Causes dels modes asimètrics a les xarxes elèctriques
Un sistema de tensió trifàsic simètric es caracteritza per tensions idèntiques en magnitud i fase en les tres fases. En els modes asimètrics, les tensions en les diferents fases no són iguals.
Els modes asimètrics a les xarxes elèctriques sorgeixen pels motius següents:
1) Càrregues desiguals en diferents fases,
2) funcionament incomplet de línies o altres elements de la xarxa,
3) diferents paràmetres de línia en diferents fases.
Molt sovint, el desequilibri de tensió es produeix a causa de la desigualtat de les càrregues de fase. Com que la causa principal del desequilibri de tensió és la diferència de fase (càrrega desequilibrada), aquest fenomen és el més característic de les xarxes elèctriques de baixa tensió de 0,4 kV.
A les xarxes urbanes i rurals de 0,4 kV, l'asimetria de tensió és causada principalment per la connexió d'il·luminació monofàsica i consumidors elèctrics domèstics de baixa potència. El nombre d'aquests consumidors d'energia monofàsica és gran i s'han de distribuir uniformement entre fases per reduir el desequilibri.
A les xarxes d'alta tensió, l'asimetria és causada, per regla general, per la presència de potents receptors elèctrics monofàsics i, en alguns casos, de receptors elèctrics trifàsics amb un consum de fase desigual. Aquests últims inclouen forns d'arc per a la producció d'acer. Les principals fonts d'asimetria en xarxes industrials 0,38-10 kV són les instal·lacions tèrmiques monofàsiques, els forns tèrmics de mineral, els forns de fusió d'inducció, els forns de resistència i diverses instal·lacions de calefacció. A més, els receptors elèctrics asimètrics són màquines de soldadura de diferent potència. Les subestacions de tracció del transport ferroviari de CA electrificat són una poderosa font d'asimetria, ja que les locomotores elèctriques són receptors elèctrics monofàsics. La potència dels receptors elèctrics monofàsics individuals arriba actualment a diversos megawatts.
Hi ha dos tipus d'asimetria: sistemàtica i probabilística o aleatòria. L'asimetria sistemàtica és causada per una sobrecàrrega constant no uniforme d'una de les fases, l'asimetria probabilística correspon a càrregues no constants en les quals diferents fases es sobrecarreguen en diferents moments en funció de factors aleatoris (asimetria periòdica).
El funcionament incomplet dels elements de la xarxa és causat per una desconnexió a curt termini d'una o dues fases durant un curtcircuit o una desconnexió més llarga durant les reparacions esglaonades. Una única línia pot estar equipada amb dispositius de control de fase que desconnectin la fase avariada de la línia en els casos en què l'operació de tancament automàtic falla a causa d'un curtcircuit sostingut.
La majoria dels curtcircuits estables són monofàsics.En aquest cas, la interrupció de la fase danyada comporta la conservació de les altres dues fases de la línia en funcionament.
En una xarxa amb un neutre posat a terra Font d'alimentació en una línia amb una fase incompleta pot ser acceptable i permet abandonar la construcció d'un segon circuit a la línia. Els modes de mitja fase també es poden produir amb transformadors apagats.
En alguns casos, per a un grup format per transformadors monofàsics, en cas d'aturada d'emergència d'una fase, pot ser acceptable alimentar dues fases, en aquest cas no és necessària la instal·lació d'una fase de recanvi, especialment si hi ha dos grups de transformadors monofàsics a la subestació.
La desigualtat dels paràmetres de les línies de fase es produeix, per exemple, en absència de transposició al llarg de les línies o dels seus cicles estès. Els suports de transposició no són fiables i són una font d'accidents. La reducció del nombre de suports de transposició al llarg de la línia redueix el dany i augmenta la fiabilitat. En aquest cas, l'alineació dels paràmetres de la fase lineal es deteriora, per a la qual s'acostuma a aplicar la transposició.
Efecte del desequilibri de tensió i corrent
L'aparició de tensions i corrents de seqüència inversa i zero U2, U0, I2, I0 comporta pèrdues addicionals de potència i energia, així com pèrdues de tensió a la xarxa, la qual cosa empitjora els modes i els indicadors tècnics i econòmics del seu funcionament. Els corrents de les seqüències inverses i zero I2, I0 augmenten les pèrdues a les branques longitudinals de la xarxa, i les tensions i corrents de les mateixes seqüències, a les branques transversals.
La superposició de U2 i U0 condueix a diferents desviacions de tensió addicionals en diferents fases. Com a resultat, les tensions poden estar fora del rang.La superposició de I2 i I0 condueix a un augment dels corrents totals en fases individuals dels elements de la xarxa. Al mateix temps, les seves condicions de calefacció es deterioren i la productivitat disminueix.
El desequilibri afecta negativament les característiques operatives i tècnicoeconòmiques de les màquines elèctriques giratòries. Es crea el corrent de seqüència positiva a l'estator camp magnèticgir amb freqüència síncrona en el sentit de gir del rotor. Els corrents de seqüència negativa a l'estator creen un camp magnètic que gira en relació amb el rotor a doble freqüència síncrona en el sentit oposat de rotació. A causa d'aquests corrents de dues freqüències, a la màquina elèctrica es produeix un parell electromagnètic de frenada i un escalfament addicional, principalment del rotor, la qual cosa comporta una reducció de la vida útil de l'aïllament.
