Несимметрия напряжений характеризуется наличием в трехфазной электрической сети напряжений обратной или нулевой последовательности, значительно меньших, чем составляющие напряжения прямой последовательности.
Причиной появления несимметрии напряжений и токов являются различные несимметричные режимы системы электроснабжения.
В системах электроснабжения различают кратковременные (аварийные) и длительные (эксплуатационные) несимметричные режимы. Кратковременные несимметричные режимы обычно связаны с различными аварийными процессами, как, например, несимметричные КЗ, обрывы одного или двух проводов воздушной линии с замыканием на землю и т. д. Длительные несимметричные режимы обычно обусловлены несимметрией элементов электрической сети или подключением к системе электроснабжения несимметричных (одно-, двух- или трехфазных) нагрузок.
Несимметрию напряжений и токов, обусловленную несимметрией элементов электрической сети, называют продольной. Примером продольной несимметрии являются неполнофазные режимы воздушных линий и несимметрия параметров фаз отдельных элементов сети. Продольная несимметрия характерна также для специальных систем электропередачи: два провода — земля (ДПЗ), два провода — рельсы (ДПР), два провода — труба (ДПТ) и т.д. Несимметрию напряжений и токов, вызванную подключением к сети многофазных и однофазных несимметричных нагрузок, называют поперечной. Поперечная несимметрия возникает также при неравенстве активных и реактивных сопротивлений отдельных фаз некоторых приемников электроэнергии (дуговые электропечи).
Для анализа и расчетов несимметричных режимов в трехфазных цепях в основном применяют метод симметричных составляющих, основанный на представлении любой трехфазной несимметричной системы величин (токов, напряжений, магнитных потоков) в виде суммы в общем случае трех
симметричных систем величин. Эти симметричные системы, которые в совокупности образуют несимметричную систему величин, называют ее
симметричными составляющими. Симметричные составляющие отличаются друг от друга порядком следования фаз, т. е. порядком, в котором фазные величины проходят через максимум, и называются
системами прямой, обратной и нулевой последовательности. Несимметрия междуфазных напряжений вызывается наличием составляющих обратной последовательности, а несимметрия фазных — еще и наличием составляющих нулевой последовательности. Несимметрия междуфазных напряжений вызывается наличием составляющих обратной последовательности, а несимметрия фазных — еще и наличием составляющих нулевой последовательности. На рис. 1 приведены векторные диаграммы прямой, обратной последовательностей и результирующих напряжений. Как видно из векторной диаграммы результирующего напряжения, при появлении в трехфазной сети напряжения обратной последовательности ухудшается режим напряжений как трехфазных, так и однофазных электроприемников. собенно неблагоприятно влияет напряжение обратной последовательности на работу вращающихся электрических машин.
а) 6) в)
Рис. 1. Влияние появления напряжения обратной последовательности на величину результирующих напряжений сети: а - векторная диаграмма напряжений прямой последовательности; б - векторная диаграмма напряжений обратной последовательности; в - векторная диаграмма результирующих напряжений. В асинхронных двигателях несимметрия напряжения вызывает дополнительный нагрев, а также противодействующий вращающий момент. Поскольку сопротивление обратной последовательности асинхронных двигателей в 5... 7 раз меньше сопротивления прямой последовательности, то при наличии даже небольшой составляющей обратной последовательности возникает значительный ток. Этот ток накладывается на ток прямой
последовательности и вызывает перегрев двигателя, в результате чего уменьшается его располагаемая мощность. Быстро стареет изоляция и т.д. Так, срок службы полностью загруженного двигателя, работающего при коэффициенте несимметрии 4%, сокращается в два раза. При появлении в трехфазной сети напряжения нулевой последовательности ухудшаются режимы напряжений для однофазных приемников. Токи нулевой последовательности постоянно протекают через заземлители и значительно высушивают грунт, увеличивая сопротивление заземляющих устройств. Несимметрия напряжения значительно ухудшает режимы работы многофазных вентильных выпрямителей. В результате различия напряжения по фазам значительно увеличивается пульсация выпрямленного напряжения. Значительное отрицательное влияние несимметрия напряжения может оказывать на систему импульсно-фазового управления тиристорных преобразователей. Конденсаторные установки при несимметрии напряжений неравномерно загружаются реактивной мощностью по фазам, что делает невозможным полное использование установленной мощности. Кроме того, конденсаторные установки в этом случае усиливают уже существующую несимметрию, так как выдача реактивной мощности в сеть в фазе с наименьшим напряжением будет меньше, чем в остальных фазах (пропорционально квадрату напряжения). Несимметрия напряжения значительно влияет и на однофазные потребители. Если фазные напряжения неодинаковы, то, например, лампы накаливания, подключенные к фазе с более высоким напряжением, имеют больший световой поток, но значительно меньший срок службы по сравнению с лампами, подключенными к фазе с меньшим напряжением.
Несимметрия усложняет работу релейной защиты, ведет к ошибкам при работе счетчиков электроэнергии и т. д.
Установившееся значение прямой последовательности основной частоты определяется по выражению:
(1)
где UAB(1)i, UBC(1)i, UCA(1)i – действующее значение межфазных напряжений основной частоты в i-ом наблюдении, В, кВ.
