься частина печей опору, печі графітації, більшість установок електричного зварювання тощо. Спільне живлення однофазних і трифазних приймачів електричної енергії від трифазної чотирипровідної мережі має широке поширення в системах електропостачання промислових підприємств. У таких випадках практично завжди виникає несиметрія навантаження за фазами, а також значні струми в нульовому проводі. Ці фактори призводять до зниження якості напруги й є причиною народногосподарського збитку.

Мета роботи. Аналіз впливу несиметричних навантажень на якість електричної енергії. Аналіз методів і засобів симетрування.

Матеріал і результати дослідження. Несиметричним режимом роботи багатофазної електричної системи називають такий режим, при якому умови роботи однієї чи всіх фаз виявляються неоднаковими. У багатофазних системах, наприклад, трифазних, розрізняють короткочасні й тривалі (експлуатаційні) несиметричні режими. Короткочасна несиметрія звичайно зв'язана з такими аварійними процесами, як, наприклад, короткі замикання, обрив із замиканням на землю, відключення фаз при однофазному автоматичному повторному включенні й т. ін. Тривала несиметрія може виникнути при наявності несиметрії в тому чи іншому елементі системи електропередач або при підключенні до системи несиметричних (наприклад, однофазних) навантажень.

Несиметричні режими в електричних мережах виникають через наступні причини:

1) неоднакові навантаження в різних фазах;

2) неповнофазна робота ліній або інших елементів у мережі;

3) різні параметри ліній у різних фазах.

Найчастіше несиметрія напруги виникає через нерівності навантажень фаз. У міських і сільських мережах 0,4 кВ несиметрія напруги викликається в основному підключенням однофазних освітлювальних і побутових електроприймачів (ЕП) малої потужності. Кількість таких однофазних ЕП велика, і їх потрібно рівномірно розподіляти за фазами для зменшення несиметрії.

Розрізняють два види несиметрії: систематичну та ймовірнісну, або випадкову. Систематична несиметрія обумовлена нерівномірною постійною перевантаження однієї з фаз, імовірнісна несиметрія відповідає непостійним навантаженням, при яких у різний час перевантажуються різні фази, залежно від випадкових чинників (переміжна несиметрія).

Неповнофазна робота елементів мережі викликається короткочасним відключенням однієї чи двох фаз при коротких замиканнях або тривалішим відключенням при пофазних ремонтах. Одиночну лінію можна обладнати пристроями пофазного управління, які відключають пошкоджену фазу лінії в тих випадках, коли дія АПВ через стійке коротке замикання є неуспішною.

Несиметрія негативно позначається на робочих та техніко-економічних характеристиках електричних машин, що обертаються. Струм прямої послідовності в статорі створює магнітне поле, що обертається із синхронною частотою у напрямі обертання ротора. Струми зворотної послідовності в статорі створюють магнітне поле, що обертається відносно ротора з подвійною синхронною частотою в напрямі, протилежному до обертання. Через ці струми подвійної частоти в електричній машині виникають гальмівний електромагнітний момент і додатковий нагрів ізоляції, що призводить до скорочення терміну її служби.

Сумарний збиток, обумовлений несиметрією в промислових мережах, включає вартість додаткових втрат електроенергії, збільшення відрахувань на реновацію від капітальних витрат, технологічний збиток, збиток, обумовлений зниженням світлового потоку ламп, встановлених у фазах із зниженою напругою.

Несиметрія напруги характеризується коефіцієнтом зворотної послідовності напруги й коефіцієнтом нульової послідовності напруги, нормальне й максимальне допустимі значення яких складають 2 і 4 % відповідно.

Симетрування напруги в мережі зводиться до компенсації струму й напруги зворотної послідовності.

При стабільному графіку навантажень зниження систематичної несиметрії напруги в мережі може бути досягнуте вирівнюванням навантажень фаз шляхом перемикання частини навантажень з переобтяженої фази на ненавантажену.

