أسباب الأنماط غير المتماثلة في الشبكات الكهربائية
يتميز نظام الجهد المتماثل ثلاثي الطور بجهد متماثل في الحجم والمرحلة في جميع المراحل الثلاث. في الأوضاع غير المتماثلة ، لا تكون الفولتية في المراحل المختلفة متساوية.
تنشأ الأوضاع غير المتماثلة في الشبكات الكهربائية للأسباب التالية:
1) الأحمال غير المتكافئة في مراحل مختلفة ،
2) عدم اكتمال تشغيل الخطوط أو العناصر الأخرى في الشبكة ،
3) معلمات خط مختلفة في مراحل مختلفة.
في أغلب الأحيان ، يحدث عدم توازن الجهد بسبب عدم المساواة في أحمال الطور. نظرًا لأن السبب الرئيسي لعدم توازن الجهد هو فرق الطور (الحمل غير المتوازن) ، فإن هذه الظاهرة هي أكثر ما يميز الشبكات الكهربائية ذات الجهد المنخفض التي تبلغ 0.4 كيلو فولت.
في الشبكات الحضرية والريفية التي تبلغ 0.4 كيلوفولت ، يرجع عدم تناسق الجهد بشكل أساسي إلى توصيل الإضاءة أحادية الطور ومستهلكي الكهرباء المنزلي منخفض الطاقة. إن عدد مستهلكي الطاقة أحادي الطور هؤلاء كبير ويجب توزيعهم بالتساوي على مراحل لتقليل عدم التوازن.
في شبكات الجهد العالي ، يحدث عدم التناسق ، كقاعدة عامة ، بسبب وجود مستقبلات كهربائية قوية أحادية الطور ، وفي بعض الحالات مستقبلات كهربائية ثلاثية الطور ذات استهلاك غير متساوٍ للطور. وتشمل الأخيرة أفران القوس لإنتاج الصلب. المصادر الرئيسية لعدم التناسق في الشبكات الصناعية 0.38-10 كيلو فولت هي التركيبات الحرارية أحادية الطور ، والأفران الحرارية الخام ، وأفران الصهر بالحث ، وأفران المقاومة ومنشآت التدفئة المختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن أجهزة الاستقبال الكهربائية غير المتماثلة هي آلات لحام ذات طاقة مختلفة. تعد محطات الجر في النقل بالسكك الحديدية بالتيار المتردد المكهربة مصدرًا قويًا لعدم التناسق ، نظرًا لأن القاطرات الكهربائية هي مستقبلات كهربائية أحادية الطور. تصل قدرة المستقبلات الكهربائية أحادية الطور حاليًا إلى عدة ميغاوات.
هناك نوعان من عدم التماثل: منهجي واحتمالي أو عشوائي. يحدث عدم التناسق المنهجي بسبب التحميل الزائد الثابت غير المنتظم لإحدى المراحل ، ويتوافق عدم التناسق الاحتمالي مع الأحمال غير الثابتة التي يتم فيها تحميل الأطوار المختلفة في أوقات مختلفة اعتمادًا على عوامل عشوائية (عدم تناسق دوري).
ينتج التشغيل غير المكتمل لعناصر الشبكة عن انقطاع قصير المدى لمرحلة أو مرحلتين أثناء دائرة كهربائية قصيرة أو انقطاع أطول أثناء الإصلاحات المرحلية. قد يتم تجهيز خط واحد بأجهزة تحكم مرحلية تفصل المرحلة المعيبة من الخط في الحالات التي تفشل فيها عملية إعادة الإغلاق التلقائي بسبب ماس كهربائي مستمر.
غالبية الدوائر القصيرة المستقرة أحادية الطور.في هذه الحالة ، يؤدي انقطاع المرحلة التالفة إلى الحفاظ على المرحلتين الأخريين من الخط قيد التشغيل.
في شبكة مع محايد مؤرض مزود الطاقة على خط به مرحلة غير مكتملة ، يمكن قبوله ويسمح لك بالتخلي عن إنشاء دائرة ثانية على الخط. يمكن أن تحدث أوضاع نصف الطور أيضًا مع إيقاف تشغيل المحولات.
