Расчет несимметрии токов и напряжений

В электрических сетях несимметрия может быть продольной и поперечной. Продольная несимметрия обуславливается неравенством сопротивлений в трехфазной системе (когда воздушная линия прокладывается не по треугольнику, а в одной плоскости).

На промышленных предприятиях в основном возникает поперечная несимметрия. Поперечная несимметрия вызывается несимметрией нагрузки (на две фазы, на фазу и нуль, по схеме открытого треугольника). Нарушается симметрия токов, появляются обратная и нулевая последовательности, прохождение которых по сетям приводит к появлению несимметрии напряжения на шинах источника питания. Наличие несимметрии приводит к тому, что в асинхронных двигателях возникает обратный момент, они перегреваются и уменьшается коэффициент мощности.

Для расчета коэффициентов несимметрии (обычно на промышленном предприятии определяющей является обратная последовательность) обратной последовательности составляется расчётная схема. В расчетной схеме должны быть указаны расчётные трехфазные и однофазные нагрузки.

Расчетную схему составим для источника несимметрии – машин дуговой сварки. Несимметрия появляется вследствие несимметричной нагрузки (на парах фаз АВ и ВС – по две машины, на паре фаз СА – одна машина). Расчетная схема показана на рисунке 13.5

Рисунок 13.5 - Расчетная схема

В схеме замещения источник несимметрии показывается источником напряжения, а все ветви проводимостью обратной последовательности. Схема замещения приведена на рисунке 13.6

Рисунок 13.6 -Схема замещения обратной последовательности

где: Y_2нS – результирующая проводимость нагрузки обратной последовательности;

Y_2c – проводимость системы, обратной последовательности.

Несимметрия характеризуется коэффициентом несимметрии:

(13.4.1)

где U₂ – напряжение обратной последовательности, В;

U_н – номинальное напряжение источника несимметрии, В.

Согласно ГОСТ 13109-97 в электрической сети до 1000 В допустимое значение К_2u = 2 %.

Для кабельных линий, и трансформаторов: (Z₁ – сопротивление прямой последовательности, Z₂ – сопротивление обратной последовательности).

Определим сопротивление высоковольтной кабельной линии 10 кВ обратной последовательности:

(13.4.2)

где R_кл10 и X_кл10 - активное и индуктивное сопротивление кабельной линии 10 кВ, , по формулам (11.2), (11.3).

Определим сопротивление трансформатора обратной последовательности:

(13.4.3)

где R_т и X_т - активное и индуктивное сопротивление трансформатора,

, по формулам (11.4), (11.6).

Определим сопротивление низкой сети обратной последовательности:

Определяем активное и индуктивное сопротивление магистрального шинопровода КТА2500, l = 12 м:

,

.

где: R_0шма - удельное активное сопротивление магистрального шинопровода, мОм/м;

Х_0шма - удельное реактивное сопротивление магистрального шинопровода, мОм/м;

L_шма - длина магистрального шинопровода, м.

Определяем активное и индуктивное сопротивление кабельной линии 0,4 кВ, выполненной кабелем 2хАВВГ (4х50), l = 30 м:

,

.

где: R_0кл0,4 - удельное активное сопротивление кабельной линии 0,4 кВ, мОм/м;

Х_0кл0,4 - удельное реактивное сопротивление кабельной линии 0,4 кВ, мОм/м;

L_кл0,4 - длина кабельной линии 0,4 кВ, м.

Тогда сопротивления низкой сети:

,

.

(13.4.4)

где R_нс и X_нс - активное и индуктивное сопротивление низкой сети,

Определим результирующее сопротивление нагрузки, обратной последовательности:

(13.4.5)

Определяем результирующую проводимость нагрузки обратной последовательности:

(13.4.6)

Определяем проводимость системы обратной последовательности:

(13.4.7)

где Z_2c = Z_c = j×x_c = j×0,52 мОм – сопротивление системы обратной последовательности.

Определим результирующую проводимость обратной последовательности:

(13.4.8)

Определим результирующее сопротивление обратной последовательности:

(13.4.9)

Определим модуль результирующего сопротивления:

Определим ток обратной последовательности:

(13.4.10)

где: =49280 ВА – эффективная однофазная мощность машины дуговой сварки по формуле (5.2);

U_н = 380 В – номинальное напряжение машины дуговой сварки.

Определим напряжение обратной последовательности:

(13.4.11)

Тогда коэффициент обратной последовательности будет равен:

Полученный коэффициент несимметрии удовлетворяет требованиям ГОСТа. Установки специальных устройств по уменьшению несимметрии не требуется.

14 Расчёт заземляющего устройства

Для установок, имеющих напряжение до 1000 В и выше, получаются два значения нормативных сопротивлений заземляющего устройства:

Rзу = 4 Ом – для стороны до 1000 В;

– для стороны выше 1000 В.

За расчётное значение должно быть принято меньшее из этих двух значений, как обеспечивающее безопасность. Определяем сопротивление заземляющего устройства:

, (14.1)

где I_з = 7 А - емкостной ток замыкания на землю сети выше 1000В, (по заданию).

.

Таким образом, определяющим для расчёта является требование:

R_зу = 4 Ом.

Определяется расчетное удельное сопротивление земли:

Ом · м,

где К_с=1,1-1,35 – коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта;

r – удельное сопротивление грунта, измеренное при нормальной влажности; (r=160 Ом×м – из задания).

Заземляющее устройство выполняем в виде контура (прямоугольника) из горизонтальных и вертикальных заземлителей. В качестве вертикальных электродов используем арматурный пруток диаметром 12 мм и длиной l=5 м. Верхний конец электрода находится ниже уровня земли на 0,7 м.

Сопротивление одного вертикального электрода:

Ом.

Определяем ориентировочное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования вертикальных электродов К_и.в=0,5

,

Предварительно принимаем n = 22.

Горизонтальные электроды выполняем из полосовой стали 40´4 мм. Общая длина полосы, при отношении расстояния между заземлителями к их длине, равным 1, l = 110 м.

Определяется сопротивление полосы, соединяющей вертикальные электроды:

;

где – сопротивление горизонтальной полосы:

;

Ки.г – коэффициент использования горизонтальных электродов (Ки.г=0,3-0,4).

Определяется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом горизонтальной полосы:

.

Определяется уточненное число вертикальных электродов

.

Окончательно приминаем в контуре 12 вертикальных заземлителя.

План заземления подстанции показан на рисунке 14.1.

Рисунок 14.1 – План заземления подстанции