Общая характеристика несимметричных режимов электрических систем

Несимметричным режимом работы трехфазной системы называется режим, при котором условия работы фаз неодинаковы. Несимметричные режимы могут быть длительными и кратковременными. Кратковременные несимметричные режимы связаны с аварийными процессами, длительные обусловлены наличием несимметрии в элементах электрической сети.

Причинами несимметрии могут быть:

- несимметрия источников тока;

- неполнофазные режимы элементов электрических сетей;

- электроприемники с различными нагрузками по фазам.

Следует заметить, что развитие промышленной и коммунальной энергетики характеризуется ростом числа и мощности электроустановок с несимметричной нагрузкой, что ухудшает работу других электроприемников.

Несимметрия может быть продольной, связанной с пофазным отключением линий и трансформаторов, и поперечной, обусловленной несимметрией нагрузок по фазам.

Несимметрия бывает однофазная и многофазная. Многофазную несимметрию можно рассматривать как совокупность однофазных.

Для анализа и расчета несимметричных режимов в трехфазных сетях в основном применяется метод симметричных составляющих. Метод основан на представлении трехфазной несимметричной системы величин в виде суммы трех симметричных составляющих, отличающихся порядком следования фаз (прямой, обратной и нулевой последовательностей).

Несимметрия междуфазных напряжений вызывается наличием составляющих обратной последовательности, а несимметрия фазных обусловлена наличием составляющих обратной и нулевой последовательности.

Наиболее часто в системах электроснабжения встречается несимметрия, обусловленная нагрузкой, различной по фазам. Обычно это электроприемники, изготовление которых в трехфазном исполнении нерационально по технико-экономическим показателям. К ним относятся индукционные электропечи, электрифицированный транспорт на переменном токе, коммунальные нагрузки, однофазные двигатели в сельском хозяйстве.

Электрические сети систем электроснабжения в зависимости от класса номинального напряжения имеют различное исполнение и соответственно различно реагируют на несимметрию нагрузок.

Электрические сети систем электроснабжения промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных потребителей на напряжение до 1000 В выполняются трех- и четырехпроводными. Режимы работы таких сетей при симметричной нагрузке одинаковы, а при несимметричной — различны.

Энергосистемы должны обеспечивать симметрию напряжений в рамках ГОСТа.

При несимметричном режиме напряжений в трехфазных сетях появляются токи обратной и нулевой последовательности. Токи обратной последовательности создают в электрических машинах обратное синхронное поле частотой 100 Гц, наводящее ЭДС, токи тройной частоты и спектр всех нечетных гармоник в статоре, а в обмотках ротора — спектр четных гармоник, вызывающих дополнительные потери и нагрев машин. Поэтому работа синхронных генераторов и компенсаторов допускается только при различии токов фаз не более чем на 10%. Кроме того, токи и напряжения обратной последовательности в синхронных и асинхронных машинах вызывают вибрацию, обратное поле создает противодействующий момент, снижающий полезный.

При несимметрии напряжений в 4 % срок службы асинхронных двигателей снижается вдвое, сильно падает КПД.

Ухудшается работа трехфазных вентильных мостов (выпрямителей). Ввиду различия величины фазных напряжений значительно растет пульсация выпрямленного напряжения. Кроме того, несимметрия оказывает отрицательное влияние на систему импульсно-фазового управления тиристорными преобразователями.

При несимметрии напряжений неравномерно загружаются по фазам конденсаторные батареи, вследствие чего невозможно их полноеценное использование. При этом батареи увеличивают несимметрию нагрузки, выдавая большую реактивную мощность в тех фазах, где выше напряжение, то есть меньше нагрузка. Освещение работает в ненормальных условиях, так как часть ламп функционирует с пониженным световым потоком, а другая часть — быстро перегорает, потому что первые включены на фазы с пониженным, а вторые — с повышенным напряжением.

Упрощенно степень несимметрии можно определить как отношение мощности эквивалентной однофазной нагрузки 50ф к мощности короткого замыкания в данной точке питающей сети SK3:

(5.3)