Допускается:
1) определять Ui(1)i методом симметричных составляющих;
2) определять Ui(1)i по приближенной формуле
Несимметрия напряжений характеризуется коэффициентом несимметрии по обратной последовательности К2U (%) и по нулевой последовательности К0U (%). Нормально и предельно допустимые значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательностям равны 2,0 и 4,0%. Нулевую последовательность наблюдают в четырехпроводных электрических сетях напряжением 0,38 кВ. Измерение коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности К2U проводят для междуфазных напряжений. В каждом i-м наблюдении за период времени 24 ч измеряют действующие значения междуфазных напряжений по основной частоте UАВ(1)I, UВС(1)I, UСА(1)I и вычисляют действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты по формуле
U2(1)i= 
Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности К2Ui в процентах вычисляют как результат i-го наблюдения, %,
К2Ui=U2(1)I / U1(1)i, (2)
где U2(1)I, U1(1)I – действующие значения напряжения обратной и прямой последовательностей основной частоты в i-м наблюдении, кВ.
Допускается определить U2(1)I методом симметричных составляющих, а также по приближенной формуле
U2(1)I,п= 0,62 (Uнб(1)i- Uнм(1)i), (3)
где Uнб(1)I, Uнм(1)I – наибольшее и наименьшее действующие значения из трех междуфазных напряжений основной частоты в i-м наблюдении, кВ.
При определении К2Ui допускается использовать значения номинального междуфазного напряжения Uн.мф.
Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности К
2U, %, определяют как результат усреднения Т наблюдений на интервале времени, равном 3 с:
К2U = 
. (4)
Для определения коэффициента несимметрии напряжения по нулевой последовательности К0Ui измеряют одновременно действующие значения трех междуфазных и двух фазных напряжений основной частоты UАВ(1)I, UВС(1)I, UСА(1)I, UА(1)I, UВ(1)I. Определяют действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты U0(1)I в i-м наблюдении:
U0(1)i= 
- 3 
Допускается определить U0(1)I методом симметричных составляющих, а также по приближенной формуле
U0(1)I,п = 0,62 (Uнбф(1)i- Uнмф(1)i), (5)
где Uнбф(1)I, Uнмф(1)I – наибольшее и наименьшее действующие значения из трех действующих значений фазных напряжений основной частоты в i-м наблюдении, кВ.
Коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности, %,
К0Ui= 
, (6)
где U0(1)I – действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений в i-м наблюдении; U1(1)i - действующее значение междуфазного напряжения прямой последовательности основной частоты.
Коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности К
0U вычисляют как усредненное значение N наблюдений К
0Ui на интервале времени 3 с:
К0U= 
. (7)
Нормально и предельно допустимые значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательностям равны соответственно 2,0 и 4,0 %. Нулевую последовательность наблюдают в четырехпроводных электрических сетях напряжением 0,38 кВ.
Качество электрической энергии по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательности в точке общего присоединения считают соответствующим требованиям стандарта, если наибольшее из всех измеренных в течение 24 ч значений коэффициентов несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательности не превышает предельно допустимого значения, а значение коэффициента несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательности, соответствующее вероятности 95 % за установленный период времени, не превышает нормально допустимого значения.
Дополнительно допускается определять соответствие нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода измеренных значений данного показателя за нормально и предельно допустимые значения.
При этом качество электрической энергии по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательности считают соответствующим требованиям стандарта, если суммарная продолжительность времени выхода за нормально допустимые значения составляет не более 5 % от установленного периода времени, т. е. 1 ч 12 мин, а за предельно допустимые значения — 0 % от этого периода времени.
| № Опыта
| Значения напряжения
|
| Симметричное
| Несимметричное
|
| Междуфазное
| Фазное
| Междуфазное
| Фазное
|
| UAB (i)
| UBC (i)
| UAC (i)
| UA (i)
| UB (i)
| UC (i)
| UAB (i)
| UBC (i)
| UAC (i)
| UA (i)
| UB (i)
| UC (i)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Ср. значе
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| № опыта
| Симметричное
| Несимметричное
|
| U1 (1) i
| U2 (1) i
| U2 (1) 1.П
| K2 U i
| U0 11
| U0 (1) I 11
| U1 (1) i
| U2 (1) i
| K2 U i
| U0 (1) i
| U1 (1) i
| K0 U I
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 1,343*105
|
| 1,097*105
|
| Ср. значе
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 1,343*105
|
| 1,097*105
|
При несимметричном напряжении
U2(1)i=U1(1)i= 
=
К2Ui=U2(1)I / U1(1)i, =213/213=1 U0(1)i =
- 3 
3 
1,343*105 В
К0Ui= 
1.097*10^5
При симметричном напряжении
U2(1)i=U1(1)i=
= 
К2Ui=U2(1)I / U1(1)i, =310/310=1
U0(1)i =
- 3 
3 
1,343*105 В
К0Ui= 
1.097*10^5
В
ВОПРОСЫ
1.Чем характеризуется несимметрия напряжений в 3 фазной сети?
2. Какие несимметричные режимы различают в системах электроснабжения?
3. Что такое продольная несимметрия напряжения?
4. Что такое поперечная несимметрия напряжения?
5. Что такое прямая, обратная и нулевая последовательность напряжения?
6.Какое воздействие оказывает несимметрия напряжения на работу электрооборудования?
7. От каких показателей зависит напряжение обратной последовательности? Напишите формулу
8. От каких показателей зависит напряжение нулевой последовательности?
9. Напишите формулу подсчета по обратной последовательности. 10.Назовите нормально и предельно допустимые значения?
11.Постройте векторную диаграмму напряжения прямой, обратной и нулевой последовательности для рассматриваемой сети?
Лабораторная работа №2