في بعض الحالات ، بالنسبة لمجموعة مكونة من محولات أحادية الطور ، في حالة الإغلاق الطارئ لمرحلة واحدة ، قد يكون من المقبول توفير مرحلتين. وفي هذه الحالة ، لا يلزم تركيب مرحلة احتياطية ، خاصة إذا هناك مجموعتان من المرحلة الواحدة في المحولات الفرعية.
يحدث عدم المساواة في معلمات خطوط الطور ، على سبيل المثال ، في حالة عدم وجود تبديل على طول الخطوط أو دوراتها الممتدة. دعامات التحويل غير موثوقة ومصدر أعطال. يقلل تقليل عدد دعامات النقل على طول الخط من تلفه ويزيد من الموثوقية. في هذه الحالة ، تتدهور محاذاة معلمات الطور الخطي ، والتي يتم عادةً تطبيق التحويل عليها.
تأثير الجهد واختلال التيار
يؤدي ظهور الفولتية وتيارات التسلسل العكسي والصفر U2 و U0 و I2 و I0 إلى خسائر إضافية في الطاقة والطاقة ، فضلاً عن خسائر الجهد في الشبكة ، مما يؤدي إلى تفاقم الأوضاع والمؤشرات الفنية والاقتصادية لتشغيلها. تيارات التسلسل العكسي والصفر I2 ، I0 تزيد الخسائر في الفروع الطولية للشبكة ، والجهود والتيارات لنفس التسلسلات - في الفروع المستعرضة.
يؤدي تراكب U2 و U0 إلى انحرافات جهد إضافية مختلفة في مراحل مختلفة. نتيجة لذلك ، قد تكون الفولتية خارج النطاق.يؤدي تراكب I2 و I0 إلى زيادة التيارات الإجمالية في المراحل الفردية لعناصر الشبكة. في الوقت نفسه ، تتدهور ظروف التدفئة وتقل الإنتاجية.
يؤثر عدم التوازن سلبًا على الخصائص التشغيلية والتقنية والاقتصادية للآلات الكهربائية الدوارة. يخلق تيار التسلسل الموجب في الجزء الثابت حقل مغناطيسيالدوران بتردد متزامن في اتجاه دوران الجزء المتحرك. تخلق تيارات التسلسل السلبي في الجزء الثابت مجالًا مغناطيسيًا يدور بالنسبة إلى الجزء المتحرك بتردد متزامن مزدوج في الاتجاه المعاكس للدوران. بسبب هذه التيارات ثنائية التردد ، يحدث عزم دوران كهرومغناطيسي للفرملة وتسخين إضافي ، بشكل أساسي للدوار ، في الماكينة الكهربائية ، مما يؤدي إلى تقليل عمر العزل.
في المحركات غير المتزامنة ، تحدث خسائر إضافية في الجزء الثابت. في بعض الحالات ، في التصميم ، من الضروري زيادة الطاقة المقدرة للمحركات الكهربائية ، إذا لم يتم اتخاذ تدابير خاصة لموازنة الجهد.
في الآلات المتزامنة ، بالإضافة إلى الخسائر الإضافية وتسخين الجزء الثابت والدوار ، يمكن أن تبدأ الاهتزازات الخطيرة. بسبب عدم التوازن ، يتم تقصير عمر خدمة عزل المحولات ، وتقليل المحركات المتزامنة والبنوك المكثفة من توليد الطاقة التفاعلية.
يؤدي عدم توازن الجهد في دائرة إمداد حمل الإضاءة إلى حقيقة أن التدفق الضوئي لمصابيح إحدى الطور (مراحل) يتناقص ، ويزداد تدفق الضوء في المرحلة الأخرى ، ويقل عمر المصابيح. يؤثر عدم الاتزان على المستقبلات الكهربائية أحادية الطور والمرحلة الثانية باعتبارها انحرافًا للجهد.
تشمل الأضرار الشائعة الناجمة عن عدم التناسق في الشبكات الصناعية تكلفة خسائر الطاقة الإضافية ، وزيادة خصومات التجديد من التكاليف الرأسمالية ، والأضرار التكنولوجية ، والأضرار الناجمة عن انخفاض التدفق الضوئي للمصابيح المثبتة على مراحل ذات جهد منخفض ، وتقليل عمر المصابيح المثبتة على مراحل مع زيادة الجهد ، والفشل بسبب انخفاض الطاقة التفاعلية الناتجة عن البنوك المكثفة والمحركات المتزامنة.
