Несимметрия трехфазной системы напряжений

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 [1]. 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 [2]. 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 S_кз [3]. 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.

Список использованной литературы

1. Жежеленко И. В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях//2–е изд., перераб. И доп.,– М.: Энергоатомиздат, 1986 – 186 с.
2. Кузнецов В. Г. Электромагнитная совместимость. Несимметрия и несинусоидальность напряжения / Кузнецов В. Г., Куренный Э. Г., Лютый А. П. – Донецк: Норд-пресс, 2005. – 250 с.
3. Куренный Э. Г. Оценка несинусоидальности напряжения при анализе качества электроэнергии / Куренный Э. Г., Лютый А. П.// Электричество, 2005, № 8.