Причины возникновения несимметричных режимов.
Симметричная трехфазная система напряжений характери­зуется одинаковыми по модулю и фазе напряжениями во всех трех фазах. При несимметричных режимах напряжения в разных фазах не равны. Несимметричные режимы в элек­трических сетях возникают по следующим причинам: 1) неодинаковые нагрузки в различных фазах; 2) неполнофазная работа линий или других элементов в сети; 3) различные параметры линий в разных фазах.

Наиболее часто несимметрия напряжений возникает изза неравенства нагрузок фаз. В городских и сельских сетях 0,38 кВ несимметрия напряжений вызывается в основном подключением однофазных осветительных и бытовых электроприемников (ЭП) малой мощности. Количество таких однофазных ЭП велико, и их нужно равномерно распреде­лять по фазам для уменьшения несимметрии.

В сетях высокого напряжения несимметрия вызывается, как правило, наличием мощных однофазных ЭП, а в ряде случаев и трехфазных ЭП с неодинаковым потреблением
в фазах. К последним относятся дуговые сталеплавильные печи. Основные источники несимметрии в промышленных сетях 0,38—10 кВ—это однофазные термические установ­ки, руднотермические печи, индукционные плавильные пе­чи, печи сопротивления и различные нагревательные уста­новки. Кроме того, несимметричные ЭП — это сварочные аппараты различной мощности. Тяговые подстанции элек­трифицированного на переменном токе железнодорожного транспорта являются мощным источником несимметрии, так как электровозы — однофазные ЭП. Мощность отдельных однофазных ЭП в настоящее время достигает нескольких мегаватт.

Различают два вида несимметрии: систематическую и вероятностную, или случайную. Систематическая несим­метрия обусловлена неравномерной постоянной перегруз­кой одной из фаз, вероятностная несимметрия соответствует непостоянным нагрузкам, при которых в разное время пе­регружаются разные фазы в зависимости от случайных факторов (перемежающаяся несимметрия) [15].

Неполнофазная работа элементов сети вызывается крат­ковременным отключением одной или двух фаз при корот­ких замыканиях (КЗ) либо более длительным отключением при пофазных ремонтах. Одиночную линию можно обору­довать устройствами пофазного управления, которые отклю­чают поврежденную фазу линии в тех случаях, когда дей­ствие АПВ оказывается неуспешным из-за устойчивого КЗ. В подавляющем большинстве устойчивые КЗ однофазные.
При этом отключение поврежденной фазы приводит к со­хранению двух других фаз линии в работе. В сети с за­земленной нейтралью электроснабжение по неполнофазной линии может оказаться допустимым и позволяет отказаться от строительства второй цепи линии. Неполнофазные режимы могут быть эффективными в мало освоенных районах Сибири и Дальнего Востока, хотя их применение требует специальных расчетов и обоснований. Неполнофазные ре­жимы могут возникать и при отключении трансформаторов. В некоторых случаях для группы, составленной из одно­фазных трансформаторов, при аварийном отключении од­ной фазы может оказаться допустимым электроснабжение по двум фазам. В этом случае не требуется установка ре­зервной фазы, особенно при наличии двух групп однофаз­ных трансформаторов на подстанции.

Неравенство параметров линий по фазам имеет место, например, при отсутствии транспозиции на линиях или удлиненных ее циклах. Транспозиционные опоры ненадежны и являются источниками аварий. Уменьшение числа транс­позиционных опор на линии уменьшает ее повреждаемость и повышает надежность. В этом случае ухудшается вырав­нивание параметровфаз линии, для которого обычно и применяется транспозиция (см. § 1.3, рис. 1.5).

Влияние несимметрии напряжений и токов. Появление напряжений и токов обратной и нулевой последовательно­сти U₂, U₀, I₂, I₀ приводит к дополнительным потерям мощ­ности и энергии, а также потерям напряжения в сети, что ухудшает режимы и технико-экономические показатели ее работы. Токи обратной и нулевой последовательностей I₂, I₀ увеличивают потери в продольных ветвях сети, а напряже­ния и токи этих же последовательностей — в поперечных
ветвях.

Наложение U₂ и U₀ приводит к разным дополнительным отклонениям напряжения в различных фазах. В результа­те напряжения могут выйти за допустимые пределы. Нало­жение I₂ и I₀ приводит к увеличению суммарных токов в от-дельных фазах элементов сети. При этом ухудшаются условия их нагрева и уменьшается пропускная способность.

