Causas de modos assimétricos em redes elétricas

Um sistema de tensão trifásico simétrico é caracterizado por tensões idênticas em magnitude e fase em todas as três fases. Nos modos assimétricos, as tensões nas diferentes fases não são iguais.

Os modos assimétricos em redes elétricas surgem devido aos seguintes motivos:

1) cargas desiguais em diferentes fases,

2) operação incompleta de linhas ou outros elementos da rede,

3) diferentes parâmetros de linha em diferentes fases.

Na maioria das vezes, o desequilíbrio de tensão ocorre devido à desigualdade das cargas de fase. Como a principal causa do desequilíbrio de tensão é a diferença de fase (carga desequilibrada), esse fenômeno é mais característico de redes elétricas de baixa tensão de 0,4 kV.

Nas redes urbanas e rurais de 0,4 kV, a assimetria de tensão é causada principalmente pela ligação de iluminação monofásica e consumidores elétricos domésticos de baixa potência. O número desses consumidores de energia monofásica é grande e eles devem ser distribuídos uniformemente pelas fases para reduzir o desequilíbrio.

Nas redes de alta tensão, a assimetria é causada, via de regra, pela presença de potentes receptores elétricos monofásicos e, em alguns casos, trifásicos com consumo de fase desigual. Estes últimos incluem fornos a arco para produção de aço. As principais fontes de assimetria em redes industriais 0,38-10 kV são instalações térmicas monofásicas, fornos térmicos de minério, fornos de fusão por indução, fornos de resistência e várias instalações de aquecimento. Além disso, os receptores elétricos assimétricos são máquinas de solda de diferentes potências. As subestações de tração do transporte ferroviário AC eletrificado são uma poderosa fonte de assimetria, uma vez que as locomotivas elétricas são receptores elétricos monofásicos. Atualmente, a potência dos receptores elétricos monofásicos individuais atinge vários megawatts.

Existem dois tipos de assimetria: sistemática e probabilística ou aleatória. A assimetria sistemática é causada pela sobrecarga constante não uniforme de uma das fases, a assimetria probabilística corresponde a cargas não constantes em que diferentes fases são sobrecarregadas em tempos diferentes dependendo de fatores aleatórios (assimetria periódica).

A operação incompleta dos elementos de rede é causada por uma desconexão de curto prazo de uma ou duas fases durante um curto-circuito ou uma desconexão mais longa durante reparos em etapas. Uma única linha pode ser equipada com dispositivos de controle de fase que desconectam a fase defeituosa da linha nos casos em que a operação de religamento automático falha devido a um curto-circuito sustentado.

A maioria dos curtos-circuitos estáveis ​​são monofásicos.Nesse caso, a interrupção da fase danificada leva à preservação das outras duas fases da linha em operação.

Em uma rede com neutro aterrado fonte de energia numa linha com fase incompleta pode ser aceitável e permite abandonar a construção de um segundo circuito na linha. Os modos de meia fase também podem ocorrer com os transformadores desligados.

Em alguns casos, para um grupo composto por transformadores monofásicos, no caso de desligamento de emergência de uma fase, pode ser aceitável o fornecimento de duas fases. Nesse caso, não é necessária a instalação de uma fase sobressalente, principalmente se existem dois grupos de monofásicos nos transformadores da subestação.

A desigualdade dos parâmetros das linhas de fase ocorre, por exemplo, na ausência de transposição ao longo das linhas ou seus ciclos estendidos. Os suportes de transposição não são confiáveis ​​e são uma fonte de travamentos. Reduzir o número de suportes de transposição ao longo da linha reduz seus danos e aumenta a confiabilidade. Neste caso, o alinhamento dos parâmetros de fase linear se deteriora, para o qual a transposição é normalmente aplicada.

Efeito do desequilíbrio de tensão e corrente

O aparecimento de tensões e correntes da sequência reversa e zero U2, U0, I2, I0 leva a perdas adicionais de potência e energia, bem como perdas de tensão na rede, o que piora os modos e indicadores técnicos e econômicos de sua operação. As correntes das sequências reversa e zero I2, I0 aumentam as perdas nos ramos longitudinais da rede e as tensões e correntes das mesmas sequências - nos ramos transversais.

A superposição de U2 e U0 leva a diferentes desvios de tensão adicionais em diferentes fases. Como resultado, as tensões podem estar fora da faixa.A sobreposição de I2 e I0 leva a um aumento das correntes totais em fases individuais dos elementos da rede. Ao mesmo tempo, suas condições de aquecimento se deterioram e a produtividade diminui.

O desequilíbrio afeta negativamente as características operacionais e técnico-econômicas das máquinas elétricas rotativas. A corrente de sequência positiva no estator cria campo magnéticorotação com frequência síncrona na direção de rotação do rotor. As correntes de sequência negativa no estator criam um campo magnético que gira em relação ao rotor em dupla frequência síncrona na direção oposta da rotação. Devido a essas correntes de duas frequências, ocorre na máquina elétrica um torque eletromagnético de frenagem e aquecimento adicional, principalmente do rotor, o que leva a uma redução da vida útil do isolamento.

