Aké škody spôsobuje nesúmernosť trojfázového systému v energetike?

Nesúmernosť vo výkonových systémoch spôsobuje množstvo nepriaznivých účinkov, vrátane zvýšených strát elektrickej energie v linkách, zvýšených strát elektrickej energie v distribučných transformátoroch, zníženej výstupnej kapacity distribučných transformátorov, generovania nulového prúdu v distribučných transformátoroch, ohrozenia bezpečnej prevádzky elektrických zariadení a zníženej účinnosti elektromotorov. Ako je možné znížiť nesúmernosť vo výkonových systémoch? V nasledujúcej časti spoločnosti Nantong Zhifeng Electric Technology Co., Ltd. nájdete podrobné vysvetlenie škôd spôsobených nesúmernosťou a prístupy na jej odstránenie.

Škody spôsobené nesúmernosťou vo výkonových systémoch:

1. Zvýšené straty elektrickej energie v linkách

V trojfázovej štvorvodovej elektrizačnej sieti, keď prúd preteká vodičom, nevyhnutne vznikajú straty elektrickej energie v dôsledku prítomnosti impedancie a tieto straty sú úmerné štvorcu prúdu. Keď je nízkonapäťová sieť napájaná trojfázovou štvorvodovou sústavou, prítomnosť jednofázových záťaží nevyhnutne spôsobuje nerovnováhu trojfázovej záťaže. Pri takýchto nerovnovážnych záťažných podmienkach prúd preteká aj nulovým vodičom. To má za následok nielen straty v fázových vodičoch, ale aj straty v nulovom vodiči, čím sa zvyšujú celkové straty v elektrizačných vedeniach siete.

2.Zvýšené straty elektrickej energie v distribučných transformátoroch

Distribučný transformátor je hlavné napájacie zariadenie v nízkonapäťovej sieti. Pri prevádzke v podmienkach nerovnováhy trojfázovej záťaže spôsobuje zvýšenie strát transformátora, pretože strata výkonu transformátora sa mení v závislosti od stupňa nerovnováhy záťaže.

3. Zníženie výstupu distribučného transformátora

Pri návrhu distribučného transformátora je jeho vinutie navrhnuté na základe podmienok prevádzky so vyváženou záťažou, s v podstate rovnomernými vlastnosťami vinutí a rovnakou menovitou výkonnosťou pre každú fázu. Maximálne povolený výstup distribučného transformátora je obmedzený menovitou výkonnosťou každej fázy. Keď distribučný transformátor pracuje pri nesymetrickom zaťažení v trojfázovom systéme, fáza s nízkym zaťažením má prebytočnú kapacitu, čo spôsobuje zníženie výstupu transformátora. Stupeň zníženia výstupu súvisí s mierou nesymetrie trojfázovej záťaže. Čím väčšia je nesymetria, tým viac klesá výstup distribučného transformátora. V dôsledku toho pri prevádzke pri nesymetrickom trojfázovom zaťažení nemožno dosiahnuť výstupnú kapacitu distribučného transformátora na úrovni menovitej hodnoty, jeho rezervná kapacita sa zodpovedajúco zníži a schopnosť preťaženia sa zmenší. Ak distribučný transformátor pracuje v podmienkach preťaženia, je veľmi pravdepodobné, že dôjde k jeho zahriatiu, čo v závažných prípadoch môže spôsobiť dokonca aj jeho prehorenie.

