Elektrik şebekelerinde asimetrik modların nedenleri

Simetrik bir üç fazlı gerilim sistemi, her üç fazda da büyüklük ve faz bakımından aynı gerilimlerle karakterize edilir. Asimetrik modlarda, farklı fazlardaki gerilimler eşit değildir.

Elektrik şebekelerindeki asimetrik modlar aşağıdaki nedenlerden dolayı ortaya çıkar:

1) farklı fazlarda eşit olmayan yükler,

2) şebekedeki hatların veya diğer unsurların eksik çalışması,

3) farklı fazlarda farklı hat parametreleri.

Çoğu zaman, faz yüklerinin eşitsizliği nedeniyle voltaj dengesizliği oluşur. Voltaj dengesizliğinin ana nedeni faz farkı (dengesiz yük) olduğundan, bu fenomen en çok 0,4 kV'luk düşük voltajlı elektrik şebekelerinin karakteristiğidir.

0,4 kV kentsel ve kırsal ağlarda, voltaj asimetrisine esas olarak tek fazlı aydınlatma ve düşük güçlü ev elektrik tüketicilerinin bağlanması neden olur. Bu tür tek fazlı güç tüketicilerinin sayısı fazladır ve dengesizliği azaltmak için fazlara eşit olarak dağıtılmaları gerekir.

Yüksek voltajlı şebekelerde asimetri, kural olarak, güçlü tek fazlı elektrik alıcılarının ve bazı durumlarda eşit olmayan faz tüketimine sahip üç fazlı elektrik alıcılarının varlığından kaynaklanır. İkincisi, çelik üretimi için ark ocaklarını içerir. 0.38-10 kV endüstriyel şebekelerdeki asimetrinin ana kaynakları, tek fazlı termik tesisatlar, cevher termik fırınları, indüksiyon eritme ocakları, dirençli ocaklar ve çeşitli ısıtma tesisatlarıdır. Ayrıca asimetrik elektrik alıcıları farklı güçteki kaynak makineleridir. Elektrikli lokomotifler tek fazlı elektrik alıcıları olduğundan, elektrikli AC demiryolu taşımacılığının çekiş trafo merkezleri güçlü bir asimetri kaynağıdır. Bireysel tek fazlı elektrik alıcılarının gücü şu anda birkaç megavata ulaşıyor.

İki tür asimetri vardır: sistematik ve olasılıksal veya rastgele. Sistematik asimetri, fazlardan birinin üniform olmayan sürekli aşırı yüklenmesinden kaynaklanır, olasılıksal asimetri, rastgele faktörlere (periyodik asimetri) bağlı olarak farklı fazların farklı zamanlarda aşırı yüklendiği sabit olmayan yüklere karşılık gelir.

Ağ elemanlarının eksik çalışması, bir kısa devre sırasında bir veya iki fazın kısa süreli bağlantısının kesilmesi veya aşamalı onarımlar sırasında daha uzun bir bağlantı kesilmesinden kaynaklanır. Tek bir hat, sürekli bir kısa devre nedeniyle otomatik tekrar kapama işleminin başarısız olduğu durumlarda hattın arızalı fazının bağlantısını kesen fazlama kontrol cihazları ile donatılabilir.

Kararlı kısa devrelerin çoğu tek fazlıdır.Bu durumda hasarlı fazın kesintiye uğraması, işletmedeki hattın diğer iki fazının korunmasına yol açmaktadır.

Topraklanmış nötr olan bir ağda güç kaynağı fazı tamamlanmamış bir hatta kabul edilebilir ve hatta ikinci bir devrenin yapımından vazgeçmenize izin verir. Yarım fazlı modlar, transformatörler kapatıldığında da oluşabilir.

Bazı durumlarda, tek fazlı trafolardan oluşan bir grup için, bir fazın acil olarak kesilmesi durumunda, iki fazın beslenmesi kabul edilebilir, bu durumda, özellikle aşağıdaki durumlarda yedek faz takılması gerekmez. trafo merkezinde iki grup tek fazlı trafo vardır.

