Меню

Несимметрия напряжений как посчитать

Несимметрия напряжений

date image2014-02-24
views image4922

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Несимметрия напряжений несимметрия трёхфазной системы напряжений.

Несимметрия напряжений происходит только в трёхфазной сети под воздействием неравномерного распределения нагрузок по её фазам. В качестве вероятного виновника несимметрии напряжений ГОСТ 54149-2010 указывает потребителя с несимметричной нагрузкой.

Источниками несимметрии напряжений являются:

— дуговые сталеплавильные печи,

-тяговые подстанции переменного тока,

-однофазные электротермические установки,

-несимметрия сопротивления сети,

-другие одно­фазные, двухфазные и несимметричные трёхфазные потребители электроэнергии, в том числе бытовые.

Поскольку основной причиной несимметрии напряжения является различие нагрузки по фазам (несимметричная нагрузка), то это явление наиболее характерно для низковольтных электрических сетей 0,4 кВ. Однако несимметричные нагрузки достаточно распространены и в высоковольтных электрических сетях (в первую очередь тяговые нагрузки). В большей степени это относится к контактным сетям переменного тока на железнодорожном транспорте. Данные многочисленных экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что в таких сетях величина несимметрии напряженийможет достигать 10% и более.

Так, суммарная нагрузка отдельных предприятий содержит 85 – 90 % несимметричной нагрузки. А коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности (KU) одного 9-ти этажного жилого дома может составлять 20 %, что на шинах трансформаторной подстанции (точке общего присоединения) может превысить нормально допустимые 2 %.

Для характеристики несимметрии напряжений служат коэффициенты несимметрии по обратной и нулевой последовательностям.

Коэффициент несимметрии по обратной последовательности дается для междуфазных напряжений, геометрическая сумма которых всегда равна нулю. Он равен отношению, %,

где U2, U1— составляющие обратной и прямой последовательностей при разложении по методу симметричных составляющих системы междуфазных напряжений.

Коэффициент несимметрии по нулевой последовательности определяется в виде

Он равен процентному отношению составляющих нулевой и прямой последовательностей при разложении по методу симметричных составляющих системы фазных напряжений. Причем известно, что соотношение U1и U1Фдля связанных систем фазных и междуфазных напряжений имеет простой вид:

Нормально допускаемые и предельно допускаемые значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны соответственно 2 и 4 %.

Нормально допускаемые и предельно допускаемые значения коэффициента несимметрии по нулевой последовательности в точках общего присоединения к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 380 В равны соответственно 2 и 4 %.

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 неноминальных 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 K2U = 2 – 4 %, срок службы электрической машины снижается на 10 –15 %, а, если она работает при номинальной нагрузке, срок службы снижается вдвое.

Поэтому ГОСТ 54149-2010 устанавливает значения коэффициентов несимметрии напряжения по обратной (K2U) и нулевой (KU) последовательностям, – нормально допустимое 2 % и предельно допустимое 4 %.

Для указанных показателей КЭ установлены следующие нормы:

— значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности (K2U)и несимметрии напряжений по нулевой последовательности (KU) в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 2 % в течение 95 % времени интервала в одну неделю;

— значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности (K2U)и несимметрии напряжений по нулевой последовательности (KU) в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 4 % в течение 100 % времени интервала в одну неделю.

Читайте также:  Определить заряд при переменном напряжении

Напряжения обратной последовательности создают вращающий момент двойной частоты, направленный в противоположном направлении моменту вращения ротора электрической машины, т.е. создают тормозной электрический момент.

При несимметрии напряжений в синхронных машинах, наряду с возникновением дополнительных потерь и нагревом статора и ротора, могут начаться опасные вибрации, вызванные вращающими моментами, пульсирующими с двойной частотой. Эти моменты появляются как следствие взаимодействия магнитных потоков, созданных токами обратной последовательности в цепях ротора и статора, а также потоков, обусловленных токами прямой последовательности. При значительной несимметрии напряжений вибрация может оказаться опасной и вызывать разрушения сварных соединений.

