10.4. 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_А, U_B, U_C, сопротивления фаз которого малы, подключена несимметричная нагрузка с сопротивлениями |Z₁|  |Z₂|  |Z₃| в фазах и сопротивлением Z₀ нулевого провода (рис. 10.8) . Напряжение между точками О и О^’ определяется как падение напряжения на сопротивление Z₀ с помощью формулы U₀ = I₀Z₀ , откуда I₀ = U₀/Z₀ = U₀Y₀.

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

из которого напряжение между нейтральными точками трансформатора и нагрузки будет

(10.20)

270

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.

Если 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.

271

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_АВ, U_СА, U_bc) не превышала допустимых значений. Симметрирующие устройства трансформаторного типа, как правило, являются индивидуальными и нерегулируемыми.

Электроустановки до 1 кВ переменного тока выполняются, какправило, 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 X₁, X₂, X₀ — сопротивления прямой, обратной, нулевой последо­вательностей соответственно; U_ном — номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

Схемы соединений первичных и вторичных обмоток двухобмоточных 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/Z₀, Д/У₀. Трансформаторы с соединением У/У₀, 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 токи однофазных КЗ в сети до 1 кВ I'_к = (3,6  5,3)I_ном недостаточны для срабатывания защит выключателей или перегорания предохранителей. Для снижения К_0и и увеличения однофазного тока КЗ (I⁽¹⁾_к  17I_ном) более предпочтительна схема соединения трансформатора Д/У₀.

Наименьшее сопротивление (вплоть до нулевого значения нулевой последовательности) можно получить при соединении обмоток транс­форматоров У/Z₀ путем разделения вторичных обмоток на две полу­обмотки, располагаемые на соседних стержнях, за счет использования взаимоиндукции при схеме встречного зигзага. Ток однофазного КЗ за трансформатором при схеме соединения У/Z₀ увеличивается до I⁽¹⁾_к = 27I_ном.

Включение обмоток трансформаторов мощностью 400 кВА и выше предусматривается по схемам Д/У₀, 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;

274

отклонения напряжения; колебания напряжения (размах изменения напряжения, доза колебания напряжения, частота изменения напряже­ния, интервал времени между изменениями напряжения, глубина про­вала 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; несинусои­ дальности напряжения (коэффициента несинусоидальности и коэффициента гармонической составляющей напряжения)?

4. Рассмотрите сопротивление обратной последовательности для раз­ личных нагрузок.

5. Поясните необходимость и границы регулирования напряжения.

6. Укажите способы симметрирования нагрузок.

ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ

КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