Ursachen asymmetrischer Moden in elektrischen Netzen

Ein symmetrisches dreiphasiges Spannungssystem zeichnet sich durch Spannungen aus, die in allen drei Phasen in Betrag und Phase identisch sind. Im asymmetrischen Modus sind die Spannungen in den verschiedenen Phasen nicht gleich.

Asymmetrische Moden in elektrischen Netzen entstehen aus folgenden Gründen:

1) ungleichmäßige Belastungen in verschiedenen Phasen,

2) unvollständiger Betrieb von Leitungen oder anderen Elementen im Netzwerk,

3) unterschiedliche Leitungsparameter in verschiedenen Phasen.

Am häufigsten tritt ein Spannungsungleichgewicht aufgrund der Ungleichheit der Phasenlasten auf. Da die Hauptursache für das Spannungsungleichgewicht die Phasendifferenz (unsymmetrische Belastung) ist, ist dieses Phänomen am charakteristischsten für Niederspannungsnetze mit 0,4 kV.

In städtischen und ländlichen Netzen mit 0,4 kV wird Spannungsasymmetrie hauptsächlich durch den Anschluss von einphasiger Beleuchtung und Haushaltsstromverbrauchern mit geringer Leistung verursacht. Die Anzahl solcher einphasiger Stromverbraucher ist groß und sie müssen gleichmäßig auf die Phasen verteilt werden, um Unsymmetrien zu reduzieren.

In Hochspannungsnetzen wird Asymmetrie in der Regel durch das Vorhandensein leistungsstarker einphasiger elektrischer Empfänger und in einigen Fällen dreiphasiger elektrischer Empfänger mit ungleichmäßigem Phasenverbrauch verursacht. Zu letzteren zählen Lichtbogenöfen zur Stahlproduktion. Die Hauptquellen der Asymmetrie in Industrienetzen von 0,38–10 kV sind einphasige Wärmeanlagen, Erzwärmeöfen, Induktionsschmelzöfen, Widerstandsöfen und verschiedene Heizanlagen. Darüber hinaus sind asymmetrische Elektroempfänger Schweißgeräte unterschiedlicher Leistung. Umspannwerke des elektrifizierten Wechselstrom-Schienenverkehrs sind eine starke Quelle der Asymmetrie, da es sich bei Elektrolokomotiven um einphasige elektrische Empfänger handelt. Die Leistung einzelner einphasiger elektrischer Empfänger erreicht derzeit mehrere Megawatt.

Es gibt zwei Arten von Asymmetrie: systematisch und probabilistisch oder zufällig. Systematische Asymmetrie entsteht durch ungleichmäßige ständige Überlastung einer der Phasen, probabilistische Asymmetrie entspricht nicht konstanten Belastungen, bei denen verschiedene Phasen abhängig von Zufallsfaktoren zu unterschiedlichen Zeiten überlastet werden (periodische Asymmetrie).

Ein unvollständiger Betrieb von Netzelementen wird durch eine kurzzeitige Abschaltung einer oder zwei Phasen während eines Kurzschlusses oder eine längere Abschaltung bei stufenweisen Reparaturen verursacht. Eine einzelne Leitung kann mit Phasensteuerungsgeräten ausgestattet sein, die die fehlerhafte Phase der Leitung abschalten, wenn die automatische Wiedereinschaltung aufgrund eines anhaltenden Kurzschlusses fehlschlägt.

Die meisten stabilen Kurzschlüsse sind einphasig.In diesem Fall führt die Unterbrechung der beschädigten Phase zum Erhalt der beiden anderen Phasen der Leitung im Betrieb.

In einem Netzwerk mit geerdetem Neutralleiter Stromversorgung auf einer Leitung mit einer unvollständigen Phase kann akzeptabel sein und ermöglicht es Ihnen, auf den Bau eines zweiten Stromkreises auf der Leitung zu verzichten. Halbphasenmoden können auch bei ausgeschalteten Transformatoren auftreten.

In einigen Fällen kann es bei einer Gruppe bestehend aus Einphasentransformatoren im Falle einer Notabschaltung einer Phase akzeptabel sein, zwei Phasen zu versorgen. In diesem Fall ist die Installation einer Ersatzphase nicht erforderlich, insbesondere wenn In den Umspannwerkstransformatoren gibt es zwei Gruppen einphasiger Transformatoren.