При появлении в трехфазной сети напряжения нулевой последовательности ухудшаются режимы напряжений для однофазных электроприемников. Токи нулевой последовательности постоянно протекают через заземлители и значительно высушивают грунт, увеличивая сопротивления заземляющих устройств. Это недопустимо с точки зрения работы релейной защиты из-за усиления их воздействия на низкочастотные установки связи, устройства железнодорожных блокировок.

Несимметричные режимы влияют на производительность руднотермических печей. Увеличение напряжения обратной последовательности на 20% приводит к снижению производительности руднотермических печей на 30—40%, а увеличение К2U до 40% приводит к значительному увеличению расхода энергии. К снижению несимметрии напряжений приводит как уменьшение сопротивления сети токам обратной и нулевой последовательностей, так и снижение значений самих токов. Учитывая, что сопротивления внешней сети (трансформаторов, кабелей, линий) одинаковы для прямой и обратной последовательностей, снизить эти сопротивления возможно лишь путем подключения несимметричной нагрузки к отдельному трансформатору.

В качестве вероятного виновника несимметрии напряжений ГОСТ 54149-2010 указывает потребителя с несимметричной нагрузкой.

Мероприятия по снижению несимметрии напряжений:

Равномерное распределение нагрузки по фазам.

Применение симметрирующих устройств. В качестве таких устройств применяют несимметричное включение конденсаторных батарей (рис 9.1 а) или специальные схемы симметрирования однофазных нагрузок (рис 9.1 б).

Сопротивления в фазах симметрирующего устройства подбираются таким образом, чтобы компенсировать ток обратной последовательности, генерируемый нагрузкой как источником искажения (рис. 9.2).

Рис.9.1 Симметрирующие устройства с КБ(а) и специальная схема (б).

Источник

Расчет несимметрии токов и напряжений

В электрических сетях несимметрия может быть продольной и поперечной. Продольная несимметрия обуславливается неравенством сопротивлений в трехфазной системе (когда воздушная линия прокладывается не по треугольнику, а в одной плоскости).

На промышленных предприятиях в основном возникает поперечная несимметрия. Поперечная несимметрия вызывается несимметрией нагрузки (на две фазы, на фазу и нуль, по схеме открытого треугольника). Нарушается симметрия токов, появляются обратная и нулевая последовательности, прохождение которых по сетям приводит к появлению несимметрии напряжения на шинах источника питания. Наличие несимметрии приводит к тому, что в асинхронных двигателях возникает обратный момент, они перегреваются и уменьшается коэффициент мощности.

Для расчета коэффициентов несимметрии (обычно на промышленном предприятии определяющей является обратная последовательность) обратной последовательности составляется расчётная схема. В расчетной схеме должны быть указаны расчётные трехфазные и однофазные нагрузки.

Расчетную схему составим для источника несимметрии – машин дуговой сварки. Несимметрия появляется вследствие несимметричной нагрузки (на парах фаз АВ и ВС – по две машины, на паре фаз СА – одна машина). Расчетная схема показана на рисунке 13.5

Рисунок 13.5 — Расчетная схема

В схеме замещения источник несимметрии показывается источником напряжения, а все ветви проводимостью обратной последовательности. Схема замещения приведена на рисунке 13.6

Рисунок 13.6 -Схема замещения обратной последовательности

где: YS – результирующая проводимость нагрузки обратной последовательности;

Y2c – проводимость системы, обратной последовательности.

Несимметрия характеризуется коэффициентом несимметрии:

Читайте также:  Падение напряжения красного светодиода

где U2 – напряжение обратной последовательности, В;

Uн – номинальное напряжение источника несимметрии, В.

Согласно ГОСТ 13109-97 в электрической сети до 1000 В допустимое значение К2u = 2 %.

