Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования.

Возрастают потери электроэнергии в сетях от дополнительных потерь в нулевом проводе.

Однофазные, двухфазные потребители и разные фазы трёхфазных потребителей электроэнергии работают на различных не номинальных напряжениях, что вызывает те же последствия, как при отклонении напряжения.

В электродвигателях, кроме отрицательного влияния 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 K_2U = 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 (K_2U) и нулевой (K_0U) последовательностям, - нормально допустимое 2 % и предельно допустимое 4 %.

В качестве вероятного виновника несимметрии напряжений ГОСТ 13109-97 указывает потребителя с несимметричной нагрузкой.

Мероприятия по снижению несимметрии напряжений:

равномерное распределение нагрузки по фазам;

применение симметрирующих устройств (рис.2.1).

В некоторых случаях получается снизить несимметрию напряжений рациональным пофазным распределением нагрузки. Это бывает возможным тогда, когда нагрузка представляет достаточное количество соизмеримой мощности приёмников.

Рис. 2.1 Применение симметрирующих устройств для снижения несимметрии напряжения.

Иногда, ряд потребителей электроэнергии, например электротермической нагрузки, по условиям технологии находится в работе постоянно. Тогда для мощной однофазной нагрузки можно использовать питающий трансформатор со схемой соединения вторичной обмотки "зигзаг", когда однофазная нагрузка распределена между двух фаз (рис.2.2). Для такого симметрирования необходимо использовать трансформатор специального исполнения.

Рис. 2.2 Схема соединения "зигзаг" обмоток трансформатора

Но, даже и эта мера в ряде случаев не позволяет в достаточной мере выровнять напряжения. Тогда необходимо использовать симметрирующие устройства. Симметрирование системы линейных напряжений трёхфазной сети сводится к компенсации тока обратной последовательности, потребляемого однофазными нагрузками и обусловленного им напряжения обратной последовательности.

Сопротивления в фазах симметрирующего устройства подбираются таким образом, чтобы компенсировать ток обратной последовательности, генерируемый нагрузкой как источником искажения. Симметрирующие устройства изготавливают управляемыми и неуправляемыми, в зависимости от графика нагрузки.

Для симметрирующего устройства, изображённого на рис.2.1, требуемая мощность конденсаторной батареи С и дросселя L определяется из условия:

, (2.5)

где Р₀ - активная мощность однофазно нагрузки.

Компенсация тока обратной последовательности осуществляется с помощью батарей конденсаторов С и дросселя L. Данная схема применяется для симметрирования чисто активной нагрузки.

Управляемые симметрирующие устройства отличаются тем, что значения ёмкости конденсаторных батарей и значение индуктивности дросселя выбираются в зависимости от требований по компенсации отключением и включением параллельно включенных конденсаторов и переключением отпаек дросселя.

Симметрирование двух и трёхфазных несимметричных нагрузок, для симметрирования реактивной составляющей тока, можно осуществить с помощью несимметричной батареи конденсаторов.

Выбор метода симметрирования должен выбираться исходя из экономических соображений, поскольку симметрирующее устройство влечёт за собой дополнительные капиталовложения и эксплуатационные затраты.

Отклонение частоты

Отклонение фактической частоты переменного напряжения fф от номинального значения fном в установившемся режиме работы системы электроснабжения можно оценить как отклонение:

, (2.6)

и как размах колебаний:

. (2.7)

При нормальном режиме работы энергетической системы допускается отклонение частоты, усреднённые за 10 минут в пределах 0,1 Гц, и с размахом колебаний не более 0,2 Гц.

Снижение частоты происходит при дефиците мощности работающих в системе электростанций.

Для устранения этих явлений, необходимо ремонтировать или модернизировать существующие и строить новые электростанции. А пока их нет, активно применяется радикальная мера - автоматическая частотная разгрузка (АЧР), то есть отключение части потребителей при снижении частоты (гильотина - как средство от головной боли). Этот процесс иногда ещё называют веерными отключениями.

Для потребителя важно знать, в какую очередь отключат его оборудование от сети при таком развитии событий (указывается при заключении договора электроснабжения), аргументировано требовать изменения очерёдности или иметь собственные резервные генерирующие мощности.

Поддержание частоты на необходимом уровне осуществляется мощными генераторами энергетических систем. Электроприёмники предприятий из-за их незначительной мощности, по сравнению с суммарной мощностью генерирующей системы не могут оказать какого-либо влияния на отклонение частоты в питающей сети. Однако мощные электроприёмники с резко неравномерной нагрузкой вызывают значительные изменения напряжения в сети, а следовательно, и колебания частоты питающего напряжения.

Активная мощность, потребляемая, например, преобразователями прокатных станов может изменяться от нуля до максимума за 0,1 сек., вследствие чего колебания частоты могут достигать больших значений. Колебания частоты для этого случая:

, (2.8)

где ∆Р - наброс активной нагрузки, S _{к -} мощность короткого замыкания системы, ∆ t - время наброса мощности. Отсюда получаем допустимое значение набросов активной мощности:

. (2.9)

Резкие быстропеременные изменения активной мощности отрицательно сказываются на работе генераторов и турбин электростанций. Они могут вызвать нарушение устойчивости генераторов, поэтому на электростанциях предусматривается частотная разгрузка - отключение потребителей при снижении частоты до 48 Гц.

Повышение частоты происходит при резком сбросе нагрузки в системе электроснабжения, - ситуация аварийная и действие ГОСТ 13109-97 на неё не распространяется, а в установившемся режиме работы сети такое событие весьма редкое.

Следующие явления возникают в любой сети и зачастую являются случайными событиями. ГОСТ 13109-97 не нормирует эти явления, но их статистика по конкретной сети может помочь потребителю принимать решения по обеспечению бесперебойности электроснабжения собственного оборудования тем или иным способом.