Die Ungleichheit der Parameter der Phasenlinien tritt beispielsweise dann auf, wenn keine Transposition entlang der Linien oder ihrer verlängerten Zyklen erfolgt. Transpose-Unterstützungen sind unzuverlässig und eine Ursache für Abstürze. Durch die Reduzierung der Anzahl der Transpositionsstützen entlang der Strecke werden Schäden verringert und die Zuverlässigkeit erhöht. In diesem Fall verschlechtert sich die Ausrichtung der linearen Phasenparameter, wofür üblicherweise eine Transposition angewendet wird.

Auswirkung von Spannungs- und Stromungleichgewichten

Das Auftreten von Spannungen und Strömen der Umkehr- und Nullsequenz U2, U0, I2, I0 führt zu zusätzlichen Leistungs- und Energieverlusten sowie Spannungsverlusten im Netzwerk, was die Betriebsarten sowie die technischen und wirtschaftlichen Indikatoren seines Betriebs verschlechtert. Die Ströme der Rück- und Nullsequenzen I2, I0 erhöhen die Verluste in den Längszweigen des Netzwerks und die Spannungen und Ströme derselben Sequenzen - in den Querzweigen.

Die Überlagerung von U2 und U0 führt zu unterschiedlichen zusätzlichen Spannungsabweichungen in verschiedenen Phasen. Infolgedessen können die Spannungen außerhalb des zulässigen Bereichs liegen.Die Überlagerung von I2 und I0 führt zu einer Erhöhung der Gesamtströme in einzelnen Phasen der Netzelemente. Gleichzeitig verschlechtern sich ihre Heizbedingungen und die Produktivität sinkt.

Das Ungleichgewicht wirkt sich negativ auf die betrieblichen und technisch-wirtschaftlichen Eigenschaften rotierender elektrischer Maschinen aus. Der Mitsystemstrom im Stator entsteht MagnetfeldDrehung mit synchroner Frequenz in Drehrichtung des Rotors. Gegensystemströme im Stator erzeugen ein Magnetfeld, das sich relativ zum Rotor mit doppelter Synchronfrequenz in entgegengesetzter Drehrichtung dreht. Aufgrund dieser Zweifrequenzströme kommt es in der elektrischen Maschine zu einem bremsenden elektromagnetischen Drehmoment und einer zusätzlichen Erwärmung, vor allem des Rotors, was zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Isolierung führt.

Bei Asynchronmotoren entstehen zusätzliche Verluste im Stator. In einigen Fällen ist es bei der Konstruktion erforderlich, die Nennleistung der Elektromotoren zu erhöhen, wenn keine besonderen Maßnahmen zum Spannungsausgleich getroffen werden.

Bei Synchronmaschinen können neben zusätzlichen Verlusten und einer Erwärmung von Stator und Rotor gefährliche Schwingungen auftreten. Durch Unsymmetrie verkürzt sich die Lebensdauer der Transformatorisolierung, Synchronmotoren und Kondensatorbänke reduzieren die Blindleistungserzeugung.

Das Spannungsungleichgewicht im Versorgungskreis der Beleuchtungslast führt dazu, dass der Lichtstrom der Lampen einer Phase (Phasen) abnimmt, der der anderen Phase zunimmt und die Lebensdauer der Lampen abnimmt. Unsymmetrie wirkt sich als Spannungsabweichung auf einphasige und zweiphasige elektrische Empfänger aus.

Zu den häufigsten Schäden, die durch Asymmetrie in Industrienetzen verursacht werden, gehören die Kosten für zusätzliche Leistungsverluste, die Erhöhung der Sanierungsabzüge von den Kapitalkosten, technologische Schäden, Schäden durch einen Rückgang des Lichtstroms von Lampen, die auf Phasen mit reduzierter Spannung installiert sind, und eine Verringerung der Lebensdauer von Lampen, die in Phasen mit erhöhter Spannung installiert sind, Ausfall aufgrund einer Verringerung der von Kondensatorbänken und Synchronmotoren erzeugten Blindleistung.

