Електромережі та електрообладнання (стр. 2 из 3)
Несиметрію, обумовлену несиметричним навантаженням (однофазні електрометричні установки, електрозварювальні пристрої, тягові навантаження й ін.), називають поперечною.
При несиметричному режимі в трифазній системі з'являються симетричні складові струмів і напруг зворотної і нульової послідовностей, що негативно впливають на роботу електроустаткування. Струми зворотної послідовності викликають появузворотньо синхронного магнітного поля, що обумовлює додаткове нагрівання електричних машин і зниження обертаючих моментів електродвигунів, а також спотворює трикутник напруг у споживача і на генераторних шинах. Струми нульової послідовності ведуть до несиметрії фазних напруг мережі, а також негативно впливають на лінії, що поблизу знаходяться, (наприклад, лінії зв'язку).
Несиметрію трифазної системи прийнято характеризувати коефіцієнтами несиметрії струмів і напруг:
eі= 
=eіеjYI; (1)
eu=
=euejYu, (2)де U', I' і U", I"- симетричні складові напруг і струмів прямої і зворотної послідовностей.
2.1 Синхронні генератори
При наявності несиметричних навантажень великої потужності, що харчуються від трифазної системи, у статорах генераторів протікають струми прямої, зворотної і нульової послідовностей. Струмипрямоїпослідовностістворюютьмагнітнеполе, щообертаєтьсясинхроннозротором, азворотної — магнітнеполе, щообертаєтьсязподвійноюсинхронноюшвидкістювнапрямку, зворотномунапрямкуобертанняротора, інаводитьвостанньомуе.р. с. зчастотою 100 гц. Цяе. р. с. обумовлюєвобмотцізбудженняструму, щопульсуєполеякеможнарозкластинадвіскладові: поле, щообертаєтьсявнапрямкуобертанняротораінавідневстаторіе.р. с. потрійноїчастоти, іполе, щообертаєтьсявнапрямку,зворотньомунапрямкуобертанняротора, інавідневстаторіе.р. с. зчастотоюосновногополязворотньоїпослідовності, частковокомпенсуючийого. Е. р. с. потрійної частоти викликає в статорі струми прямої і зворотної послідовностей такої ж частоти. Магнітне поле струмів зворотної послідовності викликає в обмотці ротора е.р.с. з частотою 200 гц і т.д.
Таким чином, у статорі створюється непарний, а в обмотці збудження — парний спектр гармонік струмів прямої і зворотної послідовностей. Ці струми обумовлюють додаткове нагрівання як статора, так і ротора синхронної машини, що досягає часто загрозливих величин, особливо для ротора.
2.2 Асинхронні електродвигуни
Несиметричні струми, викликані в системі несиметричним навантаженням, унаслідок кінцівки опорів ліній електропередач викликають несиметрію напруг. В асинхронних електродвигунах ця несиметрія обумовлює додаткове нагрівання, а також протидіючий обертаючий момент, що зменшує корисний момент. Зменшення корисного моменту за рахунок протидіючого стосовно моменту при симетричному навантаженні визначається вираженням
m=
× 
= × 
eu2 (3)де S — ковзання; Z' і Z'' — опори прямої і зворотної послідовностей.
Для індукційного двигуна в номінальному режимі Z" »» 0,16Z', а максимальне ковзання при повному навантаженні дорівнює 0,05.
Тому:
m=
× 
× 
»eu2 (4)Таким чином, зменшення обертаючого моменту дорівнює квадрату коефіцієнта несиметрії напруг. Відзначимо, що так якдля загальмованого двигуна S = 1, а Z’= Z’’ то вираження справедливе також і для пускового режиму.
Оскільки опір зворотньої послідовності асинхронних електродвигунів у 5—7 разів меньший опору прямої послідовності, то при наявності навіть невеликої по величині складовій напруг зворотної послідовності виникає струм значної величини. Цей струм накладається на струм прямої послідовності й обумовлює додаткове нагрівання ротора і статора, у результаті чого швидко старіє ізоляція і зменшується розташовувана потужність двигуна. Установлено, що термін служби цілком навантаженого асинхронного двигуна, що працює при несиметрії напруг у 4%, скорочується в два рази.