Для кабельных линий, и трансформаторов: (Z1 – сопротивление прямой последовательности, Z2 – сопротивление обратной последовательности).

Определим сопротивление высоковольтной кабельной линии 10 кВ обратной последовательности:

где Rкл10 и Xкл10 — активное и индуктивное сопротивление кабельной линии 10 кВ, , по формулам (11.2), (11.3).

Определим сопротивление трансформатора обратной последовательности:

где Rт и Xт — активное и индуктивное сопротивление трансформатора,

, по формулам (11.4), (11.6).

Определим сопротивление низкой сети обратной последовательности:

Определяем активное и индуктивное сопротивление магистрального шинопровода КТА2500, l = 12 м:

где: R0шма — удельное активное сопротивление магистрального шинопровода, мОм/м;

Х0шма — удельное реактивное сопротивление магистрального шинопровода, мОм/м;

Lшма — длина магистрального шинопровода, м.

Определяем активное и индуктивное сопротивление кабельной линии 0,4 кВ, выполненной кабелем 2хАВВГ (4х50), l = 30 м:

где: R0кл0,4 — удельное активное сопротивление кабельной линии 0,4 кВ, мОм/м;

Х0кл0,4 — удельное реактивное сопротивление кабельной линии 0,4 кВ, мОм/м;

Lкл0,4 — длина кабельной линии 0,4 кВ, м.

Тогда сопротивления низкой сети:

где Rнс и Xнс — активное и индуктивное сопротивление низкой сети,

Определим результирующее сопротивление нагрузки, обратной последовательности:

Определяем результирующую проводимость нагрузки обратной последовательности:

Определяем проводимость системы обратной последовательности:

где Z2c = Zc = j×xc = j×0,52 мОм – сопротивление системы обратной последовательности.

Определим результирующую проводимость обратной последовательности:

Определим результирующее сопротивление обратной последовательности:

Определим модуль результирующего сопротивления:

Определим ток обратной последовательности:

где: =49280 ВА – эффективная однофазная мощность машины дуговой сварки по формуле (5.2);

Uн = 380 В – номинальное напряжение машины дуговой сварки.

Определим напряжение обратной последовательности:

Тогда коэффициент обратной последовательности будет равен:

Полученный коэффициент несимметрии удовлетворяет требованиям ГОСТа. Установки специальных устройств по уменьшению несимметрии не требуется.

14 Расчёт заземляющего устройства

Для установок, имеющих напряжение до 1000 В и выше, получаются два значения нормативных сопротивлений заземляющего устройства:

Rзу = 4 Ом – для стороны до 1000 В;

– для стороны выше 1000 В.

За расчётное значение должно быть принято меньшее из этих двух значений, как обеспечивающее безопасность. Определяем сопротивление заземляющего устройства:

где Iз = 7 А — емкостной ток замыкания на землю сети выше 1000В, (по заданию).

Таким образом, определяющим для расчёта является требование:

Определяется расчетное удельное сопротивление земли:

где Кс=1,1-1,35 – коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта;

r – удельное сопротивление грунта, измеренное при нормальной влажности; (r=160 Ом×м – из задания).

Заземляющее устройство выполняем в виде контура (прямоугольника) из горизонтальных и вертикальных заземлителей. В качестве вертикальных электродов используем арматурный пруток диаметром 12 мм и длиной l=5 м. Верхний конец электрода находится ниже уровня земли на 0,7 м.

Сопротивление одного вертикального электрода:

Определяем ориентировочное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования вертикальных электродов Ки.в=0,5

Предварительно принимаем n = 22.

Горизонтальные электроды выполняем из полосовой стали 40´4 мм. Общая длина полосы, при отношении расстояния между заземлителями к их длине, равным 1, l = 110 м.

Определяется сопротивление полосы, соединяющей вертикальные электроды:

где – сопротивление горизонтальной полосы:

Ки.г – коэффициент использования горизонтальных электродов (Ки.г=0,3-0,4).

