Лекція 5. Несиметричність напруги
Лекція 5. Несиметричність напруги
1. Характеристика несиметричності напруги
2. Вплив несиметричності напруги на роботу електрообладнання
3. Заходи щодо зниження несиметричності напруг
Зміст лекції: несиметричність напруги, вплив несиметричності напруги на роботу електрообладнання.
Мета лекції: вивчити основні формули розрахунку несиметричності напруги.
1. Характеристика несиметричності напруги
Несиметричність напруги - це несиметричність трифазної системи напруг. Характеризується коефіцієнтом зворотної та нульової послідовності. Несиметричність напруг відбувається тільки в трифазній мережі під впливом нерівномірного розподілу навантажень по її фазами [4, 8].
Джерелами несиметричності напруг є дугові сталеплавильні печі, тягові підстанції змінного струму, електрозварювальні машини, однофазні електротермічні установки та інші одне фазні, двофазні і несиметричні трифазні споживачі електроенергії, в тому числі побутові. Так, сумарна навантаження окремих підприємств містить 85-90% несиметричного навантаження. А коефіцієнт несиметричності напруги за нульової послідовності (K0U) одного 9-и поверхового житлового будинку може становити 20%, що на шинах трансформаторної підстанції (точці загального приєднання) може зумовити перевищення, нормально допустимі 2%.
2. Вплив несиметричності напруг на роботу електрообладнання:
- в електричних мережах зростають втрати ЕЕ від додаткових втрат в нульовому проводі;
- однофазні, двофазні споживачі і різні фази трифазних споживачів ЕЕ працюють на різні не номінальних напругах, що викликає ті ж наслідки, як при відхиленні напруги;
- в ЕД, крім негативного впливу не несиметричних напруг, виникають магнітні поля, що обертаються зустрічно обертанню ротора;
- загальний вплив несиметричності напруг на електричні машини, включаючи трансформатори, виливається в значне зниження терміну їх служби.
Наприклад, при тривалій роботі з коефіцієнтом несиметричності по зворотній послідовності K2U = 2-4%, термін служби електричної машини знижується на 10-15%, а якщо вона працює при номінальному навантаженні, термін служби знижується вдвічі.
Тому ГОСТ 13109-97 встановлює значення коефіцієнтів несиметричності напруги по зворотній (K2U) і нульовий (K0U) послідовностей, - нормально допустиме 2% і гранично допустимий 4%. Як ймовірного винуватця несиметричності напруг ГОСТ 13109-97 вказує споживача з несиметричним навантаженням. [2,4]
3. Заходи щодо зниження несиметричності напруг:
- рівномірний розподіл навантаження по фазах (див. Рисунок 6.1). Це найбільш ефективний захід, але воно вимагає творчого підходу при проектуванні електроустановок і рішучості при експлуатації;
- застосування симетрувальних пристроїв. Опору в фазах сімметрірующего пристрої (СУ) підбираються таким чином, щоб компенсувати струм зворотної послідовності, що генерується навантаженням як джерелом спотворення. Застосування симетрувальних пристроїв супроводжується додатковими капітальними витратами на їх придбання і монтаж, витратами на обслуговування і експлуатацію.
Малюнок 6.1 - Розподіл навантаження по фазах
Найбільш поширеними джерелами несиметричності напруг в трифазних системах електропостачання є такі споживачі електроенергії, симетричне багатофазна виконання яких або неможливо, або недоцільно по техніко-економічних міркувань. До таких установок відносяться індукційні і дугові електричні печі, тягові навантаження залізниць, виконані на змінному струмі, електрозварювальні агрегати, спеціальні однофазні навантаження, освітлювальні установки.
Несиметричні режими напруг в електричних мережах мають місце також в аварійних ситуаціях - при обриві фази або несиметричних коротких замиканнях.
Несиметричність напруг характеризується наявністю в трифазної електричної мережі напруг зворотної або нульової послідовностей, значно менших за величиною відповідних складових напруги прямої (основної) послідовності.
Несиметричність трифазної системи напруг виникає в результаті накладення на систему прямої послідовності напруг системи зворотньої послідовності, що призводить до змін абсолютних значень фазних і міжфазних напруг (див. Рисунок 6.2).
Рисунок 6.2 - Векторна діаграма напруг прямої та зворотної послідовності
Крім несиметричності, що викликається напругою системи зворотньої послідовності, може виникати несиметричність від накладення на систему прямої послідовності напруг системи нульової послідовності. В результаті зсуву нейтралі трифазної системи виникає несиметричність фазних напруг при збереженні симетричної системи міжфазних напруг (див. Рисунок 6.3).
Малюнок 6.3 - Векторна діаграма напруг прямої та нульової послідовності
Несиметричність напруг характеризується наступними показниками:
- коефіцієнтом несиметричності напруг за зворотною послідовністю;
- коефіцієнтом несиметричності напруг за нульовою послідовності.
