Симметрирование нагрузок

При неравномерной нагрузке электрической сети по фазам симмет­рия напряжений и токов в отдельных точках нарушается. Предполо­жим, что к трансформатору с симметричными напряжениями фаз u_a, U_В, U_c, сопротивления фаз которого малы, подключена несим­метричная нагрузка с сопротивлениями ½ Z₁ ½ ¹ ½ Z₂ ½ ¹ ½ Z₃ ½ в фазах и сопротивлением Z₀ нулевого провода (рис. 10.8). Напряжение меж­ду точками О и О' определяется как падение напряжения на сопротив­ление Z_Q с помощью формулы U₀ = I₀Z₀, откуда I ₀ = U₀/Z₀ = U₀Y₀.

Выразив сопротивление через проводимости фаз нагрузки Y = 1/Z, получим уравнение

из которого напряжение между нейтральными точками трансформато­ра и нагрузки будет

Если нулевой провод отсутствует, т. е. Y₀ = 1/Z₀ = l/¥ = 0, напря­жение между нейтральными точками можно найти по формуле

При всяком соединении с землей одной из фаз линии, например фа­зы С, даже через конечное сопротивление R = 1/G, эта фаза приобретает потенциал земли

где G - проводимость заземления.

Бели значение коэффициентов обратной или нулевой последователь­ности напряжений превышает 2-4%, их ограничение производится с помощью симметрирующих устройств или схемных решений.

Симметрирующие устройства (СУ) выполняются индивидуальны­ми, групповыми, комбинированными и могут обеспечивать симметри­рование нагрузок централизованно. Они могут быть неуправляемыми или управляемыми в зависимости от особенностей графика нагрузки. Схемы симметрирующих устройств имеют и электромагнитные связи между элементами.

СУ с электрическими связями между элементами реализуется, на­пример, если параллельно сопротивлению нагрузки в другие две фазы треугольника включить симметрирующую емкость сопротивлением х_с и индуктивность сопротивлением х_L.

Симметрирующие устройства с магнитными связями между элемен­тами осуществляются включением между электрической сетью и на­грузкой специальных трансформаторов — трансформаторов с пофазным регулированием (например, индукционные плавильные печи).

Соотношения витков трансформаторов выбираются таким образом, чтобы несимметрия напряжений в питающей сети (U_AB, U_СА, U_вс) не превышала допустимых значений. Симметрирующие устройства трансформаторного типа, как правило, являются индивидуальными и нерегулируемыми.

Электроустановки до 1 кВ переменного тока выполняются, как правило, четырехпроводными за исключением электроустановок, тре­бующих повышенных мер безопасности (передвижные, торфяных раз-

работок, шахт). Определяющее значение на сопротивления нулевой последовательности Z₀ оказывает сопротивление нулевой последова­тельности трансформаторов, зависящее от группы соединения их об­моток. Однофазный ток КЗ на выводах вторичной обмотки питающего трансформатора при неучете активной составляющей полного сопро­тивления можно определить в соответствии с правилом прямой после­довательности [5]:

где Х₁, Х₂, Х₀ — сопротивления прямой, обратной, нулевой последо­вательностей соответственно; U_ном — номинальное напряжение вто­ричной обмотки трансформатора.

Схемы соединений первичных и вторичных обмоток двухобмоточ-ных трансформаторов, принципиальные схемы замещения, пути за­мыкания токов нулевой последовательности приведены в табл. 10.5. Как видно, для четырехпроводных сетей могут использоваться транс­форматоры с соединением обмоток У/У₀, У/Zo, Д/Уо. Трансформаторы с соединением У/У_о, наиболее простые по конструкции и экономичные по расходу материалов, все же не находят широкого применения из-за большого сопротивления нулевой последовательности и повышенного значения К_ои, токи однофазных КЗ в сети до 1 кВ I^’_k = (3,6 ¸ 5,3) I_ном недостаточны для срабатывания защит выключателей или перегорания предохранителей. Для снижения K_оu и увеличения однофазного тока КЗ (I_k⁽¹⁾ £ 17I _ном) более предпочтительна схема соединения трансфор­матора Д/Уо.

Наименьшее сопротивление (вплоть до нулевого значения нулевой последовательности) можно получить при соединении обмоток транс­форматоров У/Zo путем разделения вторичных обмоток на две полу-обмотки, располагаемые на соседних стержнях, за счет использования взаимоиндукции при схеме встречного зигзага. Ток однофазного КЗ за трансформатором при схеме соединения У/Zo увеличивается до I_k ⁽¹⁾ = 27 I_ном.

Включение обмоток трансформаторов мощностью 400 кВ • А и вы­ше предусматривается по схемам Д/Уо, а трансформаторов 250 кВ • А и ниже — по схемам У/Z₀.

Вопросы для самопроверки

1. Каковы влияние качества электрической энергии на работу завод­ских потребителей и необходимость учета показателей качества элект­роэнергии в системах электроснабжения?

2. Поясните физический смысл и количественно охарактеризуйте
каждый из показателей качества: отклонение и колебания частоты;

отклонения напряжения; колебания напряжения (размах изменения напряжения, доза колебания напряжения, частота изменения напряжения, интервал времени между изменениями напряжения, глубина про­дала напряжения, интенсивность провалов напряжения, длительность импульса напряжения); несимметрия напряжения трехфазной сети; не синусоидальность напряжения.

3. Каковы особенности и аппаратные средства измерения: отклоне­ний и колебаний напряжения; несимметрии напряжений; несинусои­дальности напряжения (коэффициента несинусоидальности и коэффициента гармонической составляющей напряжения)?

4. Рассмотрите сопротивление обратной последовательности для раз­личных нагрузок.

5. Поясните необходимость и границы регулирования напряжения.

6. Укажите способы симметрирования нагрузок.