Nguyên nhân của các chế độ không đối xứng trong mạng điện

Một hệ thống điện áp ba pha đối xứng được đặc trưng bởi các điện áp giống hệt nhau về độ lớn và cùng pha trong cả ba pha. Ở chế độ không đối xứng, điện áp ở các pha khác nhau không bằng nhau.

Các chế độ không đối xứng trong mạng điện phát sinh do các lý do sau:

1) tải không đồng đều trong các giai đoạn khác nhau,

2) hoạt động không hoàn chỉnh của các đường dây hoặc các phần tử khác trong mạng,

3) các tham số dòng khác nhau trong các giai đoạn khác nhau.

Thông thường, sự mất cân bằng điện áp xảy ra do sự không đồng đều của tải pha. Do nguyên nhân chính của sự mất cân bằng điện áp là sự lệch pha (tải không cân bằng), hiện tượng này là đặc trưng nhất của các mạng điện hạ áp 0,4 kV.

Trong các mạng 0,4 kV ở thành thị và nông thôn, sự bất đối xứng điện áp chủ yếu là do kết nối của đèn một pha và người tiêu dùng điện gia dụng công suất thấp. Số lượng tiêu thụ điện một pha như vậy là lớn và chúng phải được phân bổ đều trên các pha để giảm sự mất cân bằng.

Trong các mạng điện áp cao, theo quy luật, sự bất đối xứng được gây ra bởi sự hiện diện của các máy thu điện một pha mạnh mẽ và trong một số trường hợp, các máy thu điện ba pha có mức tiêu thụ pha không đồng đều. Loại thứ hai bao gồm các lò hồ quang để sản xuất thép. Các nguồn bất đối xứng chính trong mạng công nghiệp 0,38-10 kV là lắp đặt nhiệt một pha, lò nhiệt quặng, lò nấu chảy cảm ứng, lò điện trở và các hệ thống sưởi khác nhau. Ngoài ra, máy thu điện không đối xứng là máy hàn có công suất khác nhau. Các trạm biến áp lực kéo của vận tải đường sắt điện khí hóa AC là một nguồn bất đối xứng mạnh mẽ, vì đầu máy điện là máy thu điện một pha. Công suất của các máy thu điện một pha riêng lẻ hiện đạt tới vài megawatt.

Có hai loại bất đối xứng: hệ thống và xác suất hoặc ngẫu nhiên. Tính không đối xứng hệ thống gây ra bởi quá tải liên tục không đồng đều của một trong các pha, tính không đối xứng xác suất tương ứng với tải không đổi trong đó các pha khác nhau bị quá tải tại các thời điểm khác nhau tùy thuộc vào các yếu tố ngẫu nhiên (không đối xứng định kỳ).

Hoạt động không đầy đủ của các phần tử mạng là do ngắt kết nối ngắn hạn một hoặc hai pha trong quá trình đoản mạch hoặc ngắt kết nối lâu hơn trong quá trình sửa chữa theo giai đoạn. Một đường dây đơn lẻ có thể được trang bị các thiết bị điều khiển pha để ngắt pha sự cố của đường dây trong trường hợp hoạt động đóng lại tự động không thành công do đoản mạch kéo dài.

Phần lớn ngắn mạch ổn định là một pha.Trong trường hợp này, việc gián đoạn pha bị hỏng dẫn đến việc bảo toàn hai pha còn lại của đường dây đang vận hành.

Trong mạng có trung tính nối đất Nguồn cấp trên một đường dây có pha không hoàn chỉnh có thể được chấp nhận và cho phép bạn từ bỏ việc xây dựng mạch thứ hai trên đường dây. Chế độ nửa pha cũng có thể xảy ra khi tắt máy biến áp.

Trong một số trường hợp, đối với một nhóm bao gồm các máy biến áp một pha, trong trường hợp ngắt khẩn cấp một pha, có thể chấp nhận cung cấp hai pha.Trong trường hợp này, không cần lắp đặt pha dự phòng, đặc biệt nếu có hai nhóm máy biến áp một pha tại trạm biến áp.

Ví dụ, sự bất bình đẳng về các tham số của các vạch pha xảy ra trong trường hợp không có sự chuyển vị dọc theo các vạch hoặc các chu kỳ kéo dài của nó. Hỗ trợ chuyển đổi không đáng tin cậy và là nguồn gây ra sự cố. Việc giảm số lượng hỗ trợ chuyển vị dọc theo đường dây giúp giảm thiệt hại và tăng độ tin cậy. Trong trường hợp này, sự liên kết của các tham số pha tuyến tính xấu đi, mà sự chuyển vị thường được áp dụng.

Ảnh hưởng của sự mất cân bằng điện áp và dòng điện

Sự xuất hiện của điện áp và dòng điện của chuỗi ngược và không U2, U0, I2, I0 dẫn đến tổn thất năng lượng và năng lượng bổ sung, cũng như tổn thất điện áp trong mạng, làm xấu đi các chế độ và chỉ số kỹ thuật và kinh tế trong hoạt động của nó. Dòng điện của các chuỗi ngược và không I2, I0 làm tăng tổn thất trong các nhánh dọc của mạng và điện áp và dòng điện của các chuỗi giống nhau - trong các nhánh ngang.

Sự chồng chất của U2 và U0 dẫn đến độ lệch điện áp bổ sung khác nhau trong các pha khác nhau. Kết quả là, điện áp có thể nằm ngoài phạm vi.Sự chồng chất của I2 và I0 dẫn đến sự gia tăng tổng dòng điện trong các pha riêng lẻ của các phần tử mạng. Đồng thời, điều kiện sưởi ấm của họ xấu đi và năng suất giảm.

Sự mất cân bằng ảnh hưởng tiêu cực đến các đặc tính kinh tế và kỹ thuật của máy điện quay. Dòng điện thứ tự thuận trong stato tạo ra từ trườngquay với tần số đồng bộ theo chiều quay của roto. Các dòng điện thứ tự âm trong stato tạo ra một từ trường quay tương đối với rôto ở tần số đồng bộ kép theo hướng quay ngược lại. Do các dòng điện hai tần số này, mô-men xoắn điện từ bị hãm và phát nhiệt bổ sung, chủ yếu là của rôto, xảy ra trong máy điện, dẫn đến giảm tuổi thọ của lớp cách điện.

Trong động cơ không đồng bộ, tổn thất bổ sung xảy ra trong stato. Trong một số trường hợp, trong thiết kế, cần phải tăng công suất định mức của động cơ điện, nếu không có biện pháp đặc biệt nào được thực hiện để cân bằng điện áp.

Trong các máy đồng bộ, ngoài tổn thất bổ sung và sự nóng lên của stato và rôto, các rung động nguy hiểm có thể bắt đầu. Do mất cân bằng nên tuổi thọ của cách điện máy biến áp bị rút ngắn, động cơ đồng bộ và dàn tụ bù giảm khả năng phát công suất phản kháng.

Sự mất cân bằng điện áp trong mạch cung cấp của phụ tải chiếu sáng dẫn đến quang thông của đèn một pha (pha) giảm, pha kia tăng, tuổi thọ của đèn giảm. Mất cân bằng ảnh hưởng đến máy thu điện một pha và hai pha dưới dạng độ lệch điện áp.

Các thiệt hại phổ biến do sự không đối xứng trong các mạng công nghiệp gây ra bao gồm chi phí tổn thất điện năng bổ sung, tăng khấu trừ cải tạo từ chi phí vốn, hư hỏng công nghệ, hư hỏng do giảm quang thông của đèn lắp đặt trên các pha có điện áp giảm và giảm tuổi thọ của các bóng đèn lắp trên các pha có điện áp tăng, sự cố do giảm công suất phản kháng do tụ bù và động cơ đồng bộ gây ra.

Sự mất cân bằng điện áp được đặc trưng bởi hệ số thứ tự âm của điện áp và tỷ lệ không của điện áp, có giá trị cho phép bình thường và tối đa là 2 và 4%.

Cân bằng điện áp mạng dẫn đến bù dòng điện và điện áp thứ tự âm.

Với đường cong tải ổn định, có thể giảm sự mất cân bằng điện áp hệ thống trong mạng bằng cách cân bằng các tải pha bằng cách chuyển một phần tải từ pha quá tải sang pha không tải.

Việc phân phối lại tải hợp lý không phải lúc nào cũng cho phép giảm hệ số mất cân bằng điện áp xuống giá trị chấp nhận được (ví dụ: khi một phần của máy thu điện một pha mạnh mẽ không hoạt động theo công nghệ mọi lúc, cũng như trong quá trình sửa chữa phòng ngừa và sửa chữa lớn). Trong những trường hợp này, cần phải sử dụng bóng bay đặc biệt.

Một số lượng lớn các mạch balun đã được biết đến, một số trong số chúng được điều khiển tùy thuộc vào bản chất của đường cong tải.

Để cân bằng tải một pha, một mạch bao gồm điện cảm và điện dung… Tải và điện dung được kết nối song song với nó được kết nối với điện áp đường dây. Hai điện áp dòng còn lại bao gồm một điện cảm và một điện dung khác.

Để cân bằng tải không cân bằng hai và ba pha, một mạch có điện dung không bằng nhau của các dãy tụ điện được kết nối trong một đồng bằng được sử dụng. Đôi khi balun được sử dụng với máy biến áp đặc biệt và máy biến áp tự ngẫu.

Vì các balun có chứa tụ điện, nên sử dụng các mạch có chế độ cân bằng và Q được tạo ra để bù cho nó. Các thiết bị để cân bằng chế độ đồng thời và bù Q đang được phát triển.

Việc giảm mất cân bằng trong mạng thành phố bốn dây 0,38 kV có thể được thực hiện bằng cách giảm dòng điện thứ tự không I0 và giảm điện trở thứ tự không Z0 trong các phần tử mạng.

Việc giảm dòng điện thứ tự không I0 chủ yếu đạt được bằng cách phân phối lại tải. Cân bằng tải đạt được bằng cách sử dụng các mạng trong đó tất cả hoặc một phần máy biến áp hoạt động song song ở phía điện áp thấp. Việc giảm điện trở thứ tự không Z0 có thể dễ dàng thực hiện đối với các đường dây trên không 0,38 kV thường được xây dựng ở những khu vực có mật độ phụ tải thấp. Khả năng giảm Z0 đối với đường cáp tức là tăng tiết diện dây trung tính phải được luận chứng cụ thể bằng các tính toán kinh tế kỹ thuật phù hợp.

Sơ đồ kết nối các cuộn dây của máy biến áp phân phối có ảnh hưởng đáng kể đến sự mất cân bằng điện áp trong mạng.6-10 / 0.4 kV.Hầu hết các máy biến áp phân phối được lắp đặt trong các mạng đều được gắn sao bằng không (Y/Yo). Máy biến áp phân phối như vậy rẻ hơn, nhưng có điện trở Z0 cao.

Để giảm sự mất cân bằng điện áp do máy biến áp phân phối gây ra, nên sử dụng sơ đồ kết nối sao-tam giác không (D / Yo) hoặc sao-zigzag (Y / Z). Thuận lợi nhất để giảm sự bất đối xứng là sử dụng sơ đồ U / Z. Máy biến áp phân phối với kết nối này đắt hơn và tốn nhiều công sức để sản xuất. Do đó, chúng phải được sử dụng với độ bất đối xứng lớn do sự không đối xứng của tải và điện trở thứ tự không Z0 của các đường dây.