Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности что это такое
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.
Источник
Лекция. Несимметрия напряжения
Содержание лекции: несимметрия напряжения, влияние несимметрии напряжения на работу электрооборудования.
Цель лекции: изучить основные формулы расчета несимметрии напряжения.
Несимметрия напряжения – это несимметрия трёхфазной системы напряжений. Характеризуется коэффициентом обратной и нулевой последовательности. Несимметрия напряжений происходит только в трёхфазной сети под воздействием неравномерного распределения нагрузок по её фазам [4, 8].
Источниками несимметрии напряжений являются дуговые сталеплавильные печи, тяговые подстанции переменного тока, электросварочные машины, однофазные электротермические установки и другие одно фазные, двухфазные и несимметричные трёхфазные потребители электроэнергии, в том числе бытовые. Так, суммарная нагрузка отдельных предприятий содержит 85-90% несимметричной нагрузки. А коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности (K0U) одного 9-и этажного жилого дома может составлять 20%, что на шинах трансформаторной подстанции (точке общего присоединения) может обусловить превышение, нормально допустимые 2%.
Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования:
— в электрических сетях возрастают потери ЭЭ от дополнительных потерь в нулевом проводе;
— однофазные, двухфазные потребители и разные фазы трёхфазных потребителей ЭЭ работают на различных не номинальных напряжениях, что вызывает те же последствия, как при отклонении напряжения;
— в ЭД, кроме отрицательного влияния не несимметричных напряжений, возникают магнитные поля, вращающиеся встречно вращению ротора;
— общее влияние несимметрии напряжений на электрические машины, включая трансформаторы, выливается в значительное снижение срока их службы.
Например, при длительной работе с коэффициентом несимметрии по обратной последовательности K2U=2-4%, срок службы электрической машины снижается на 10-15%, а если она работает при номинальной нагрузке, срок службы снижается вдвое.
Поэтому ГОСТ 13109-97 устанавливает значения коэффициентов несимметрии напряжения по обратной (K2U) и нулевой (K0U) последовательностям, — нормально допустимое 2% и предельно допустимое 4%. В качестве вероятного виновника несимметрии напряжений ГОСТ 13109-97 указывает потребителя с несимметричной нагрузкой. [2,4]
Мероприятия по снижению несимметрии напряжений:
— равномерное распределение нагрузки по фазам (см. рисунок 6.1). Это наиболее эффективное мероприятие, но оно требует творческого подхода при проектировании электроустановок и решительности при эксплуатации;
— применение симметрирующих устройств. Сопротивления в фазах симметрирующего устройства (СУ) подбираются таким образом, чтобы компенсировать ток обратной последовательности, генерируемый нагрузкой как источником искажения. Применение симметрирующих устройств сопровождается дополнительными капитальными затратами на их приобретение и монтаж, затратами на обслуживание и эксплуатацию.
Рисунок 6.1 – Распределение нагрузки по фазам
Наиболее распространенными источниками несимметрии напряжений в трехфазных системах электроснабжения являются такие потребители электроэнергии, симметричное многофазное исполнение которых или невозможно, или нецелесообразно по технико-экономическим соображениям. К таким установкам относятся индукционные и дуговые электрические печи, тяговые нагрузки железных дорог, выполненные на переменном токе, электросварочные агрегаты, специальные однофазные нагрузки, осветительные установки.
Несимметричные режимы напряжений в электрических сетях имеют место также в аварийных ситуациях – при обрыве фазы или несимметричных коротких замыканиях.
Несимметрия напряжений характеризуется наличием в трехфазной электрической сети напряжений обратной или нулевой последовательностей, значительно меньших по величине соответствующих составляющих напряжения прямой (основной) последовательности.
Несимметрия трехфазной системы напряжений возникает в результате наложения на систему прямой последовательности напряжений системы обратной последовательности, что приводит к изменениям абсолютных значений фазных и междуфазных напряжений (см. рисунок 6.2).
Рисунок 6.2 – Векторная диаграмма напряжений прямой и обратной последовательности
Помимо несимметрии, вызываемой напряжением системы обратной последовательности, может возникать несимметрия от наложения на систему прямой последовательности напряжений системы нулевой последовательности. В результате смещения нейтрали трехфазной системы возникает несимметрия фазных напряжений при сохранении симметричной системы междуфазных напряжений (см. рисунок 6.3).
Рисунок 6.3 – Векторная диаграмма напряжений прямой и нулевой последовательности
Несимметрия напряжений характеризуется следующими показателями:
— коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности;
— коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности.
Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности равен, %:
 |
где U2(1) – действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В;
U1(1) – действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты, В.
 |
где Uном.мф – номинальное значение междуфазного напряжения сети, В.
Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности равен, %:
 |
где U0(1) – действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В.
 |
где Uном.ф – номинальное значение фазного напряжения, В.
Измерение коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности проводят в четырехпроводной сети.
Относительная погрешность определения К2U и К0U по формулам численно равна значению отклонений напряжения U1(1) от Uном.
Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности в точке общего присоединения к электрическим сетям равны 2,0 и 4,0 %.
Нормированные значения коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности в точке общего присоединения к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ также равны 2,0 и 4,0 %.
Источник