Основные сведения о методах расчета несимметричных режимов

Характеристика несимметричной нагрузки трехфазных трансформаторов. Особенность определения сопротивления нулевой последовательности в статическом электромагнитном устройстве. Токи и напряжения трехфазных трансформаторов при несимметричной нагрузке.

Рубрика Физика и энергетика
Вид лекция
Язык русский
Дата добавления 03.04.2019
Размер файла 379,2 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Основные сведения о методах расчета несимметричных режимов

1. Несимметричная нагрузка трехфазных трансформаторов

Основным методом анализа и расчета различных несимметричных режимов трехфазных электрических систем является метод симметричных составляющих. Согласно этому методу несимметричная система любых трехфазных переменных (под которыми могут подразумеваться ЭДС, напряжения, токи и другие параметры) представляется в виде трех симметричных систем прямой , обратной , и нулевой последовательностей. Вектора прямой последовательности равны по модулю, сдвинуты между собой по фазе на 120о, и вращаются в прямом направлении. Они определяются системой уравнений:

Вектора обратной последовательности также равны по модулю и сдвинуты между собой по фазе на 120о, но вращаются они в обратном направлении. Они определяются следующим образом:

Вектора нулевой последовательности равны по модулям, совпадают по фазе, и определяются по формуле:

Все величины в выражениях (1) - (3) представляют собой комплексные числа. Единичный оператор поворота «а» может записываться как в показательной, так и в алгебраической форме и равен:

Умножение любого вектора на единичный оператор поворота равносильно его повороту на 120о против часовой стрелки, а умножение на величину «» - по часовой стрелке.

В симметричных системах составляющие обратной и нулевой последовательностей тождественно равны нулю и полные вектора равны векторам симметричных составляющих прямой последовательности: .

Для полного определения любой из симметричных систем достаточно знать симметричные составляющие каждой из последовательностей только для одной фазы. Пример разложения несимметричной системы векторов на симметричные составляющие показан на рис. 1.

Формулы обратных преобразований позволяют вычислить по известным симметричным составляющим вектора исходной системы:

Для каждой из симметричных систем в отдельности все электрические параметры - напряжения, токи, сопротивления, активные, реактивные и полные мощности связаны между собой вполне определенным образом. Отношения симметричных составляющих фазных напряжений прямой, обратной и нулевой последовательностей к симметричным составляющим токов называются комплексными сопротивлениями прямой, обратной и нулевой последовательностей. Каждая из симметричных систем токов вызывает соответствующие падения напряжения, которые равны:

.

В общем случае: , а значения их зависят от вида элемента системы электроснабжения или потребителя электроэнергии. Определение этих параметров является одной из главных задач при расчете несимметричных режимов.

2. Определение сопротивления нулевой последовательности в трехфазных трансформаторах

В трансформаторах сопротивления прямой и обратной последовательностей равны между собой и равны сопротивлению короткого замыкания: , а сопротивление нулевой последовательности зависит от схемы соединения обмоток и конструкции трансформатора. При соединении обмоток Y/Y0 токи нулевой последовательности протекают только во вторичных обмотках. При несимметричной нагрузке вызванная ими н.с. не компенсируется н.с. токов первичной обмотки, и потому их можно рассматривать, как токи намагничивания. Схема замещения для этого случая показана на рис. 2 - а. Сопротивление нулевой последовательности определяется в основном сопротивлением контура намагничивания Z00 и потому весьма велико. Для силовых трансформаторов со схемой Y/Y0 оно обычно находится в пределах: . При соединении обмоток по схеме /Y0 токи нулевой последовательности могут протекать и в первичных обмотках, а ограничены они только сопротивлением короткого замыкания. Схема замещения для этого случая показана на рис. 2 - б. Сопротивление нулевой последовательности для схемы /Y0 невелико: . Наименьшим сопротивлением нулевой последовательности: обладает схема Y/Z0.