Das Spannungsungleichgewicht ist durch den Gegensystemkoeffizienten der Spannungen und das Nullverhältnis der Spannungen gekennzeichnet, deren normale und maximal zulässige Werte 2 und 4 % betragen.

Beim Ausgleich der Netzwerkspannungen kommt es auf die Kompensation von Gegensystemströmen und -spannungen an.

Bei einer stabilen Lastkurve kann eine Reduzierung des Systemspannungsungleichgewichts im Netz durch den Ausgleich der Phasenlasten erreicht werden, indem ein Teil der Lasten von einer überlasteten Phase auf eine unbelastete Phase umgeschaltet wird.

Eine rationelle Umverteilung der Lasten ermöglicht es nicht immer, den Spannungsungleichgewichtskoeffizienten auf einen akzeptablen Wert zu reduzieren (z. B. wenn ein Teil leistungsstarker einphasiger elektrischer Empfänger nicht immer gemäß der Technologie funktioniert, sowie bei vorbeugenden und größeren Reparaturen). In diesen Fällen ist der Einsatz spezieller Ballons erforderlich.

Es sind eine Vielzahl von Balun-Schaltungen bekannt, von denen einige in Abhängigkeit von der Art der Lastkurve gesteuert werden.

Um einphasige Lasten auszugleichen, wird ein Stromkreis bestehend aus Induktivität und Kapazität… Die Last und die parallel dazu geschaltete Kapazität sind an die Netzspannung angeschlossen. Die anderen beiden Netzspannungen umfassen eine Induktivität und eine weitere Kapazität.

Zum Ausgleich von zwei- und dreiphasigen Schieflasten wird eine Schaltung mit ungleicher Kapazität von im Dreieck geschalteten Kondensatorbänken verwendet. Manchmal werden Baluns mit speziellen Transformatoren und verwendet Spartransformatoren.

Da die Baluns Kondensatorbänke enthalten, empfiehlt es sich, Schaltungen zu verwenden, bei denen sowohl der Modus symmetrisch ist als auch Q erzeugt wird, um ihn zu kompensieren. Geräte für gleichzeitigen Modenausgleich und Q-Kompensation sind in der Entwicklung.

Die Reduzierung der Unsymmetrie in vieradrigen Stadtnetzen von 0,38 kV kann durch Reduzierung des Nullstroms I0 und Reduzierung des Nullwiderstands Z0 in den Netzelementen erfolgen.

Die Reduzierung des Nullstroms I0 wird hauptsächlich durch Umverteilung der Lasten erreicht. Der Lastausgleich wird durch den Einsatz von Netzen erreicht, in denen alle oder ein Teil der Transformatoren auf der Niederspannungsseite parallel betrieben werden. Für 0,38-kV-Freileitungen, die üblicherweise in Gebieten mit geringer Lastdichte errichtet werden, lässt sich eine Reduzierung des Nullwiderstands Z0 problemlos realisieren. Die Möglichkeit einer Reduzierung von Z0 bei Kabelleitungen, also einer Vergrößerung des Querschnitts des Neutralleiters, muss durch entsprechende technische und wirtschaftliche Berechnungen konkret begründet werden.

Das Verbindungsschema der Wicklungen des Verteilungstransformators hat einen erheblichen Einfluss auf das Spannungsungleichgewicht im Netzwerk.6-10 / 0,4 kV.Die meisten in Netzwerken installierten Verteiltransformatoren sind Sterntransformatoren mit Null (Y/Yo). Solche Verteiltransformatoren sind günstiger, haben aber einen hohen Nullwiderstand Z0.

Um das durch die Verteilungstransformatoren verursachte Spannungsungleichgewicht zu reduzieren, wird empfohlen, Stern-Dreieck-Anschlussschemata mit Null (D/Yo) oder Stern-Zickzack-Anschlussschemata (Y/Z) zu verwenden. Am günstigsten zur Reduzierung der Asymmetrie ist die Verwendung des U/Z-Schemas. Verteiltransformatoren mit diesem Anschluss sind teurer und sehr arbeitsintensiv in der Herstellung. Daher müssen sie aufgrund der Asymmetrie der Lasten und des Nullwiderstands Z0 der Leitungen mit einer großen Asymmetrie eingesetzt werden.