Виды несимметричных нагрузок

Электрические сети промышленных предприятий, распределяющие электроэнергию на напряжении ниже 1 кВ, строятся трех- и четырех-проводными. Режимы работы этих сетей при несимметричной нагрузке различны. а при симметричной одинаковы.

Принципиальная схема трехфазной четырехпроводной сети 380 В показана на рис. 5. Нагрузка и источник - понижающий транс­форматор (6...10)/0,4кВ - на стороне низшего напряжения НН соеди­няются в звезду. Линейные провода А_а, B_b, C_c соединяют зажимы источника и нагрузки и передают линейные токи I_A, I_В и I_C к потребителю. Нулевой (нейтральный) провод 00' соединяет нулевые точки (нейтрали) источника и нагрузки. Ток нулевого провода I₀, при несимметричной нагрузке не равен нулю.

Рис.5. Схема четырехпроводной трехфазной системы при соединении источника и нагрузки в звезду

Анализируя режимы систем электроснабжения промышленных предприятий при несимметричных нагрузках, будем считать, что подве­денное от источников напряжение симметрично (рис. 6), а сопротив­ления линейных проводов и нулевого провода равны нулю. При таком допущении каждая фаза работает независимо от других. Токи в фазах будут зависеть лишь от нагрузочных сопротивлений, и их значения в общем случае различны

Ток в нулевом проводе равен векторной сумме фазных токов (рис.7.)

Если в схеме рис. 5 разомкнуть нулевой провод, то при несим­метричной нагрузке прервется ток в нулевом проводе и возникнет раз­ность потенциалов между точками 00', называемая напряжением сме­щения нейтрали нагрузки U₀ ≠0. И чем больше несимметрия нагрузок, тем больше напряжение смещения U₀. Векторная диаграмма напряже­ний искажается: вместо представленной на рис. 6 диаграммы по­лучается диаграмма с резко измененными, несимметричными напряже­ниями, приведенная на рис. 8. Ток нейтрали I₀ = 0, сумма фазных то­ков Следовательно, несимметрия нагрузки в схеме звезды при отключенном нулевом проводе приводит к несимметрии фазных напряжений нагрузки. И лишь при симметричной нагрузке токи и напряжения во всех фазах трехпроводной системы одинаковы.

Рис. 8. Векторная диаграмма напряжений источника и нагрузки в трехпроводной схеме с несимметричной нагрузкой

В распределительных сетях 6... 10 кВ промышленных предпри­ятий обмотки вторичного напряжения трансформаторов главных пони­жающих подстанций и первичные обмотки цеховых трансформаторов (6... 10)/0,4кВ включаются в треугольник. Схема трехфазной цепи при­ведена на рис. 9. В отличие от схемы соединения в звезду, фазные напряжения при соединении в треугольник равны линейным напряжениям U_ф=U_л. В трехпроводных цепях лишь при симметричной нагрузке векторы фазных и линейных токов образуют симметричные системы.

Рис. 9. Схема трехпроводной трехфазной системы при соединении источника и нагрузки в треугольник

При несимметрии нагрузки в трехлинейных схемах звезды и треугольника напряжение удобно рассчитывать по методу симметричных составляющих. Для случая однофазной нагрузки (рис. 10, а) построены симметричные составляющие (рис. 10, б) и векторная диаграмма токов (рис. 10, в).

Примером мощной несимметричной нагрузки являются дуговые сталеплавильные печи, которые обычно являются установками трех­фазного тока 6... 10 и 35 кВ и работают с изолированной нейтралью.

При работе дуговых печей в сети происходит колебание значений токов дуг разных фаз, вследствие чего действующие значения токов в любой момент времени образуют несимметричную систему. Несим­метрия токов фаз приводит к несимметрии напряжения в питающей и распределительной сети. Мощности дуговых сталеплавильных печей велики, поэтому несимметрия токов и напряжений часто превышает допустимые значения, особенно в период расплавления.

Рис. 10. Схема (а) и векторные диаграммы (б, в) токов трехфазной сети при однофазной нагрузке

Так как первичные и вторичные цепи печей являются трехпроводными без нулевого провода, то нулевая составляющая тока отсутст­вует. Модули токов трехпроводной системы образуют треугольник. При анализе несимметричного режима в этом случае целесообразно вычислять коэффициент несимметрии через модули (действующие зна­чения) токов фаз, которые можно измерить тремя стрелочными прибо­рами.

Наибольшее значение коэффициента несимметрии приходится на начало плавки. Практика показывает, что если вести плавку при коэф­фициенте несимметрии напряжений по обратной последовательности K_2u≤2%, то уменьшается удельный расход электроэнергии на 1 т металла, сокращается время плавки и износ печного оборудования.

Кроме того, такие трехфазные нагрузки, как дуговые сталепла­вильные печи, в процессе работы создают нестабильную, все время из­меняющуюся несимметрию нагрузки фаз. Таким образом, несимметрия нагрузок и вызванная ею несимметрия напряжений и токов в трехфаз­ных сетях промышленных предприятий может быть постоянной и кратковременной, перемежающейся.