電気ネットワークにおける非対称モードの原因

対称三相電圧システムは、3 相すべての電圧の大きさと位相が同じであることが特徴です。非対称モードでは、異なる位相の電圧は等しくありません。

電気ネットワークにおける非対称モードは、次の理由により発生します。

1) 異なる段階での不均一な負荷、

2) ネットワーク内の回線またはその他の要素の不完全な動作、

3) 異なるフェーズの異なるラインパラメータ。

ほとんどの場合、電圧の不均衡は、相負荷の不均衡によって発生します。電圧不均衡の主な原因は位相差 (不平衡負荷) であるため、この現象は 0.4 kV の低電圧電力網に最も特徴的です。

0.4 kV の都市部と農村部のネットワークでは、電圧の非対称性は主に単相照明と低電力家庭用電力消費者の接続によって引き起こされます。このような単相電力消費者の数は多数であるため、不平衡を減らすためにそれらを相全体に均等に分散する必要があります。

高電圧ネットワークでは、通常、強力な単相受電器、場合によっては相消費が不均一な三相受電器の存在によって非対称が発生します。後者には、鉄鋼生産用のアーク炉が含まれます。産業用ネットワーク 0.38 ～ 10 kV における非対称の主な原因は、単相熱設備、鉱石熱炉、誘導溶解炉、抵抗炉、およびさまざまな加熱設備です。さらに、非対称電気受信機は、異なる出力の溶接機です。電気機関車は単相受電装置であるため、交流電化鉄道輸送の変電所は非対称性の強力な原因となります。現在、個々の単相受電器の電力は数メガワットに達します。

非対称性には、系統的と確率的またはランダムの 2 つのタイプがあります。系統的非対称性は、フェーズの 1 つの不均一で一定の過負荷によって引き起こされ、確率的非対称性は、ランダムな要因に応じて、異なるフェーズが異なる時間に過負荷になる非定数負荷に対応します (周期的非対称性)。

ネットワーク要素の不完全な動作は、短絡時の 1 相または 2 相の短期間の切断、または段階的な修理中の長時間の切断によって引き起こされます。単線には、短絡が継続して自動再投入動作が失敗した場合に、線路の障害相を切り離す位相制御装置が装備されている場合があります。

安定した短絡の大部分は単相です。この場合、損傷したフェーズの中断により、ラインの他の 2 つのフェーズは稼働状態に保たれます。

接地されたニュートラルのあるネットワーク内 電源 不完全な位相を持つ回線は許容できるため、回線上の 2 番目の回線の構築を放棄できます。半相モードは、変圧器がオフの場合にも発生する可能性があります。

場合によっては、単相変圧器で構成されるグループの場合、1 つの相が緊急停止した場合、2 つの相に電力を供給できる場合があります。この場合、特に次の場合には予​​備相の設置は必要ありません。変電所の変圧器には単相の 2 つのグループがあります。

位相線のパラメータの不平等は、たとえば、線に沿った転置がない場合やその周期が延長されている場合に発生します。トランスポーズサポートは信頼性が低く、クラッシュの原因となります。ラインに沿った移調サポートの数を減らすと、ダメージが軽減され、信頼性が向上します。この場合、線形位相パラメータの整合性が悪化するため、通常は転置が適用されます。

電圧と電流の不均衡の影響

逆およびゼロシーケンス U2、U0、I2、I0 の電圧と電流の出現は、ネットワーク内の電圧損失だけでなく、追加の電力損失とエネルギー損失を引き起こし、その動作モードと技術的および経済的指標を悪化させます。逆シーケンスおよびゼロシーケンスの電流 I2、I0 は、ネットワークの縦方向分岐の損失を増加させ、横方向分岐の同じシーケンスの電圧と電流を増加させます。

U2 と U0 を重ね合わせると、異なる位相で異なる追加の電圧偏差が生じます。その結果、電圧が範囲外になる可能性があります。I2 と I0 を重ね合わせると、ネットワーク要素の個々の相の合計電流が増加します。同時に加熱条件も悪化して生産性が低下します。

不均衡は、回転電気機械の動作特性および技術経済特性に悪影響を及ぼします。ステータ内の正相電流により、 磁場ローターの回転方向に同期周波数で回転します。ステータ内の逆相電流は、ロータに対して回転の反対方向に 2 倍の同期周波数で回転する磁界を生成します。これらの 2 周波電流により、電気機械内で制動電磁トルクと主にローターの追加加熱が発生し、絶縁体の寿命の短縮につながります。

