Несимметрия напряжений в трехфазных системах

Несимметрия трехфазной системы напряжений обусловлена несимметричными нагрузками потребителейэлектрической энергии или несимметрией элементов электрической сети.

Показателями КЭ, относящимися к несимметрии напряжений в трехфазных системах, являютсякоэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности К_2U и коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности К_0U.

Для указанных показателей КЭ установлены следующие нормы:

- значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности К_2U и несимметрии напряжений по нулевой последовательности К_0U 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 К_2U и несимметрии напряжений по нулевой последовательности К_0U в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 4 % в течение 100 % времени интервала в одну неделю.

Для электрических сетей России вообще характерен такой режим, как несимметричный, т.к. наиболее распространенными источниками несимметрии напряжений в трехфазных системах электроснабжения являются такие потребители электроэнергии, симметричное многофазное исполнение которых или невозможно, или нецелесообразно по технико-экономическим соображениям.

Несимметричные режимы напряжений в электрических сетях имеют место также в аварийных ситуациях – при обрыве фазы или несимметричных коротких замыканиях.

Несимметрия напряжений характеризуется наличием в трехфазной электрической сети напряжений обратной или нулевой последовательностей, значительно меньших по величине соответствующих составляющих напряжения прямой (основной) последовательности.

Несимметрия трехфазной системы напряжений возникает в результате наложения на систему прямой последовательности напряжений системы обратной последовательности, что приводит к изменениям абсолютных значений фазных и междуфазных напряжений.

Помимо несимметрии, вызываемой напряжением системы обратной последовательности, может возникать несимметрия от наложения на систему прямой последовательности напряжений системы нулевой последовательности. В результате смещения нейтрали трехфазной системы возникает несимметрия фазных напряжений при сохранении симметричной системы междуфазных напряжений.

Несимметрия напряжений, как уже отмечалось, вызывается чаще всего наличием несимметричной нагрузки. Несимметричные токи нагрузки, протекающие по элементам системы электроснабжения, вызывают в них несимметричные падения напряжения. Вследствие этого на выводах электроприемников появляется несимметричная система напряжений.

Отклонения напряжения у ЭП перегруженной фазы могут превысить допустимые значения, в то время как отклонения напряжения у ЭП других фаз будут находиться в нормируемых пределах. Кроме ухудшения режима напряжения у ЭП при несимметричном режиме существенно ухудшаются условия работы как самих ЭП, так и всех элементов сети, снижается надежность работы электрооборудования и системы электроснабжения в целом. В случае наличия токов обратной и нулевой последовательности увеличиваются суммарные токи в отдельных фазах элементов сети, что приводит к увеличению потерь активной мощности и может быть недопустимо с точки зрения нагрева.

Симметричные режимы характеризуются равенством фазных и междуфазных (линейных) напряжений.

Напряжения изображаются векторами. Фазные напряжения , , , сдвинуты по отношению друг к другу на угол 120°.

Линейные напряжения , , , также сдвинуты по отношению друг к другу на угол 120°.

В ЭС с несимметричным потреблением мощности по фазам, возникает несимметрия напряжений (токов). Под несимметрией напряжений понимается неравенство линейных и (или) фазных напряжений по амплитудам и углам сдвига фаз между ними/

Рисунок 3. Векторные диаграммы фазных и линейных напряжений и волновые диаграммыфазных напряжений в симметричном режиме (а и б) и несимметричном режиме (в и г), 0′ – нулевая точка нагрузки

Рисунок 4. Векторные диаграммы фазных и линейных напряжений нагрузки

в несимметричном режиме:

а – неравенство векторов напряжений;

б – неравенство углов сдвига фаз между векторами напряжений;

в – неравенство векторов напряжений и углов сдвига фаз между векторами

Несимметрию напряжений и токов, обусловленную несимметрией элементов электрической сети, называют продольной. Продольная несимметрия возникает при неполнофазных режимах воздушных линий (обрыв проводов), при неодинаковых (несимметричных) сопротивлениях элементов сети (ЭС с различным сечением проводов), что приводит к появлению несимметричных токов.

Несимметрию напряжений и токов, вызванную подключением к ЭС трёхфазных и однофазных несимметричных нагрузок, называют поперечной. Поперечная несимметрия возникает при подключении электроприёмников с различными активными и реактивными сопротивлениями фаз (сварочные трансформаторы, осветительные установки).

Несимметричные режимы в ЭС могут быть:

- постоянными или систематическими (длительная работа электроприёмников с разным сопротивлением фаз);

- эпизодическими или случайными (включение сварочного трансформатора для выполнения сварочных работ).

Случайные события

Прерывания напряжения

Прерывания напряжения относят к создаваемым преднамеренно, если пользователь электрическойсети информирован о предстоящем прерывании напряжения, и к случайным, вызываемым длительнымиили кратковременными неисправностями, обусловленными, в основном, внешними воздействиями,отказами оборудования или влиянием электромагнитных помех.

Создаваемые преднамеренно прерывания напряжения, как правило, обусловлены проведениемзапланированных работ в электрических сетях.

Случайные прерывания напряжения подразделяют на длительные (длительность более 3 мин)и кратковременные (длительность не более 3 мин).

Ежегодная частота длительных прерываний напряжения (длительностью более 3 мин) в значительнойстепени зависит от особенностей системы электроснабжения (в первую очередь, применениякабельных или воздушных линий) и климатических условий. Кратковременные прерывания напряжениянаиболее вероятны при их длительности менее нескольких секунд.

В трехфазных системах электроснабжения к прерываниям напряжения относят ситуацию, при которойнапряжение меньше 5 % опорного напряжения во всех фазах. Если напряжение меньше 5 %опорного напряжения не во всех фазах, ситуацию рассматривают, как провал напряжения.

Пороговое значение начала прерывания считают равным 5 % опорного напряжения.