4. Generovanie prúdu nulovej sekvencie distribučným transformátorom

Keď transformátor v distribučnej sieti pracuje v podmienkach nerovnováhy trojfázového zaťaženia, generuje sa nulová zložka prúdu. Tento prúd sa mení v závislosti od stupňa nerovnováhy trojfázového zaťaženia; čím väčšia je nerovnováha, tým väčší je prúd nulovej zložky. Ak existuje prúd nulovej zložky v prevádzkujúcom sa distribučnom transformátore, v jeho jadre sa vygeneruje magnetický tok nulovej zložky. (Na vysokonapäťovej strane neexistuje prúd nulovej zložky.) Tým je tok nulovej zložky nútený prechádzať iba cez stenu olejovej nádoby a oceľové konštrukčné súčiastky. Keďže magnetická vodivosť oceľových súčiastok je relatívne nízka, pri prechode prúdu nulovej zložky týmito súčiastkami vznikajú straty vírivými prúdmi a straty na hystézis, čo spôsobuje lokálne zvýšenie teploty a ohrievanie oceľových súčiastok transformátora. Izolácia vinutia distribučného transformátora sa prehriatím urýchlene stárka, čo má za následok skrátenie životnosti zariadenia. Navyše prítomnosť prúdu nulovej zložky zvyšuje straty v distribučnom transformátore.

5. Vplyv na bezpečný prevádzku elektrického zariadenia

Rozvodový transformátor je navrhnutý na základe vyvážených trojfázových prevádzkových podmienok záťaže, pričom odpor, úniková reaktancia a magnetizačná impedancia každého fázového vinutia sú v podstate identické. Keď rozvodový transformátor pracuje pri vyváženej trojfázovej záťaži, trojfázové prúdy sú v podstate rovnaké a úbytky napätia v každej fáze transformátora sú tiež v podstate rovnaké. Preto sú výstupné napätia transformátora vo všetkých troch fázach vyvážené. Ak rozvodový transformátor pracuje pri nevyváženej trojfázovej záťaži, výstupné prúdy každej fázy budú nerovnaké a vnútorné úbytky napätia v jednotlivých fázach transformátora sa budú líšiť, čo nevyhnutne spôsobí nesúmernosť výstupných napätí v troch fázach transformátora.

Súčasne, keď distribučný transformátor pracuje pri nesúmernom zaťažení v trojfázovom režime, výstupné prúdy v jednotlivých fázach nie sú rovnaké, čo spôsobuje pretekanie prúdu neutrálnym vodičom. Tým vzniká úbytok napätia na impedancii neutrálného vodiča, čo vedie k posunu neutrálného bodu a tým k zmene fázových napätí jednotlivých fáz. Napätie na veľmi zaťaženej fáze klesá, zatiaľ čo napätie na málo zaťaženej fáze stúpa. Prevádzka pri nesúmernom napätí môže ľahko spôsobiť poškodenie elektrických zariadení pripojených na fázu s vyšším napätím, zatiaľ čo zariadenia pripojené na fázu s nižším napätím nemusia správne fungovať. Preto prevádzka pri nesúmernom trojfázovom zaťažení vážne ohrozuje bezpečnú prevádzku elektrických zariadení.

6. Pokles účinnosti elektrického motora

Ak transformátor v distribučnej sieti pracuje v podmienkach nesúmerného zaťaženia v trojfázovom systéme, spôsobí nesúmernosť výstupného napätia v jednotlivých fázach. Keďže nesúmerné napätie pozostáva z kladnej, zápornej a nulovej zložky napätia, pri aplikovaní takéhoto nesúmerného napätia na elektrický motor zápornej zložke napätia vzniká točivé magnetické pole, ktoré má opačný smer ako magnetické pole vznikajúce z kladnej zložky napätia, čo má brzdný účinok. Avšak keďže magnetické pole kladnej zložky je výrazne silnejšie ako magnetické pole zápornej zložky, elektrický motor pokračuje vo svojej rotácii v smere magnetického poľa kladnej zložky. V dôsledku brzdného účinku magnetického poľa zápornej zložky sa nevyhnutne zníži výkon elektrického motora, čo vedie k poklesu účinnosti motora. Súčasne aj nárast teplotného stúpania a stratových jalových výkonov elektrického motora stúpa s mierou nesúmernosti trojfázového napätia. Preto prevádzka elektrického motora v podmienkach nesúmernosti trojfázového napätia je veľmi neekonomická a nebezpečná.