Несимметрия отрицательно сказывается на рабочих и технико-экономических характеристик вращающихся электрических машин. Ток прямой последовательности в статоре создает магнитное поле, вращающееся с синхрон­ной частотой в направлении вращения ротора. Токи обрат­ной последовательности в статоре создают магнитное поле, вращающееся относительно ротора с двойной синхронной частотой в направлении, противоположном вращению. Из-за этих токов двойной частоты в электрической машине возникают тормозной электромагнитный момент и дополнительный нагрев, главным образом ротора, приводящие к сокращению срока службы изоляции.

В асинхронных двигателях возникают дополнительные потери в статоре. В ряде случаев приходится при проекти­ровании увеличивать номинальную мощность электродвигателей, если не принимать специальные меры по симметри­рованию напряжения. В синхронных машинах кроме дополнительных потерь и нагрева статора и ротора могут начаться опасные вибрации. Из-за несимметрии сокращается срок службы изоляции трансформаторов, синхронные двигатели
и БК уменьшают выработку реактивной мощности.

Суммарный ущерб, обусловленный несимметрией в промышленных сетях, включает стоимость дополнительных потерь электроэнергии, увеличение отчислений на реновацию от капитальных затрат (см. § 6.2), технологический ущерб, ущерб, обусловленный снижением светового потока ламп, установленных в фазах с пониженным напряжением, и со­кращением срока службы ламп, установленных в фазах с повышенным напряжением, ущерб из-за уменьшения ре­активной мощности, генерируемой БК и синхронными дви­гателями.

Несимметрия напряжений характеризуется коэффициен­том обратной последовательности напряжений и коэффициентом нулевой последовательности напряжений , нормальное и максимальное допустимые значения которых по ГОСТ 13109—87 составляют 2 и 4 %.

Симметрирование напряжений в сети сводится к компенсации тока и напряжения обратной последовательности.
При стабильном графике нагрузок снижение систематиче­ской несимметрии напряжений в сети может быть достиг­нуто выравниванием нагрузок фаз путем переключения части нагрузок с перегруженной фазы на ненагруженную.
Рациональное перераспределение нагрузок не всегда позво­ляет снизить коэффициент несимметрии напряжений до до­пустимого значения (например когда часть мощных одно­-
фазных ЭП работает по условиям технологии не все время, а также при профилактических и капитальных ремонтах). В этих случаях необходимо применять специальные симметрирующие устройства. Известно большое число схем симметрирующих устройств, часть из них выполняется управ­ляемыми в зависимости от характера графика нагрузки.

Для симметрирования однофазных нагрузок применяет­ся схема, состоящая из индуктивности и емкости. Нагрузка и включенная параллельно ей емкость включаются на ли­нейное напряжение. На два других линейных напряжения включаются индуктивность и еще одна емкость.

Для симметрирования двух- и трехфазных несимметрич­ных нагрузок применяется схема с неодинаковыми мощно­стями БК, включенными в треугольник. Анализ работы этой
схемы приведен в § 11.4. Иногда применяют симметрирующие устройства со специальными трансформаторами и автотрансформаторами. Поскольку симметрирующие устрой­ства содержат БК, целесообразно применять такие схемы, в которых одновременно симметрируется режим и генери­руется Q с целью ее компенсации. Устройства для одновре­менного симметрирования режима и компенсации Q нахо­дятся в стадии разработки.

Снижение несимметрии в четырехпроводных городских сетях 0,38 кВ можно осуществлять путем уменьшения тока нулевой последовательности I₀ и снижения сопротивления нулевой последовательности Z₀ в элементах сети. Уменьшение I₀ в первую очередь достигается перераспределением нагрузок. Выравнивание нагрузок достигается использова­нием сетей, в которых все или часть трансформаторов ра­ботают параллельно на стороне НН. Снижение Z₀ можно легко осуществить для воздушных линий 0,38 кВ, которые обычно сооружаются в районах с малой плотностью на­грузки. Целесообразность уменьшения Z₀ для кабельных линий, т. е. увеличения сечения нулевого провода, должна быть специально обоснована  соответствующими техникоэкономическими расчетами.

Существенное влияние на несимметрию напряжений в сети оказывает схема соединения обмоток распредели­тельного трансформатора (РТ) 6—10/0,4 кВ. Большинство
РТ, установленных в сетях, имеют схему звезда — звезда с нулем (У/Уо). Такие РТ дешевле, но у них велико Z₀. Для снижения несимметрии напряжений, вызываемой РТ, целесообразно применять схемы соединения треугольник—звезда с нулем (Д/Уо) или звезда—зигзаг (У/Z). Наиболее благоприятно для снижения несимметрии применение схе­мы У/Z. Распределительные трансформаторы с таким со­единением более дорогие, и изготовление их очень трудоем-
ко. Поэтому их надо применять при большой несимметрии, обусловленной несимметрией нагрузок и Z₀ линий.

В начало