Особливо небезпечна несиметрія напруг для асинхронних двигунів при підвищеній напрузі мережі (у таких умовах працюють, наприклад, двигуни для приводу допоміжних механізмів на електровозах перемінного струму). У результаті дії несиметрії і підвищеної напруги припустима потужність двигунів значно знижується. Тому в таких випадках установлену потужність асинхронних двигунів необхідно збільшувати в 2—2,5 рази. Оскільки додаткові теплові втрати мають квадратичну залежність від несиметрії напруг, то тривала несиметрія напруг приблизно в 2% мало впливає на термін служби цілком навантаженого асинхронного двигуна.
У деяких випадках навантаження буває обмежене чи переривчасте і припустима несиметрія напруг може бути трохи більша. Це зумовлене тим, що неприпустиме нагрівання настає тільки після тривалого впливу несиметрії, і в розрахунки можна вводити не максимальну і діючу нетривалий час несиметрію, а використовувати величину, дію якої триває чверть чи пів години. Результати досліджень показали, що припустимою несиметрією напруг для асинхронних двигунів варто вважати несиметрію до 2%. Як видно з вираження, зниження обертаючого моменту при цьому буде також незначним.
3.Методи і засобисиметрування
Режим трифазної системи симетричний при відсутності пульсуючої потужності, тобто коли в системі існують напруги і струми тільки прямої послідовності. Тому всі методи попередження несиметрії (симетрування) спрямовані на компенсацію зазначеної потужності, тобто на зменшення симетричних складових зворотної і нульової послідовностей. Розрізняють внутрішнє і зовнішнєсиметрування. (При внутрішньому симетруванні несиметричне (однофазне) навантаження розподіляється між фазами по можливості рівномірно, що зменшує, таким чином, її вплив на систему. Цей метод застосовують для зменшення несиметрії тягових навантажень електрифікованих залізниць, коли різні тягові підстанції підключаються до фаз системи за «гвинтовом» закононом. Досягти повної симетрії методом внутрішнього симетрування вдається надзвичайно рідко, оскільки сумарне навантаження в загальному випадку все ж таки залишаються несиметричним.
Під зовнішнім розуміють штучне симетруванняз застосуванням різних пристроїв, підключених до трифазної мережі так, щоб струми в трифазному джерелі і мережі були симетричними і створювали систему прямої послідовності. Таке симетруванняодержало широке поширення і може бути виконано різними способами.
3.1 Підключення до недовантажених фаз додаткових опорів для
симетрування сумарного навантаження
Це простий, але неекономічний спосіб, оскільки веде до значних втрат енергії в зазначених опорах. Крім того, для його здійснення при наявності несиметричних навантажень з різними параметрами необхідно мати значний арсенал додаткових опорів. Усе ж таки цей спосіб іноді рекомендують застосовувати для захисту турбогенераторів при обриві однієї з фаз.
3.2 Застосування багатофазної схеми випрямлення струму
наприклад, схеми Ларіонова)
Таке симетрування можна здійснити, коли однофазне навантаження може нормально працювати при харчуванні від джерела постійного струму. Недоліком цього способу є те, що вищі гармоніки, обумовлені схемою випрямлення проникають у мережу, спотворюють форму кривих струмів і напруг і приводять до збільшення втрат енергії в електроустаткуванні.
Застосування преосвітнього агрегату «трифазний двигун — однофазний генератор». Такий спосіб зв'язаний зі значними витратами встановлених потужностей і втратами енергії (до 25%).
3.3 Симетрування за допомогою фазових зрівнювачів
Струми зворотної послідовності, викликані несиметричним навантаженням, компенсуються за допомогою синхронних машин, що створюють не- обхідну для цього систему е.р. с. зворотної послідовності. Електромагнітні фазові зрівнювачі не одержали широкого поширення через велику вагу (12—14 кг/ква) і габаритів, а також складності конструкції і невисокої надійності. В даний час їх пропонують використовувати для комплексного рішення проблеми симетрування й усунення коливань напруги, викликаних дуговими сталеплавильними печами.
3.4 Використання симетруючого ефекту трифазних асинхронних
двигунів
Якщо трифазний двигун приєднаний до системи з несиметричним навантаженням, він прагне відновити симетрію системи. Для цього випадку справедливе вираження
eu= = 
· 
, (5)
де Z — опір лінії між джерелом харчування і місцем приєднання несиметричного навантаження; Z’Д, Z’’Д— опір двигуна прямої і зворотної послідовностей; U’Н, U’’Н — напруга на навантаженні прямої і зворотної послідовностей.