Em motores assíncronos, ocorrem perdas adicionais no estator. Em alguns casos, no projeto, é necessário aumentar a potência nominal dos motores elétricos, caso não sejam tomadas medidas especiais para equilibrar a tensão.

Em máquinas síncronas, além de perdas adicionais e aquecimento do estator e do rotor, podem ocorrer vibrações perigosas. Devido ao desequilíbrio, a vida útil do isolamento do transformador é reduzida, motores síncronos e bancos de capacitores reduzem a geração de energia reativa.

O desequilíbrio de tensão no circuito de alimentação da carga de iluminação leva ao fato de que o fluxo luminoso das lâmpadas de uma fase (fases) diminui, o da outra fase aumenta e a vida útil das lâmpadas diminui. O desequilíbrio afeta os receptores elétricos monofásicos e bifásicos como um desvio de tensão.

Danos comuns causados ​​por assimetria em redes industriais incluem o custo de perdas adicionais de energia, aumento nas deduções de renovação dos custos de capital, danos tecnológicos, danos causados ​​pela diminuição do fluxo luminoso de lâmpadas instaladas em fases com tensão reduzida e redução do vida útil de lâmpadas instaladas em fases com aumento de tensão, falha devido à diminuição da potência reativa gerada por bancos de capacitores e motores síncronos.

O desequilíbrio de tensão é caracterizado pelo coeficiente de sequência negativa das tensões e pela razão zero das tensões, cujos valores normais e máximos admissíveis são 2 e 4%.

O balanceamento de tensões de rede se resume a corrente de sequência negativa e compensação de tensão.

Com uma curva de carga estável, uma redução do desequilíbrio de tensão do sistema na rede pode ser alcançada equalizando as cargas de fase, comutando parte das cargas de uma fase sobrecarregada para uma descarregada.

A redistribuição racional de cargas nem sempre permite reduzir o coeficiente de desequilíbrio de tensão a um valor aceitável (por exemplo, quando parte de potentes receptores elétricos monofásicos não funcionam de acordo com a tecnologia o tempo todo, bem como durante reparos preventivos e grandes). Nestes casos, é necessário o uso de balões especiais.

Um grande número de circuitos balun é conhecido, alguns deles são controlados dependendo da natureza da curva de carga.

Para equilibrar cargas monofásicas, um circuito composto por indutância e capacitância… A carga e a capacitância conectada em paralelo a ela estão conectadas à tensão da linha. As outras duas tensões de linha incluem uma indutância e outra capacitância.

Para equilibrar cargas desbalanceadas bifásicas e trifásicas, é utilizado um circuito de capacitância desigual de bancos de capacitores conectados em delta. Às vezes, os baluns são usados ​​com transformadores especiais e autotransformadores.

Como os baluns contêm bancos de capacitores, é aconselhável usar circuitos em que o modo seja balanceado e Q seja gerado para compensá-lo. Dispositivos para balanceamento de modo simultâneo e compensação Q estão em desenvolvimento.

A redução do desbalanço em redes urbanas a quatro fios de 0,38 kV pode ser realizada reduzindo a corrente de seqüência zero I0 e reduzindo a resistência de seqüência zero Z0 nos elementos da rede.

A redução da corrente de seqüência zero I0 é conseguida principalmente pela redistribuição das cargas. A equalização de carga é obtida usando redes nas quais todos ou parte dos transformadores operam em paralelo no lado de baixa tensão. Uma redução da resistência de seqüência zero Z0 pode ser facilmente realizada para linhas aéreas de 0,38 kV, que geralmente são construídas em áreas com baixa densidade de carga. A possibilidade de reduzir Z0 para linhas de cabos, ou seja, aumentar a seção transversal do condutor neutro, deve ser especificamente justificada com cálculos técnicos e econômicos adequados.

O esquema de conexão dos enrolamentos do transformador de distribuição tem uma influência significativa no desequilíbrio de tensão na rede.6-10 / 0,4 kV.A maioria dos transformadores de distribuição instalados em redes são estrela estrela com zero (Y/Yo). Esses transformadores de distribuição são mais baratos, mas têm uma alta resistência de sequência zero Z0.

Para reduzir o desequilíbrio de tensão causado pelos transformadores de distribuição, recomenda-se a utilização de esquemas de ligação estrela-triângulo com zero (D/Yo) ou estrela-zigue-zague (Y/Z). O mais favorável para reduzir a assimetria é o uso do esquema U/Z. Os transformadores de distribuição com esta conexão são mais caros e exigem muita mão-de-obra para fabricar. Portanto, devem ser utilizados com grande assimetria devido à assimetria das cargas e à resistência de seqüência zero Z0 das linhas.