Уменьшение небаланса напряжения

УМЕНЬШЕНИЕ НЕБАЛАНСА НАПРЯЖЕНИЯ

1.  Введение

Когда предельные значения коэффициента небаланса, определенные стандартами превышают эти стандарты, необходимо применение систем симметризации. Симметризатор не должен вызывать значительные потери активной энергии в течение работы. Т.е. процесс симметризации предполагает использование величин реактивных элементов (LC), или применение активных методов (силовых электронных систем).

2.  Симметризация токов нагрузки

Дальнейший анализ, основанный на методе симметричных составляющих, касается узла распределительной системы (Рис.1).

Ассиметричная нагрузка (А), симметричная нагрузка (S) и компенсатор (К) связанные на шине подстанции фазным напряжением U и питаются от трехфазной симметричной системы.

Рис.1. – Диаграмма анализа узла распределительной системы

Поскольку источник питания (Е) и линии электропитания симметричны, то будем допускать, что небаланс  напряжения в нагрузке вызван несимметрией токов, протекающих в нагрузке. Это означает, что если исключить несимметрию токов нагрузки, то напряжения в этой точке системы будут формировать трехфазную симметричную систему напряжений . В случае защиты питающей системы и нагрузок присоединенных к ней, асимметрия вызвана асимметричными токами нагрузки (А) и результирующее асимметричное напряжение будет выделяться на эквивалентном сопротивлении питающей системы (принимаем одинаковыми во всех фазах Z₁=Z₂=Z₃).

Из Рис 1 следует очевидный вывод, что напряжение небаланса в РСС, вызванное асимметрией нагрузки, может быть уменьшено путем уменьшения фазных эквивалентных сопротивлений (сопротивлений к.з.) т.е. увеличением напряжения в точке подключения нагрузки, что на практике означает подключение нагрузки к точке системы с более высоким напряжением.

3.  «Естественная» Симметризация

Первая и наиболее важная фаза в процессе симметризации это расположение всех существующих связей между нагрузкой и системой таким образом, чтобы коэффициент тока небаланса (и, следовательно, коэффициент напряжения небаланса) имели как можно наименьшее значение. В случае подключения однофазной нагрузки к распределительной сети, уровень небаланса (измеренный отношением нулевой и обратной последовательностей тока небаланса) не зависит от линейного и фазного напряжения, куда нагрузка подключена. Однако, когда характер нагрузки будет разный, тогда согласно «натуральной» симметризации (т.е. симметризации, которая не требует никаких дополнительных элементов), важно учитывать характер нагрузки и угол фаз напряжения, под которыми они подключаются к нагрузке.

Пример №1

Для системы с трехфазной нагрузкой (которые соединены в треугольник) с номинальным напряжением 380В и мощностями, соответственно:

P1 = 7.22 kW, Q1 = 7.22 kVAR (ind.);

P2 = 7.22 kW, Q2 = 7.22 kVAR (cap.);

P3 = 7.22 kW, Q3 = 0

;  система питается от трехфазной сети 3×380/220В. Определим расположение связей нагрузки с распределительной сетью, чтобы обеспечить минимальное значение коэффициента тока небаланса.

С помощью активной и реактивной мощности, могут быть определены их эквивалентные проводимости фаз: реактивная В=Q/U²  и активная G=P/U²  (Рис.2)

Рис.2. – Нагрузка (Р – активная мощность, Q – реактивная мощность) и их эквивалентная проводимость

Следовательно

Вариант 1

Нагрузка соединена, как показано на Рис. 3:

Рис.3. – Вариант 1 соединения нагрузки

Коэффициент тока небаланса (при симметричном напряжении ):

Рис.4. – Формы кривых напряжения:       Рис.5. – Формы кривых тока:

Пример 1 – Вариант 1                                Пример 1 – Вариант 1

смотри Рис.4 и Рис.5.

Вариант 2

Коэффициент небаланса тока:

Это минимальное значение коэффициента небаланса тока, которое может быть получено с помощью сопротивлений фазных напряжений соединенных различными способами. Этот способ принимается для дальнейших рассуждений (Рис.6).

Рис.6 – Формы кривых тока: Пример 1 – Вариант 2

В тех случаях, когда отрицательная составляющая не может быть достаточно уменьшена только с помощью равномерного распределения нагрузки между фазами, применяются компенсаторы. Назначением таких компенсационных систем обычно является исключение или уменьшение нулевых или обратных последовательностей токов в точке подключения асимметричной нагрузки. Такой процесс называется симметризацией.

4.   Компенсатор – симметризатор

В трехпроходных сетях среднего напряжения, обычно работающих с изолированной или с компенсированной нейтралью, асимметричная нагрузка подключена к линейным напряжениям. В таком случае не будет нулевой последовательности тока, поэтому симметризация ведет к исключению или уменьшению обратной последовательности тока. В четырехпроводных сетях низкого напряжения с заземленной нейтралью будут присутствовать отрицательная и обратная последовательности. Симметризатор (К) подсоединяется к асимметричной нагрузке (А) параллельно (Рис.1). Симметризатор создает токи  которые, дополняя токи нагрузки , приводят в сбалансированной системе с токами источника  согласно выражению:

Токи, вытекающие из сети, образовывают сбалансированную систему, следовательно, обратная и нулевая последовательности будут равняться нулю:

Чтобы нагрузка была сбалансированной, в общем случае она должна быть представлена как цепь из шести элементов, соединенных в звезду-треугольник (Рис.4), где отдельные элементы связаны фазными и линейными напряжениями. Сопротивления  (или проводимости ), которые на схеме представляют фактическую нагрузку, могут быть функциями времени.

Рис.4. – Общая схема трехфазной несбалансированной нагрузки