Для экспериментального определения сопротивления нулевой последовательности вторичные обмотки трансформатора соединяются последовательно в разомкнутый треугольник, к свободным выводам которого подводится пониженное напряжение. Первичные обмотки при этом соединяются в соответствии с необходимой схемой в звезду, или в треугольник (рис. 2). Питание к ним не подводится.

По показаниям приборов определяются полное, активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности:

.

3. Токи и напряжения трехфазных трансформаторов при несимметричной нагрузке

Нагрузка трехфазных трансформаторов в сельских электрических сетях характеризуется значительной несимметрией, что объясняется наличием большого числа однофазных потребителей, которые практически невозможно равномерно распределить по фазам. Несимметрия нагрузки отрицательно влияет не только на работу самих трансформаторов, но и на потребителей электроэнергии.

При несимметричной нагрузке вторичные напряжения в различных фазах трансформаторов неодинаковы, и выражаются алгебраической разностью напряжений холостого хода и падений напряжения прямой, обратной и нулевой последовательностей:

,

где индексами в скобках обозначены прямая, обратная и нулевая последовательности.

Действие симметричных составляющих падений напряжения на исходную симметричную систему напряжений неодинаково. Составляющие прямой последовательности одинаково изменяют напряжения всех фаз, не нарушая их симметрии.

Падения напряжения обратной последовательности искажают треугольник линейных напряжений, но не вызывают смещения нейтрали, которая совпадает с точкой пересечения его медиан (рис. 3).

Составляющие нулевой последовательности не влияют на линейные напряжения, но смещают нейтраль из точки «N» в точку «N'» и изменяют фазные напряжения (рис. 4).

Наиболее неблагоприятные явления имеют место при однофазной нагрузке трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Y0.

Векторные диаграммы симметричных составляющих и полных токов во вторичных и первичных обмотках (рис. 5), построены по уравнениям (1) - (3) с учетом того, что токи нулевой последовательности в первичных обмотках не протекают. Из них следует, что модуль первичного тока в нагруженной фазе «А» равен , а модули токов в двух других фазах:

(без учета токов холостого хода).

Однофазные токи сильно искажают симметричную систему напряжений. При соединении обмоток имеет место: , поэтому падение напряжения нулевой последовательности оказывает наибольшее влияние на исходную систему напряжений. Обычно напряжение в нагруженной фазе значительно уменьшается, в одной из двух других фаз остается практически неизменным, а в третьей фазе - возрастает. Это - наиболее типичный случай, хотя возможны и другие. В любом случае симметричная система исходных векторов напряжений существенно искажается. Наиболее опасным режимом является однофазное короткое замыкание, когда напряжение в поврежденной фазе уменьшается до нуля, а в двух других возрастает. В пределе напряжения в этих фазах могут увеличиться в раз, что представляет значительную опасность для подключаемых к ним электроприемников (рис.6).

Это происходит в том случае, если потоки нулевой последовательности свободно замыкаются по магнитной системе, что имеет место при групповом включении трех однофазных трансформаторов. В трансформаторах с трехстержневым магнитопроводом они могут замыкаться только через воздушные промежутки и ферромагнитные элементы конструкции, поэтому при тех же намагничивающих силах в них возникают значительно меньшие потоки нулевой последовательности, и, соответственно, меньшие э.д.с. Е0 . Правилами технической эксплуатации запрещается групповое включение однофазных трансформаторов по схеме , а в трехфазных трансформаторах ток в нулевом проводе не должен превышать 25% номинального тока.

В трансформаторах со схемой соединения обмоток /Y0 токи нулевой последовательности протекают не только во вторичных, но и в первичных обмотках (рис. 7).

В результате при однофазной нагрузке модули токов в первичных обмотках равны модулям приведенных вторичных токов (без учета токов холостого хода):

Вектора первичных токов сдвинуты по отношению ко вторичным по фазе в соответствии с группой соединения обмоток. Полные токи в линиях определяются геометрической разностью токов в первичных обмотках и составляют: трехфазный трансформатор статический электромагнитный

; ;

Используя правила разложения на симметричные составляющие, можно убедиться в том, что сетевые токи, в отличие от токов в первичных обмотках, не содержат нулевой последовательности:

Вследствие уравновешенности токов нулевой последовательности в первичных и вторичных обмотках соответствующие им э.д.с. невелики, что выгодно отличает данную схему от схемы .