En els motors asíncrons, es produeixen pèrdues addicionals a l'estator. En alguns casos, en el disseny, és necessari augmentar la potència nominal dels motors elèctrics, si no es prenen mesures especials per equilibrar la tensió.
A les màquines síncrones, a més de pèrdues addicionals i escalfament de l'estator i el rotor, poden començar vibracions perilloses. A causa del desequilibri, la vida útil de l'aïllament del transformador s'escurça, els motors síncrons i els bancs de condensadors redueixen la generació d'energia reactiva.
El desequilibri de tensió en el circuit d'alimentació de la càrrega d'il·luminació fa que el flux lluminós de les làmpades d'una fase (fases) disminueixi i el de l'altra fase augmenta i la vida útil de les làmpades disminueix. El desequilibri afecta els receptors elèctrics monofàsics i bifàsics com a desviació de tensió.
Els danys comuns causats per l'asimetria a les xarxes industrials inclouen el cost de pèrdues addicionals de potència, l'augment de les deduccions de renovació dels costos de capital, els danys tecnològics, els danys causats per una disminució del flux lluminós de les làmpades instal·lades en fases amb tensió reduïda i una reducció de la vida útil de les làmpades instal·lades en fases amb tensió augmentada, fallada per disminució de la potència reactiva generada pels bancs de condensadors i motors síncrons.
El desequilibri de tensió es caracteritza pel coeficient de seqüència negativa de les tensions i la relació zero de les tensions, els valors normals i màxims admissibles són 2 i 4%.
L'equilibri de les tensions de xarxa es redueix a la compensació de corrent i tensió de seqüència negativa.
Amb una corba de càrrega estable, es pot aconseguir una reducció del desequilibri de tensió del sistema a la xarxa igualant les càrregues de fase canviant part de les càrregues d'una fase de sobrecàrrega a una de descàrrega.
La redistribució racional de les càrregues no sempre permet reduir el coeficient de desequilibri de tensió a un valor acceptable (per exemple, quan part de potents receptors elèctrics monofàsics no funcionen tot el temps segons la tecnologia, així com durant les reparacions preventives i importants). En aquests casos, cal utilitzar globus especials.
Es coneixen un gran nombre de circuits balun, alguns d'ells controlats en funció de la naturalesa de la corba de càrrega.
Per equilibrar càrregues monofàsiques, un circuit format per inductància i capacitat… La càrrega i la capacitat connectades en paral·lel amb ella estan connectades a la tensió de línia. Les altres dues tensions de línia inclouen una inductància i una altra capacitat.
Per equilibrar càrregues desequilibrades de dues i trifàsiques, s'utilitza un circuit de capacitat desigual de bancs de condensadors connectats en un delta. De vegades s'utilitzen baluns amb transformadors especials i autotransformadors.
Com que els baluns contenen bancs de condensadors, s'aconsella utilitzar circuits on el mode sigui equilibrat i es generi Q per compensar-ho. S'estan desenvolupant dispositius per a l'equilibri simultani del mode i la compensació Q.
La reducció del desequilibri a les xarxes urbanes de quatre fils de 0,38 kV es pot dur a terme reduint el corrent de seqüència zero I0 i reduint la resistència de seqüència zero Z0 als elements de la xarxa.
La reducció del corrent de seqüència zero I0 s'aconsegueix principalment mitjançant la redistribució de les càrregues. L'equalització de càrrega s'aconsegueix utilitzant xarxes en les quals tots o part dels transformadors funcionen en paral·lel pel costat de baixa tensió. Es pot aconseguir fàcilment una reducció de la resistència de seqüència zero Z0 per a línies aèries de 0,38 kV, que normalment es construeixen en zones amb baixa densitat de càrrega. La possibilitat de reduir Z0 per a les línies de cable, és a dir, augmentar la secció transversal del conductor neutre, s'ha de justificar específicament amb càlculs tècnics i econòmics adequats.
L'esquema de connexió dels bobinats del transformador de distribució té una influència significativa en el desequilibri de tensió a la xarxa.6-10 / 0,4 kV.La majoria dels transformadors de distribució instal·lats a les xarxes són estrella estrella amb zero (Y/Yo). Aquests transformadors de distribució són més barats, però tenen una alta resistència de seqüència zero Z0.
Per reduir el desequilibri de tensió causat pels transformadors de distribució, es recomana utilitzar esquemes de connexió estrella-triangle amb zero (D / Yo) o estrella-ziga-zaga (Y / Z). El més favorable per reduir l'asimetria és l'ús de l'esquema U/Z. Els transformadors de distribució amb aquesta connexió són més cars i requereixen molta mà d'obra de fabricar. Per tant, s'han d'utilitzar amb una gran asimetria a causa de l'asimetria de les càrregues i la resistència de seqüència zero Z0 de les línies.