Faz çizgilerinin parametrelerinin eşitsizliği, örneğin, çizgiler boyunca transpozisyonun veya uzatılmış döngülerinin yokluğunda ortaya çıkar. Transpose destekleri güvenilir değildir ve bir çökme kaynağıdır. Hat boyunca yer değiştirme desteklerinin sayısını azaltmak, hasarı azaltır ve güvenilirliği artırır. Bu durumda, genellikle transpozisyonun uygulandığı lineer faz parametrelerinin hizalanması bozulur.

Gerilim ve akım dengesizliğinin etkisi

U2, U0, I2, I0 dizisinin ters ve sıfır gerilimlerinin ve akımlarının ortaya çıkması, ek güç ve enerji kayıplarının yanı sıra şebekede çalışma modlarını ve teknik ve ekonomik göstergelerini kötüleştiren gerilim kayıplarına yol açar. Ters ve sıfır dizilerin akımları I2, I0, ağın uzunlamasına dallarındaki kayıpları ve enine dallardaki aynı dizilerin gerilimlerini ve akımlarını artırır.

U2 ve U0'ın üst üste binmesi, farklı fazlarda farklı ek voltaj sapmalarına yol açar. Sonuç olarak, voltajlar aralığın dışında olabilir.I2 ve I0'ın üst üste binmesi, ağ elemanlarının bireysel fazlarındaki toplam akımlarda bir artışa yol açar. Aynı zamanda ısınma durumları bozulmakta ve verimleri düşmektedir.

Dengesizlik, dönen elektrikli makinelerin operasyonel ve teknik-ekonomik özelliklerini olumsuz etkiler. Statordaki pozitif dizi akımı oluşturur manyetik alanrotorun dönüş yönünde senkron frekans ile dönüş. Statordaki negatif dizi akımları, rotora göre çift senkron frekansta ters dönüş yönünde dönen bir manyetik alan oluşturur. Bu iki frekanslı akımlar nedeniyle, elektrik makinesinde bir frenleme elektromanyetik torku ve başta rotor olmak üzere ek ısınma meydana gelir ve bu da yalıtımın ömrünün kısalmasına yol açar.

Asenkron motorlarda statorda ek kayıplar meydana gelir. Bazı durumlarda, tasarımda, gerilimi dengelemek için özel önlemler alınmadığı takdirde, elektrik motorlarının anma gücünün artırılması gerekir.

Senkron makinelerde ek kayıplar ve stator ve rotorun ısınmasına ek olarak tehlikeli titreşimler başlayabilir. Dengesizlik nedeniyle trafo yalıtımının ömrü kısalır, senkron motorlar ve kondansatör bankları reaktif güç üretimini azaltır.

Aydınlatma yükünün besleme devresindeki voltaj dengesizliği, bir fazın (fazların) lambalarının ışık akısının azalmasına ve diğer fazın ışık akısının artmasına ve lambaların ömrünün kısalmasına neden olur. Dengesizlik, tek fazlı ve iki fazlı elektrik alıcılarını voltaj sapması olarak etkiler.

Endüstriyel şebekelerde asimetrinin neden olduğu yaygın hasarlar arasında ek güç kayıplarının maliyeti, sermaye maliyetlerinden yenileme kesintilerinin artması, teknolojik hasar, düşük voltajlı fazlara takılan lambaların ışık akısının azalmasından kaynaklanan hasar yüksek voltajlı fazlara takılan lambaların ömrü, kapasitör bankları ve senkron motorlar tarafından üretilen reaktif gücün azalması nedeniyle arıza.

Gerilim dengesizliği, normal ve izin verilen maksimum değerleri% 2 ve% 4 olan gerilimlerin negatif dizi katsayısı ve gerilimlerin sıfır oranı ile karakterize edilir.