В общем случае напряжение нулевой последовательности (смещения нейтрали) можно определить по известным значениям фазных и линейных напряжений, используя формулу:

или по известным значениям тока однофазной нагрузки и сопротивления нулевой последовательности:

При соединении обмоток по схеме Y/Z0 сопротивление нулевой последовательности определяется сопротивлением короткого замыкания между вторичными полуобмотками, расположенными на одном стержне, поэтому оно значительно меньше по величине, чем для схемы /Y0, и тем более - для схемы Y/Y 0. Падения вторичных напряжений при этом будут наименьшими, причем определяются они в основном падениями напряжения прямой и обратной последовательностей, а смещение нейтрали (напряжение нулевой последовательности) при этом практически пренебрежимо мало.

Трансформаторы со схемами соединения обмоток /Y0 и Y/Z0 при однофазных коротких замыканиях, которые являются крайним случаем несимметрии, не вызывают резкого повышения напряжения в неповрежденных фазах, опасного для подключенных к ним однофазных потребителей, чем выгодно отличаются от трансформаторов со схемой Y/Y 0.

В трансформаторах со схемой /Y0 первичные обмотки находятся под линейными напряжениями и количество витков в них в больше, чем в схемах Y/Y 0 и Y/Z0 . Технология их изготовления сложнее, а изоляция - дороже. Кроме того, в них сложнее осуществлять регулирование напряжения. Схема соединений Y/Z0 сложнее по конструкции и при прочих равных условиях требует повышенного примерно на 8% расхода проводниковых материалов по сравнению со схемой Y/Y 0.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Обзор сути, видов и классификации трансформаторов, которые предназначены для преобразования переменного тока из одного напряжения в другое. Режим нагрузки, обмотки, магнитные потоки одно- и трехфазных трансформаторов. Выпрямители переменного напряжения.

    реферат [673,9 K], добавлен 27.10.2012

  • История создания трансформаторов, их классификация и характеристика. Принцип действия и устройства однофазных и трехфазных трансформаторов. Общая конструкция сердечников и форма сечения их частей. Типы обмоток. Применение и эксплуатация трансформаторов.

    дипломная работа [4,0 M], добавлен 01.08.2011

  • Электрическая схема трехфазного генератора. Способы его соединения. Расчет трехфазной цепи при симметричной и несимметричной нагрузке. Определение общих токов в линейных проводах. Принцип и применение работы дросселя. Расчет общих потерь в магнитопроводе.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 30.10.2014

  • Расчет несимметричных режимов в трехфазных схемах с помощью метода симметричных составляющих. Вычисление токов и напряжений при несимметричных КЗ. Построение векторной диаграммы по месту КЗ. Этапы преобразования схемы замещения прямой последовательности.

    курсовая работа [991,2 K], добавлен 31.03.2012

  • Опытное определение токов нагрузки сухих силовых трансформаторов. Освоение методики и практики расчетов необходимой номинальной мощности трансформаторов. Сокращение срока службы и температуры наиболее нагретой точки для различных режимов нагрузки.

    лабораторная работа [1,1 M], добавлен 18.06.2015

  • Суть схемы внешнего электроснабжения. Составление структурной схемы выбранной тяговой подстанции. Особенность сопротивления линии электропередачи и силовых трансформаторов. Расчет трехфазных токов короткого замыкания на шинах распределительных устройств.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 10.05.2019

  • Назначение, технические характеристики и устройство измерительных трансформаторов напряжения. Описание принципа действия трансформаторов напряжения и способов их технического обслуживания. Техника безопасности при ремонте и обслуживании трансформаторов.