يتميز عدم توازن الجهد بمعامل التسلسل السلبي للجهد والنسبة الصفرية للجهد ، حيث تبلغ قيمتهما الطبيعية والحد الأقصى المسموح بهما 2 و 4٪.
موازنة الفولتية في الشبكة تنخفض إلى تيار التسلسل السلبي وتعويض الجهد.
من خلال منحنى الحمل المستقر ، يمكن تحقيق الحد من عدم توازن جهد النظام في الشبكة عن طريق معادلة أحمال الطور عن طريق تحويل جزء من الأحمال من مرحلة التحميل الزائد إلى مرحلة غير محملة.
لا تسمح إعادة التوزيع العقلاني للأحمال دائمًا بتقليل معامل عدم توازن الجهد إلى قيمة مقبولة (على سبيل المثال ، عندما لا يعمل جزء من أجهزة الاستقبال الكهربائية القوية أحادية الطور وفقًا للتكنولوجيا طوال الوقت ، وكذلك أثناء الإصلاحات الوقائية والجسيمة). في هذه الحالات ، من الضروري استخدام بالونات خاصة.
يُعرف عدد كبير من دوائر balun ، ويتم التحكم في بعضها اعتمادًا على طبيعة منحنى الحمل.
لموازنة الأحمال أحادية الطور ، تتكون الدائرة من الحث والسعة... الحمل والسعة الموصولة بالتوازي معها متصلان بجهد الخط. تشتمل جهود الخطين الآخرين على محاثة وسعة أخرى.
لموازنة الأحمال غير المتوازنة ثنائية وثلاثية الطور ، يتم استخدام دائرة ذات سعة غير متكافئة لبنوك مكثف متصلة في دلتا. في بعض الأحيان يتم استخدام baluns مع محولات خاصة و محولات أوتوماتيكية.
نظرًا لأن baluns يحتوي على بنوك مكثفة ، فمن المستحسن استخدام الدوائر حيث يكون الوضع متوازنًا ويتم إنشاء Q للتعويض عنها. أجهزة موازنة الوضع المتزامن وتعويض Q قيد التطوير.
يمكن الحد من عدم الاتزان في شبكات المدن ذات الأسلاك الأربعة بمقدار 0.38 كيلو فولت عن طريق تقليل تيار التسلسل الصفري I0 وتقليل مقاومة التسلسل الصفري Z0 في عناصر الشبكة.
يتم تحقيق تخفيض تيار التسلسل الصفري I0 بشكل أساسي عن طريق إعادة توزيع الأحمال. يتم تحقيق معادلة الحمل باستخدام الشبكات التي تعمل فيها جميع المحولات أو جزء منها بالتوازي على جانب الجهد المنخفض. يمكن تحقيق تقليل مقاومة التسلسل الصفري Z0 بسهولة للخطوط العلوية 0.38 كيلو فولت ، والتي يتم بناؤها عادةً في مناطق ذات كثافة حمل منخفضة. يجب أن تكون إمكانية تقليل Z0 لخطوط الكابلات ، أي زيادة المقطع العرضي للموصل المحايد ، مبررة بشكل خاص مع الحسابات التقنية والاقتصادية المناسبة.
مخطط توصيل لفات محول التوزيع له تأثير كبير على عدم توازن الجهد في الشبكة .6-10 / 0.4 كيلو فولت.معظم محولات التوزيع المثبتة في الشبكات هي نجمة بصفر (Y / Yo). تعد محولات التوزيع هذه أرخص ، ولكنها تتمتع بمقاومة عالية للتسلسل الصفري Z0.
لتقليل عدم توازن الجهد الناجم عن محولات التوزيع ، يوصى باستخدام مخططات دلتا النجمية بصفر (D / Yo) أو مخططات التوصيل المتعرجة النجمية (Y / Z). الأكثر ملاءمة لتقليل عدم التناسق هو استخدام مخطط U / Z. تعد محولات التوزيع المرتبطة بهذا الاتصال أكثر تكلفة ويتطلب تصنيعها عمالة مكثفة. لذلك ، يجب استخدامها مع عدم تناسق كبير بسبب عدم تناسق الأحمال ومقاومة التسلسل الصفري Z0 للخطوط.