非同期モーターでは、ステーターで追加の損失が発生します。場合によっては、電圧のバランスをとるための特別な措置を講じない場合、設計において電気モーターの定格電力を増加する必要がある場合があります。

同期機械では、追加の損失とステータとロータの加熱に加えて、危険な振動が発生する可能性があります。アンバランスにより、変圧器の絶縁寿命が短くなり、同期電動機とコンデンサバンクにより無効電力の発生が減少します。

照明負荷の供給回路の電圧不均衡は、一方の相（相）のランプの光束が減少し、他方の相の光束が増加し、ランプの寿命が短くなるという事実につながります。不平衡は、電圧偏差として単相および二相の受電器に影響を与えます。

産業用ネットワークの非対称性によって引き起こされる一般的な損害には、追加の電力損失のコスト、資本コストからの改修控除の増加、技術的損害、電圧が低下したフェーズに設置されたランプの光束の減少によって引き起こされる損害、および電圧の低下が含まれます。電圧が上昇した相に取り付けられたランプの寿命、コンデンサバンクと同期電動機によって生成される無効電力の減少による故障。

電圧の不均衡は、電圧の負のシーケンス係数と電圧のゼロ比率によって特徴付けられ、その通常および最大許容値は2および4％です。

ネットワーク電圧のバランスを取るには、結局、逆相電流と電圧の補償が必要になります。

安定した負荷曲線では、負荷の一部を過負荷相から無負荷相に切り替えて相負荷を均等化することで、ネットワーク内のシステム電圧の不均衡を軽減できます。

負荷を合理的に再配分しても、電圧不平衡係数を許容値まで下げることが常に可能であるとは限りません（たとえば、強力な単相受電器の一部が常に技術に従って動作しない場合や、予防修理や大規模修理中に）。このような場合には、特別なバルーンを使用する必要があります。

多数のバラン回路が知られており、そのうちのいくつかは負荷曲線の性質に応じて制御されます。

単相負荷を平衡させるには、次の回路で構成されます。 インダクタンスとキャパシタンス… 負荷とそれに並列に接続された容量は線間電圧に接続されます。他の 2 つの線間電圧には、インダクタンスと別のキャパシタンスが含まれます。

二相および三相の不平衡負荷の平衡化には、デルタ接続されたコンデンサバンクの不等容量回路が使用されます。バランは特殊な変圧器とともに使用されることもあります。 単巻変圧器.

バランにはコンデンサバンクが含まれているため、モードが平衡であり、それを補償するために Q が生成される回路を使用することをお勧めします。モードバランシングとQ補償を同時に行うためのデバイスは開発中です。

0.38 kV の 4 線都市ネットワークにおける不平衡の低減は、ネットワーク要素の零相電流 I0 を低減し、零相抵抗 Z0 を低減することによって実行できます。

零相電流 I0 の低減は、主に負荷の再配分によって実現されます。負荷の均等化は、変圧器のすべてまたは一部が低電圧側で並列動作するネットワークを使用して実現されます。零相抵抗 Z0 の低減は、通常負荷密度の低い地域に建設される 0.38 kV 架空線の場合に容易に実現できます。ケーブル線の Z0 を小さくする可能性、つまり中性線の断面積を増やす可能性は、適切な技術的および経済的計算によって具体的に正当化されなければなりません。

配電変圧器の巻線の接続方式は、ネットワーク内の電圧の不均衡に大きな影響を与えます。6-10 / 0.4 kV。ネットワークに設置されている配電変圧器のほとんどは、ゼロ (Y / Yo) の付いたスター型変圧器です。このような配電変圧器は安価ですが、ゼロシーケンス抵抗 Z0 が高くなります。

配電変圧器によって引き起こされる電圧の不均衡を軽減するには、ゼロ (D / Yo) のスターデルタ接続方式またはスタージグザグ (Y / Z) 接続方式を使用することをお勧めします。非対称性を減らすために最も有利なのは、U / Z スキームの使用です。この接続を備えた配電変圧器はより高価であり、製造には非常に労力がかかります。したがって、負荷の非対称性と線路の零相抵抗 Z0 により、大きな非対称性を持って使用する必要があります。