Определяется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом горизонтальной полосы:

Определяется уточненное число вертикальных электродов

Окончательно приминаем в контуре 12 вертикальных заземлителя.

План заземления подстанции показан на рисунке 14.1.

Источник



Несимметрия напряжения. Расчет коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности и оценка его допустимости

Несимметричным режимом работы системы электроснабжения называют такой режим, при котором условия работы одной или всех фаз сети оказываются неодинаковыми. Различают кратковременные и длительные несимметричные режимы. Кратковременная несимметрия обычно связана с аварийными процессами в электрических сетях, такими как КЗ, обрыв проводников с замыканием на землю, отключение фазы при однофазном АПВ. Длительная несимметрия возникает при наличие несимметрии в том или ином элементе электрической сети или при подключении к системе электроснабжения несимметричных приемников электрической энергии. К числу таких приемников относятся осветительные приборы, однофазные установки электросварки, индукционные и дуговые сталеплавильные печи, установки электрошлакового переплава, электровозы переменного тока.

Читайте также:  Чем менять напряжение постоянного тока

Наличие несимметрии нагрузок фаз вызывает появление токов обратной и нулевой последовательности. Эти токи, протекая по элементам сети, вызывают в них падения напряжения соответственно обратной и нулевой последовательности, которые, складываясь с напряжением прямой последовательности промышленной частоты, приводят к возникновению несимметрии напряжения сети.

Несимметрия напряжения характеризуется следующими показателями:

  • коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности;
  • коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности.

Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны 2,0 и 4,0 % соответственно.

Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности в точках общего присоединения к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ равны 2,0 и 4,0 % соответственно.

Коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности

где – действующее значение обратной последовательности напряжения,

Здесь – эквивалентный ток обратной последовательности, обусловленный несимметричными нагрузками;

– суммарное сопротивление обратной последовательности сети.

При подключении однофазных нагрузок на линейное напряжение ток обратной последовательности и начальная фаза этого тока определяются по соотношениям

или через мощности

где – фазный угол нагрузки.

В общем случае относительное значение сопротивления обратной последовательности по отношению к секции или системе шин

где – номинальная мощность и фазный угол i-го присоединения линейной или нелинейной части нагрузок; – относительное значение полной проводимости i-го присоединения.

Обычно определение коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности проводится по схеме замещения сети с представлением ее элементов в виде проводимостей:

При этом сопротивления обратной последовательности элементов схем замещения определяются по выражениям

• сопротивление батареи конденсаторов –

• сопротивление симметричной нагрузки –

где при ; при ,

– кратность пускового тока,

где — потребляемая мощность преобразователя.

Пример 4.

К шинам распределительного устройства подключены следующие нагрузки (рис.6.1): трехфазная симметричная мощностью , две однофазные мощностью и , включенные на разные междуфазные напряжения, и батарея статических конденсаторов мощностью . Мощность короткого замыкания на шинах распределительного устройства . Требуется определить коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности и оценить его допустимость.

Расчет несимметрии напряжения производится по схеме замещения сети обратной последовательности (рис.6.2), в которой источник несимметрии (однофазная нагрузка) учитывается током обратной последовательности (I2), а элементы схемы (симметричная нагрузка, БСК, система) представляются в виде проводимостей обратной последовательности.

Схема замещения сети представлена на рис. 6.2.

Параметры схемы замещения:

Суммарная проводимость обратной последовательности

Мощность однофазной (эквивалентной) нагрузки, включенной на линейные напряжения (UАВ и UВС):

Ток обратной последовательности однофазной нагрузки определяется по выражению

Напряжение обратной последовательности

Коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности

Для данной схемы нормально допустимое значение коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности равно .

При этом получаем , следовательно, совместная работа трехфазной и однофазной нагрузок допустима.

Дата добавления: 2016-04-22 ; просмотров: 5063 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник