Cause dei modi asimmetrici nelle reti elettriche

Un sistema di tensione trifase simmetrico è caratterizzato da tensioni identiche in grandezza e fase in tutte e tre le fasi. Nelle modalità asimmetriche, le tensioni nelle diverse fasi non sono uguali.

Le modalità asimmetriche nelle reti elettriche sorgono per i seguenti motivi:

1) carichi irregolari in diverse fasi,

2) funzionamento incompleto di linee o altri elementi della rete,

3) diversi parametri di linea in diverse fasi.

Molto spesso, lo squilibrio di tensione si verifica a causa della disuguaglianza dei carichi di fase. Poiché la causa principale dello squilibrio di tensione è la differenza di fase (carico squilibrato), questo fenomeno è più caratteristico delle reti elettriche a bassa tensione di 0,4 kV.

Nelle reti urbane e rurali di 0,4 kV, l'asimmetria di tensione è causata principalmente dalla connessione di illuminazione monofase e utenze elettriche domestiche a bassa potenza. Il numero di tali consumatori di potenza monofase è elevato e devono essere distribuiti uniformemente sulle fasi per ridurre lo squilibrio.

Nelle reti ad alta tensione, l'asimmetria è causata, di norma, dalla presenza di potenti ricevitori elettrici monofase e, in alcuni casi, ricevitori elettrici trifase con consumo di fase irregolare. Questi ultimi comprendono i forni ad arco per la produzione di acciaio. Le principali fonti di asimmetria nelle reti industriali 0,38-10 kV sono gli impianti termici monofase, i forni termici per minerali, i forni fusori a induzione, i forni a resistenza e vari impianti di riscaldamento. Inoltre, i ricevitori elettrici asimmetrici sono saldatrici di diversa potenza. Le sottostazioni di trazione del trasporto ferroviario elettrificato in corrente alternata sono una potente fonte di asimmetria, poiché le locomotive elettriche sono ricevitori elettrici monofase. La potenza dei singoli ricevitori elettrici monofase raggiunge attualmente diversi megawatt.

Esistono due tipi di asimmetria: sistematica e probabilistica o casuale. L'asimmetria sistematica è causata da un sovraccarico costante non uniforme di una delle fasi, l'asimmetria probabilistica corrisponde a carichi non costanti in cui diverse fasi vengono sovraccaricate in tempi diversi a seconda di fattori casuali (asimmetria periodica).

Il funzionamento incompleto degli elementi di rete è causato da una disconnessione a breve termine di una o due fasi durante un cortocircuito o una disconnessione più lunga durante le riparazioni a fasi. Una singola linea può essere dotata di dispositivi di controllo della fasatura che disconnettono la fase guasta della linea nei casi in cui l'operazione di richiusura automatica fallisce a causa di un corto circuito prolungato.

La maggior parte dei cortocircuiti stabili sono monofase.In questo caso l'interruzione della fase danneggiata porta alla conservazione delle altre due fasi della linea in esercizio.

In una rete con neutro collegato a terra Alimentazione elettrica su una linea con una fase incompleta può essere accettabile e permette di abbandonare la costruzione di un secondo circuito sulla linea. Le modalità semifase possono verificarsi anche con i trasformatori spenti.

In alcuni casi, per un gruppo composto da trasformatori monofase, in caso di arresto di emergenza di una fase, può essere accettabile fornire due fasi, in tal caso non è richiesta l'installazione di una fase di riserva, soprattutto se ci sono due gruppi di trasformatori monofase nella sottostazione.

La disuguaglianza dei parametri delle linee di fase si verifica, ad esempio, in assenza di trasposizione lungo le linee oi suoi cicli estesi. I supporti di trasposizione sono inaffidabili e fonte di arresti anomali. La riduzione del numero di supporti di trasposizione lungo la linea ne riduce i danni e aumenta l'affidabilità. In questo caso, l'allineamento dei parametri di fase lineare si deteriora, per i quali viene solitamente applicata la trasposizione.

Effetto dello squilibrio di tensione e corrente

La comparsa di tensioni e correnti della sequenza inversa e zero U2, U0, I2, I0 porta a ulteriori perdite di potenza ed energia, nonché perdite di tensione nella rete, che peggiorano le modalità e gli indicatori tecnici ed economici del suo funzionamento. Le correnti delle sequenze inverse e zero I2, I0 aumentano le perdite nei rami longitudinali della rete e le tensioni e le correnti delle stesse sequenze - nei rami trasversali.

La sovrapposizione di U2 e U0 porta a diverse deviazioni di tensione aggiuntive in diverse fasi. Di conseguenza, le tensioni potrebbero essere fuori intervallo.La sovrapposizione di I2 e I0 porta ad un aumento delle correnti totali nelle singole fasi degli elementi di rete. Allo stesso tempo, le loro condizioni di riscaldamento si deteriorano e la produttività diminuisce.