    контрольная работа [258,1 K], добавлен 27.02.2015

  • Термины и определения. Параметры и режимы работы трансформаторов. Задание на расчет необходимой мощности трансформаторов. Зависимости потерь от нагрузки. Расчет КПД трансформатора. Моделирование оптимального режима работы трансформаторов в среде MATHCAD.

    курсовая работа [270,7 K], добавлен 20.02.2009

  • Характеристика параметров электроизмерительных приборов. Расчетный тепловой импульс цепи обмотки. Определение сопротивления токовых обмоток прибора. Выбор измерительных трансформаторов. Измерения активной мощности в трехфазной цепи при включении нагрузки.

    контрольная работа [449,0 K], добавлен 18.06.2014

  • Определение электрических нагрузок предприятия. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов; рационального напряжения внешнего электроснабжения. Расчет трехфазных токов короткого замыкания; издержек на амортизацию, обслуживание и потери электроэнергии.

    курсовая работа [877,4 K], добавлен 21.05.2014

  • Определение номинальных токов, КПД и зависимости изменения вторичного напряжения от коэффициента нагрузки трансформатора. Расчет коэффициента трансформации, активных потерь мощности для первого и второго трансформаторов при их параллельной работе.

    курсовая работа [670,8 K], добавлен 25.03.2014

  • Устройство силовых трансформаторов. Этапы расчета электрических величин: проектирование трансформатора, выбор основных размеров, электромагнитные нагрузки. Краткие сведения об обмотках трансформаторов. Эксплуатационные требования. Изоляционные промежутки.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 28.12.2010

  • Природные запасы горючих ископаемых и гидравлические ресурсы как основные энергетические ресурсы страны. Знакомство с особенностями регулирования напряжения силовых трансформаторов. Характеристика основных способов определения токов короткого замыкания.

    контрольная работа [647,4 K], добавлен 22.11.2013

  • Основные соотношения в цепи трехфазного тока при соединении фаз звездой для симметричной и несимметричной нагрузки. Результат обрыва одной фазы. Роль нейтрального провода. Обратное следование фаз на нагрузке. Расчет активной, реактивной, полной мощности.

    лабораторная работа [278,5 K], добавлен 06.03.2014

  • Определение абсолютной, относительной и приведенной погрешностей. Компенсаторы постоянного тока, их назначение и принцип работы. Измерение мощности ваттметрами с применением измерительных трансформаторов тока и напряжения в однофазных и трехфазных цепях.

    контрольная работа [766,5 K], добавлен 08.01.2011

  • Трехфазная система при соединении фаз звездой. Особенности построения векторных диаграмм при симметричной и несимметричной нагрузке фаз. Ток в нейтральном проводе при симметричной нагрузке. Мощность трёхфазного приёмника при симметричной нагрузке.

    лабораторная работа [28,6 K], добавлен 12.01.2010

  • Расчет номинальных и рабочих максимальных токов. Определение токов при трехфазных коротких замыканиях. Расчет дифференциальной защиты трансформаторов. Расчет дифференциальной токовой защиты двухобмоточного трансформатора Т2 с реле типа РНТ-565.

    курсовая работа [71,4 K], добавлен 03.04.2012

  • Применение трансформаторов в электросети для повышения напряжения генераторов и понижения напряжения линии передач. Принцип работы высокочастотных импульсных трансформаторов в блоках питания радиотехнических и электронных устройств (компьютеров).

    презентация [1,2 M], добавлен 31.03.2015

  • Общие теоретические сведения о линейных и нелинейных электрических цепях постоянного тока. Сущность и возникновение переходных процессов в них. Методы проведения и алгоритм расчета линейных одно- и трехфазных электрических цепей переменного тока.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 01.02.2012

  • Выбор структурной схемы (число, тип и мощность трансформаторов связи), расчет токов короткого замыкания. Общие сведения о релейной защите подстанции и принципы ее формирования. Разработка фильтра напряжения обратной последовательности, его схема.

    дипломная работа [3,3 M], добавлен 08.07.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.