Şebeke voltajlarının dengelenmesi, negatif dizi akımı ve voltaj kompanzasyonuna indirgenir.

Kararlı bir yük eğrisi ile, yüklerin bir kısmını aşırı yüklü bir fazdan yüksüz bir faza çevirerek faz yüklerini eşitleyerek şebekedeki sistem voltaj dengesizliğinin azaltılması sağlanabilir.

Yüklerin rasyonel yeniden dağıtılması, voltaj dengesizliği katsayısının kabul edilebilir bir değere düşürülmesine her zaman izin vermez (örneğin, güçlü tek fazlı elektrik alıcılarının bir kısmı, önleyici ve büyük onarımların yanı sıra her zaman teknolojiye göre çalışmadığında). Bu durumlarda özel balonların kullanılması gerekmektedir.

Çok sayıda balun devresi bilinmektedir, bazıları yük eğrisinin doğasına bağlı olarak kontrol edilir.

Tek fazlı yükleri dengelemek için aşağıdakilerden oluşan bir devre endüktans ve kapasitans… Yük ve buna paralel bağlanan kapasitans hat gerilimine bağlanır. Diğer iki hat voltajı, bir endüktans ve başka bir kapasitans içerir.

İki ve üç fazlı dengesiz yükleri dengelemek için, bir deltaya bağlı kapasitör sıralarının eşit olmayan kapasitans devresi kullanılır. Balunlar bazen özel transformatörlerle birlikte kullanılır ve otomatik dönüştürücüler.

Balunlar kapasitör bankları içerdiğinden, modun hem dengelendiği hem de bunu telafi etmek için Q'nun üretildiği devrelerin kullanılması tavsiye edilir. Eşzamanlı mod dengeleme ve Q telafisi için cihazlar geliştirme aşamasındadır.

0.38 kV'luk dört telli şehir şebekelerinde dengesizliğin azaltılması, şebeke elemanlarındaki sıfır bileşen akımı I0 düşürülerek ve sıfır bileşen direnci Z0 azaltılarak gerçekleştirilebilir.

Sıfır bileşen akımı I0'ın azaltılması, temel olarak yüklerin yeniden dağıtılmasıyla elde edilir. Alçak gerilim tarafında trafoların tamamının veya bir kısmının paralel olarak çalıştığı şebekeler kullanılarak yük dengeleme sağlanır. Sıfır bileşen direncinin Z0 azaltılması, genellikle düşük yük yoğunluğuna sahip alanlarda inşa edilen 0,38 kV havai hatlar için kolayca gerçekleştirilebilir. Kablo hatları için Z0'ı azaltma olasılığı, yani nötr iletkenin kesitini artırma, uygun teknik ve ekonomik hesaplamalarla özellikle gerekçelendirilmelidir.

Dağıtım trafosunun sargılarının bağlantı şeması, şebekedeki voltaj dengesizliği üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.6-10 / 0,4 kV.Şebekelerde kurulan dağıtım trafolarının çoğu sıfır (Y / Yo) ile yıldız yıldızdır. Bu tür dağıtım transformatörleri daha ucuzdur, ancak yüksek sıfır bileşen direnci Z0'a sahiptir.

Dağıtım trafolarından kaynaklanan gerilim dengesizliğini azaltmak için sıfır (D/Yo) ile yıldız-üçgen veya yıldız-zikzak (Y/Z) bağlantı şemalarının kullanılması tavsiye edilir. Asimetriyi azaltmak için en uygun olanı U / Z şemasının kullanılmasıdır. Bu bağlantıya sahip dağıtım transformatörlerinin üretimi daha pahalıdır ve çok emek yoğundur. Bu nedenle, yüklerin asimetrisi ve hatların sıfır bileşen direnci Z0 nedeniyle büyük bir asimetri ile kullanılmaları gerekir.