3. Понятие о симметрировании несимметричного режима и уменьшении токов высших гармоник
Несимметричные режимы не всегда могут оказаться допустимыми (см. § 4-1). Некоторые, особо неблагоприятные несимметричные режимы, недопустимые для ЭП и оборудования, должны быть запрещены. В ряде случаев возникает необходимость в проведении специальных мероприятий по снижению несимметрии напряжений в сети, так называемое «симметрирование» режима. Под симметрированием здесь понимается снижение или устранение несимметрии по всей сети одновременно или в отдельных ее частях или ветвях.
В некоторых случаях симметрирование достигается очень простыми средствами. Например, для снижения токов и напряжений обратной и нулевой последовательностей, возникающих во всей сети в случае отключения фазы линии, достаточно снизить значение тока прямой последовательности в месте отключения. Такое решение может быть, например, допустимо в тех случаях, когда линия имеет характер соединительной. В этом случае снижение нагрузки линии может быть произведено без ущерба для потребителей.
Более универсальным является принцип симметрирования, основанный на создании компенсирующих токов обратной последовательности, что является более существенным для электрических сетей. Компенсирующие токи обратной последовательности могут быть получены с помощью БК, которые в достаточно большом количестве применяются для компенсации реактивной мощности в электрических сетях.
Симметрирование режима может быть обеспечено при несимметричном включении БК между фазами. При этом необходимое сочетание мощностей БК, включаемых между отдельными фазами, не должно быть стабильным. Оно зависит от вида несимметрии, параметров сети, т. е. в конечном счете от величины и фазы компенсируемого тока обратной последовательности /2. Для обеспечения компенсации токов обратной последовательности, которые могут возникнуть при различных возможных несимметричных режимах, необходимо иметь возможность переключать БК с одних фаз на другие. Это может быть осуществлено с помощью специально предусмотренной коммутационной аппаратуры. Переключения могут производиться в большинстве случаев вручную, так как время, требуемое для их выполнения при наличии дежурного персонала, относительно мало—не более 10— 20 мин. В течение этого периода времени может быть допущена работа ЭП с ухудшенными показателями.
Рис. 4-9. Принципиальная схема включения батареи однофазных конденсаторов треугольником.
Соотношение между емкостями БК, которые должны быть включены в различных фазах для компенсации требуемого значения тока обратной последовательности, может быть определено следующим образом.
На рис. 4-9 представлена принципиальная схема включения батареи однофазных конденсаторов треугольником. Значения емкостей Саъ, Сас и Сьс могут быть любыми по величине. Если к данной БК приложена система симметричных фазных напряжений Ui, то в данном ответвлении от сети будут протекать токи /0, h и /с. Разложив эти токи на симметричные составляющие, после соответствующих преобразований (см. § 3-1 и (Л. 25]) получаем:
ток прямой последовательности
(4-6)
и ток обратной последовательности
(4-7)
Из выражения (4-6) видно, что ток прямой последовательности, создаваемый данной БК, не зависит от распределения конденсаторов между фазами. Он определяется суммарной емкостью включенной БК. В то же время ток обратной последовательности [формула (4-7)] в значительной степени зависит от распределения конденсаторов между фазами. Он пропорционален эквивалентной емкости БК:
(4-8)
Из формул (4-7) и (4-8) видно, что с помощью несимметричной группы БК можно создать ток, компенсирующий ток обратной последовательности с любым аргументом (рис. 4-10). Для этого достаточно в две стороны треугольника включить дополнительные конденсаторы, кроме тех, которые составляют симметричную группу. Практически приходится пересоединять конденсаторы с одних фаз на другие.
Рис. 4-10. Диаграмма для определения емкостей несимметричной группы БК для различных заданных значений / 2, /"2 и Г"2 токов обратной последовательности при несимметричных режимах работы линии.
Для определения емкости указанных дополнительных конденсаторов нужно произвести разложение требуемого значения /2 тока обратной последовательности (полученного на основании предварительных расчетов) по осям, в створе которых находится соответствующий вектор (рис. 4-Ы). На рис. 4-11 требуемый вектор тока обратной последовательности оказался расположенным в створе осей фаз Ъ—с и с—а. Если оси проградуировать по значениям емкостей, то такое разложение сразу определяет дополнительную емкость в каждой из фаз треугольника.
Важно отметить, что независимо от того, между какими фазами сети включены конденсаторы, их компенсирующее действие для режима прямой последовательности остается неизменным и определяется суммарной емкостью (генерируемой реактивной мощностью) всех включенных в сеть БК-
Таким образом, БК могут одновременно выполнять двойную роль: а) они компенсируют реактивную мощность нагрузки; б) создают компенсирующий ток обратной последовательности. Первое условие определяет суммарную мощность включенных в работу конденсаторов, а второе — их распределение между фазами.
При равномерном распределении ото фазам создаваемый ими ток обратной последовательности равен нулю.
Рис. 4-11. Пример определения дополнительных емкостей СЬс. и Сеа конденсаторов для заданного значения тока обратной последовательности /2.
Для уменьшения токов высших гармоник в электрической системе или в отдельных ее ветвях наиболее надежным и эффективным средством является применение специальных фильтров [Л. 37]. Поперечный фильтр, например, представляет собой контур из последовательно соединенных индуктивности и емкости, настроенный на определенную частоту гармоники. Этот контур образует ветвь с малым сопротивлением, параллельную электрической системе, и таким образом шунтирует ее на частоте заданной гармоники, вследствие чего напряжение последней заметно снижается. Такие шунты могут применяться для любой гармоники, нежелательной в электрической системе или в местной сети. Поперечные фильтры могут присоединяться как в местах возникновения высших гармоник, так и в пунктах усиления гармоник или резонанса токов.