Lo squilibrio influisce negativamente sulle caratteristiche operative e tecnico-economiche delle macchine elettriche rotanti. La corrente di sequenza positiva nello statore crea campo magneticorotazione con frequenza sincrona nel senso di rotazione del rotore. Le correnti di sequenza negativa nello statore creano un campo magnetico che ruota rispetto al rotore a doppia frequenza sincrona nella direzione di rotazione opposta. A causa di queste correnti a due frequenze, nella macchina elettrica si verificano una coppia elettromagnetica frenante e un ulteriore riscaldamento, principalmente del rotore, che porta ad una riduzione della durata dell'isolamento.

Nei motori asincroni si verificano ulteriori perdite nello statore. In alcuni casi, nella progettazione, è necessario aumentare la potenza nominale dei motori elettrici, se non vengono presi particolari accorgimenti per equilibrare la tensione.

Nelle macchine sincrone, oltre alle perdite aggiuntive e al riscaldamento dello statore e del rotore, possono iniziare pericolose vibrazioni. A causa dello squilibrio, la durata dell'isolamento del trasformatore si riduce, i motori sincroni e i banchi di condensatori riducono la generazione di potenza reattiva.

Lo squilibrio di tensione nel circuito di alimentazione del carico di illuminazione porta al fatto che il flusso luminoso delle lampade di una fase (fasi) diminuisce e quello dell'altra fase aumenta e la durata delle lampade diminuisce. Lo squilibrio influisce sui ricevitori elettrici monofase e bifase come deviazione di tensione.

I danni comuni causati dall'asimmetria nelle reti industriali includono il costo di ulteriori perdite di potenza, l'aumento delle detrazioni di ristrutturazione dai costi di capitale, i danni tecnologici, i danni causati da una diminuzione del flusso luminoso delle lampade installate su fasi con tensione ridotta e una riduzione del vita delle lampade installate su fasi con tensione aumentata, guasto per diminuzione della potenza reattiva generata da batterie di condensatori e motori sincroni.

Lo squilibrio di tensione è caratterizzato dal coefficiente di sequenza negativa delle tensioni e dal rapporto zero delle tensioni, i cui valori normali e massimi consentiti sono 2 e 4%.

Il bilanciamento delle tensioni di rete si riduce alla compensazione della corrente e della tensione di sequenza inversa.

Con una curva di carico stabile, è possibile ottenere una riduzione dello squilibrio di tensione del sistema nella rete equalizzando i carichi di fase commutando parte dei carichi da una fase in sovraccarico a una in assenza di carico.

La ridistribuzione razionale dei carichi non sempre consente di ridurre il coefficiente di squilibrio di tensione a un valore accettabile (ad esempio, quando parte di potenti ricevitori elettrici monofase non funziona sempre secondo la tecnologia, nonché durante riparazioni preventive e importanti). In questi casi è necessario utilizzare palloncini speciali.

È noto un gran numero di circuiti balun, alcuni dei quali sono controllati in base alla natura della curva di carico.

Per bilanciare carichi monofase, un circuito costituito da induttanza e capacità… Il carico e la capacità ad esso collegati in parallelo sono collegati alla tensione di linea. Le altre due tensioni di linea includono un'induttanza e un'altra capacità.

Per bilanciare carichi squilibrati bifase e trifase, viene utilizzato un circuito di capacità disuguale di banchi di condensatori collegati a triangolo. A volte i balun vengono utilizzati con trasformatori speciali e autotrasformatori.

Poiché i balun contengono banchi di condensatori, è consigliabile utilizzare circuiti in cui la modalità è bilanciata e viene generato Q per compensarlo. Sono in fase di sviluppo dispositivi per il bilanciamento simultaneo della modalità e la compensazione Q.

La riduzione dello squilibrio nelle reti urbane a quattro fili di 0,38 kV può essere effettuata riducendo la corrente omopolare I0 e riducendo la resistenza omopolare Z0 negli elementi di rete.

La riduzione della corrente omopolare I0 si ottiene principalmente mediante la ridistribuzione dei carichi. L'equalizzazione del carico si ottiene utilizzando reti in cui tutti o parte dei trasformatori lavorano in parallelo sul lato bassa tensione. Una riduzione della resistenza a sequenza zero Z0 può essere facilmente realizzata per le linee aeree da 0,38 kV, che di solito sono costruite in aree con bassa densità di carico. La possibilità di ridurre Z0 per le linee in cavo, ovvero di aumentare la sezione del conduttore di neutro, deve essere specificatamente motivata con opportuni calcoli tecnico-economici.

Lo schema di connessione degli avvolgimenti del trasformatore di distribuzione ha un'influenza significativa sullo squilibrio di tensione nella rete.6-10 / 0,4 kV.La maggior parte dei trasformatori di distribuzione installati nelle reti sono stella stella con zero (Y / Yo). Tali trasformatori di distribuzione sono più economici, ma hanno un'elevata resistenza a sequenza zero Z0.

Per ridurre lo squilibrio di tensione causato dai trasformatori di distribuzione, si consiglia di utilizzare schemi di connessione stella-triangolo con zero (D / Yo) o stella-zigzag (Y / Z). Il più favorevole per ridurre l'asimmetria è l'uso dello schema U / Z. I trasformatori di distribuzione con questa connessione sono più costosi e molto laboriosi da produrre. Pertanto, devono essere utilizzati con una grande asimmetria dovuta all'asimmetria dei carichi e alla resistenza omopolare Z0 delle linee.