Коефіцієнт несиметричності напруг за зворотною послідовністю дорівнює,%:
де U2 (1) - діюче значення напруги зворотної послідовності основної частоти трифазної системи напруг, В;
U1 (1) - діюче значення напруги прямої послідовності основної частоти, В.
Допускається К2U обчислювати за виразом,%:
де Uном.мф - номінальне значення міжфазного напруги мережі, В.
Коефіцієнт несиметричності напруг за нульовою послідовності дорівнює,%:
де U0 (1) - діюче значення напруги нульової послідовності основної частоти трифазної системи напруг, В.
Допускається К0U обчислювати за формулою,%
де Uном.ф - номінальне значення фазної напруги, В.
Вимірювання коефіцієнта несиметричності напруг за нульовою послідовності проводять в чьотирьох мережі.
Відносна похибка визначення К2U і К0U за формулами чисельно дорівнює значенню відхилень напруги U1 (1) від Uном.
Нормально допустиме і гранично допустиме значення коефіцієнта несиметричності напруг за зворотною послідовністю в точці загального приєднання до електричних мереж рівні 2,0 і 4,0%.
Нормовані значення коефіцієнта несиметричності напруг за нульовою послідовності в точці загального приєднання до чотирьохпровідних електричних мереж з номінальною напругою 0,38 кВ є рівними 2,0 і 4,0%.
3. Заходи щодо зниження несиметричності напруг
3. Заходи щодо зниження несиметричності напруг:
- рівномірний розподіл навантаження по фазах (див. Рисунок 6.1). Це найбільш ефективний захід, але воно вимагає творчого підходу при проектуванні електроустановок і рішучості при експлуатації;
- застосування симетрувальних пристроїв. Опору в фазах сімметрірующего пристрої (СУ) підбираються таким чином, щоб компенсувати струм зворотної послідовності, що генерується навантаженням як джерелом спотворення. Застосування симетрувальних пристроїв супроводжується додатковими капітальними витратами на їх придбання і монтаж, витратами на обслуговування і експлуатацію.
Малюнок 6.1 - Розподіл навантаження по фазах
Найбільш поширеними джерелами несиметричності напруг в трифазних системах електропостачання є такі споживачі електроенергії, симетричне багатофазна виконання яких або неможливо, або недоцільно по техніко-економічних міркувань. До таких установок відносяться індукційні і дугові електричні печі, тягові навантаження залізниць, виконані на змінному струмі, електрозварювальні агрегати, спеціальні однофазні навантаження, освітлювальні установки.
Несиметричні режими напруг в електричних мережах мають місце також в аварійних ситуаціях - при обриві фази або несиметричних коротких замиканнях.
Несиметричність напруг характеризується наявністю в трифазної електричної мережі напруг зворотної або нульової послідовностей, значно менших за величиною відповідних складових напруги прямої (основної) послідовності.
Несиметричність трифазної системи напруг виникає в результаті накладення на систему прямої послідовності напруг системи зворотньої послідовності, що призводить до змін абсолютних значень фазних і міжфазних напруг (див. Рисунок 6.2).
Рисунок 6.2 - Векторна діаграма напруг прямої та зворотної послідовності
Крім несиметричності, що викликається напругою системи зворотньої послідовності, може виникати несиметричність від накладення на систему прямої послідовності напруг системи нульової послідовності. В результаті зсуву нейтралі трифазної системи виникає несиметричність фазних напруг при збереженні симетричної системи міжфазних напруг (див. Рисунок 6.3).
Малюнок 6.3 - Векторна діаграма напруг прямої та нульової послідовності
Несиметричність напруг характеризується наступними показниками:
- коефіцієнтом несиметричності напруг за зворотною послідовністю;
- коефіцієнтом несиметричності напруг за нульовою послідовності.
Коефіцієнт несиметричності напруг за зворотною послідовністю дорівнює,%:
де U2 (1) - діюче значення напруги зворотної послідовності основної частоти трифазної системи напруг, В;
U1 (1) - діюче значення напруги прямої послідовності основної частоти, В.
Допускається К2U обчислювати за виразом,%:
де Uном.мф - номінальне значення міжфазного напруги мережі, В.
Коефіцієнт несиметричності напруг за нульовою послідовності дорівнює,%:
де U0 (1) - діюче значення напруги нульової послідовності основної частоти трифазної системи напруг, В.
Допускається К0U обчислювати за формулою,%
де Uном.ф - номінальне значення фазної напруги, В.
Вимірювання коефіцієнта несиметричності напруг за нульовою послідовності проводять в чьотирьох мережі.
Відносна похибка визначення К2U і К0U за формулами чисельно дорівнює значенню відхилень напруги U1 (1) від Uном.
Нормально допустиме і гранично допустиме значення коефіцієнта несиметричності напруг за зворотною послідовністю в точці загального приєднання до електричних мереж рівні 2,0 і 4,0%.
Нормовані значення коефіцієнта несиметричності напруг за нульовою послідовності в точці загального приєднання до чотирьохпровідних електричних мереж з номінальною напругою 0,38 кВ є рівними 2,0 і 4,0%.