Симметрирование (выравнивание) фазных напряжений и нагрузок. Способы устранения несимметрии нагрузок фаз

Перекос фазного напряжения в трехфазных высоковольтных сетях – главная проблема качества электрической энергии. Она вызывает несимметрию токов, которые, в свою очередь, вызывают несимметрию напряжений и оказывает негативное воздействие на работу всех электроприемников. Особенно неблагоприятно явление перекоса отражается на работе асинхронных двигателей.

Использование всевозможных однофазных электротермических установок высокого параметра мощности до 10мВт и дуговых печей, работающих от трехфазной сети, что ведет к повышению доли несимметричных таковых нагрузок, создающих неравномерные нагрузки в сети. Поэтому несимметрия должна устраняться прежде всего в трехфазных сетях.

Симметрирование нагрузок — используемые методы

1. Естественный путь выравнивания нагрузки по всем фазампосредством равномерного распределения токовых нагрузок, самый простой способ и самый реально неосуществимый.
2. Повышение сечения проводов и значения мощности питающих трансформаторов.
3. Уменьшение сопротивления нулевого провода в четырех проводных цепях.

Все эти способы не отличаются эффективностью за счет того, что требуют значительного перерасхода и применения дорогостоящих материалов. При использовании этих способов выравнивание напряжения по фазам не удается в полной мере виду увеличения и неравномерной загрузки фаз подключением мощных однофазных токоприемников.

Большего успеха достигло применение симметрирующих устройств (СУ), позволяющих устранить токи нулевой и обратной последовательности.

Градация эффективных способов симметрирования

1. Преобразование и рекуперация электроэнергии, выполняемая по схеме 3-фазная сеть – 3-фазный электродвигатель – 1-фазный генератор –пофазная нагрузка. Способ не распространен из-за использования высокого значения номинальной мощности и высокой стоимости оборудования, а также потерь электроэнергии в сетях.
2. Циклическая коммутация резистивной однофазной нагрузки к фазам сети за счет применения твердотельных реле и радиаторов.
3. Фильтровый метод за счет различия параметров работающих электрических машин, используемых в качестве фильтра, задействованных не на полную мощность. Недостаток способа в чувствительности двигателя к перекосу нагрузки и напряжений и появление возрастающих сетевых потерь, нагрева оборудования, уменьшения показателей мощности, снижения эксплуатационных сроков работы машины.
4. Компенсационная метода основана на равномерном подключении несимметричных нагрузок по фазам за счет использования симметрирующих трансфораматоров в 4 проводных сетях.
5. Преимущества компенсационного способа

Компенсационный способ является наиболее эффективным, имеет ряд преимуществ:

1. Высокие энергетические показатели симметрирования.
2. Большое значение КПД.
3. Низкую установленную мощность.
4. Способность обеспечить симметрию высокой точности за счет применения стандартного оборудования, как: конденсаторные батареи, трансформаторы, реакторы, устранение перекоса фаз.
5. Простота устройства, невысокая стоимость.
6. Вместе выполнением выравнивания существует возможность улучшения качества электроэнергии.
7. Увеличение коэффициента мощности электросети.
8. Регулирование напряжения.
9. Подавление высших гармоник.

Классы разновидностей симметрирующих устройств

Симметрирующие устройства подразделяются на три класса:

1. Конденсаторные и электромагнитные шунтосимметрирующие устройства (ШСУ), за счет подключения в сеть реакторов и конденсаторных батарей, основанных на минимальном сопротивлении токам нулевой последовательности, за счет шунтирования замыкания на себя этих токов.

Недостаток – высокая цена реактора.

Применяются для измерения и управления.

2. Компенсационные СУ – за счет включения в рассечку нулевого провода трансформатора компенсационной обмотки СУ. Малый диапазон симметрирования.
3. Преобразующие СУ – за счет использования преобразующих статических устройств как-то: выпрямители, тиристорные регуляторы, высокочастотные преобразователи электромашины постоянного тока, использование электронных балластов в осветительных газоразрядных приборах и так далее.

Рис № 1. Схема устройства и включения компенсационных обмоток в основную обмотку силового трансформатора. 1. – магнитопровод трансформатора. 2 – сбмотка высокого напряжения. 3 – обмотки низкого напряжения. 4 – компенсационная обмотка. 5 – дистанционные клинья. 6 – выводы компенсационной обмотки с подключением к нейтрали. 7 – наружный вывод компенсационной обмотки

Симметрирующий трансформатор ТСТ

Чтобы улучшить качество электроэнергии используется симметрирующий трансформатор, принцип работы которых основан на перемагничивании обмоток.

Рис № 2. Внешний вид симметрирующего трансформатора ТСТ

Трансформатор с симметрирующим устройством способствует повышению степени надежности и длительности безопасной эксплуатации источников питания. Происходит это при использовании защитного зануления, «ноль» трансформатора задействован как нулевой рабочий проводник, а «ноль» сети напряжения применяется как защитный «ноль» электрооборудования.

При использовании ТСТ нагрузка по одной фазе воспринимается электрической сетью как трехфазная, что способствует восстановлению симметрии нагрузок.

Использование ТСТ вместе с трехфазным ИБП усиливает защиту 3-фазной сети от нелинейной 1-фазной нагрузки. для дополнительной защиты сети от высших гармоник используется регулировка амплитуды входного напряжения на входах управляемых выпрямителей и обоснованное ограничение диапазона изменения угла управления α.

Широкое применение модели симметрирующих трансформаторов нашли в радиоделе. Так, симметрирующий трансформатор, 1 1 – служит для симметрирования тока в плечах антенны и используется для подавления синфазного тока в оплетке питающего кабеля, где 1:1 это коэффициент трансформации напряжения.

При приобретении такой продукции, как симметрирующий трансформатор, цена зависит от параметра напряжения, на которое он рассчитан и коэффициента трансформации.

Так, к примеру, стоимость ТСТ 63 кВа трехфазного симметрирующего трансформатора составит более 115 тыс. руб.