Раціональний перерозподіл навантажень не завжди дозволяє понизити коефіцієнт несиметрії напруги до допустимого значення (наприклад, коли частина потужних однофазних електроприймачів працює за умовами технології не весь час, а також при профілактичних і капітальних ремонтах). У цих випадках необхідно застосовувати спеціальні симетруючі пристрої. Відоме велике число схем симетруючих пристроїв, частина з них виконується керованими, залежно від характеру графіка навантаження.

Для симетрування однофазних навантажень застосовується схема, що складається з індуктивності й ємності. Навантаження паралельно із ємністю вмикається на лінійну напругу. На дві інших лінійних напруги включається індуктивність і ще одна ємність.

Для симетрування дво- і трифазних несиметричних навантажень застосовується схема з неоднаковими потужностями батарей конденсаторів, включеними в трикутник. Інколи застосовують симетруючі пристрої із спеціальними трансформаторами й автотрансформаторами.

Підключення до недовантажених фаз додаткових опорів для симетрування сумарного навантаження - простий, але неекономічний спосіб, оскільки веде до значних втрат енергії в зазначених опорах. Крім того, для його здійснення при наявності несиметричних навантажень з різними параметрами необхідно мати значний арсенал додаткових опорів. Цей спосіб іноді рекомендують застосовувати для захисту турбогенераторів при обриві однієї з фаз.

Симетрування за допомогою фазових зрівнювачів. Струми зворотної послідовності, викликані несиметричним навантаженням, компенсуються за допомогою синхронних машин, що створюють необхідну для цього систему ЕРС зворотної послідовності. Електромагнітні фазові зрівнювачі не одержали широкого поширення через велику вагу (12-14 кг/кВА) і габарити, а також складності конструкції і невисоку надійність. У даний час їх пропонують використовувати для комплексного рішення проблеми симетрування й усунення коливань напруги, викликаних дуговими сталеплавильними печами.

Симетрування за допомогою введення системи додаткових ЕРС. Для зниження несиметрії вводиться система додаткових ЕРС, що може бути отримана або за рахунок пофазної різниці в коефіцієнтах трансформації, або за рахунок спадання напруги від струмів навантаження в пофазно різних додаткових опорах. Цей метод застосовується найчастіше для компенсації подовжньої несиметрії.

Симетрування струмів при роботі трансформаторів двома фазами. Цей спосіб призначений для симетрування струмів генератора при його роботі на мережу високої напруги через неповну трансформаторну групу, а також при передачі енергії по двох проводах з використанням землі як третього проводу. Він полягає в тому, що на стороні трикутника трансформатора, що працює з боку зірки двома фазами, включається додатковий опір у той з лінійних проводів, до якого підключені обмотки двох обтічних струмів фаз трансформатора. Замість додаткового опору можна використовувати однофазний трансформатор, вторинна обмотка якого закорочена. У цьому випадку в схему вводиться опір розсіювання додаткового трансформатора. Відомо, що несиметрія струмів генератора може бути значно зменшена при рівнобіжній роботі неповної трансформаторної групи з однієї чи декількома повними групами.

Висновки. Дані про показники несиметрії використовуються для обґрунтування застосування пристроїв зменшення несиметрії напруг. Технічна необхідність у цьому виникає, якщо порушуються вимоги стандартів. Економічна доцільність доводиться шляхом зіставлення ефекту від зменшення додаткових втрат електроенергії та збільшення терміну служби електрообладнання з витратами на пристрої стабілізації. Обґрунтування поняття «якість електроенергії» має принципове значення для поліпшення якості електроенергії у системах електропостачання промислових підприємств, а також для розробки раціональної системи керування якістю. На сучасному етапі розвитку електроенергетики це визначення якості, стосовно до електричної енергії, повинне бути доповнено вимогами по забезпеченню економічності, ергономічності й естетичності процесів, зв'язаних зі споживанням електроенергії.

ЛІТЕРАТУРА

1. Милях А.Н., Шидловский А.К., Кузнецов В.Г.. Схемы симметрирования однофазных нагрузок в трехфазных цепях. - К.: Наук. думка, 1973.- 219 с.

2. Лютий О.П. Оцінка електромагнітної сумісності при випадковій несиметрії напруг в електричних мережах. Технічна електродинаміка. - 2001- № 6. - С. 50-55.

299