Что такое уравнительные токи

§ 2.7. Уравнительные соединения

Э. д. с. в параллельных ветвях обмотки должны быть одинаковы. Если этого не будет, то между параллельными ветвями неизбежно возникнут уравнительные токи, даже когда внешняя цепь отключена.

При нагрузке уравнительный ток складывается с током якоря, что ведет к неравномерному распределению токов в параллельных ветвях, увеличивает плотность тока под щетками и вызывает в процессе работы машины сильное искрение.

Причиной возникновения уравнительных токов, даже при условии соблюдения симметрии обмотки, чаще всего является неравенство магнитных потоков полюсов машины, что может быть вызвано неоднородностью материала магнитной цепи, наличием раковин в стали, различной величиной воздушного зазора в результате плохой сборки машины или срабатывания подшипников, плохой сборкой полюсов и т. п.

Чтобы освободиться от вредных последствий возникновения уравнительных токов, точки обмотки с теоретически равными потенциалами соединяют специальными проводниками с малым сопротивлением, называемыми уравнительными соединениями (уравнителями). Токи, протекающие по уравнительным соединениям, по своему характеру являются пёременными. Возникая в обмотке якоря, они создают магнитные поля, которые выравнивают магнитные? потоки главных полюсов. Там, где магнитный поток главных полюсов ослаблен, например, вследствие увеличенного воздушного зазора, они его усиливают, в других случаях — ослабляют, т. е.

уравнительные токи устраняют магнитную асимметрию в машине.

Точки присоединения уравнительных соединений выбирают в легко доступных местах: на коллекторе или на лобовых частях обмотки со стороны, противоположной коллектору (рис. 2.11).

Неравёнство магнитных потоков особенно сильно сказывается на петлевых обмотках, у которых каждая параллельная ветвь расположена под своей парой полюсов. Без уравнительных соединений петлевая обмотка хорошо работать не может.

У волновых обмоток секции каждой параллельной ветви распределены под полюсами машины равномерно и неравенство магнитных потоков полюсов не вызывает неравенства э. д. с. в ветвях.

Каждая пара параллельных ветвей представляет собой как бы одну элементарную электрическую машину, имеющую только одну точку равного потенциала. Отсюда следует, что общее число точек одинакового потенциала будет равно числу пар параллельных ветвей а, т. е.. Эти точки по окружности якоря распределены равномерно. Расстояние между указанными точками называется потенциальным шагом и измеряется либо числом секций обмотки, либо числом коллекторных делений, т. е.

.

Для машин, работающих в сравнительно легких условиях, практически нет необходимости выполнять все соединения, определяемые отношением , так как это вызывает дополнительный расход меди. Достаточно бывает сделать лишь одну треть или половину всех возможных соединений. У машин мощностью свыше 1000— 1200 квт все коллекторные пластины соединяются уравнителями, у машин мощностью до 500 квт уравнительные соединения делаются через одну или две коллекторные пластины, обычно по одному соединению на паз.

Конструктивно уравнительные соединения выполняются либо со стороны коллектора в виде кольцевых проводников, либо со стороны, противоположной коллектору.

У простых волновых обмоток, у которых 2а=2, уравнительные соединения вообще не могут быть сделаны.

Однако в сложноволновых обмотках соседние коллекторные пластины относятся к различным параллельным ветвям и поэтому могут иметь неодинаковые потенциалы. В этих обмотках назначение уравнительных соединений состоит в выравнивании напряжения между коллекторными пластинами. Это достигается соединением между собой первой и второй обмоток. Такие соединения называются уравнительными соединениями второго рода.

§ 2.2. Параллельная работа трансформаторов

Параллельной работой двух или нескольких трансформаторов называется работа при параллельном соединении их обмоток как на первичной, так и на вторичной сторонах. При параллельном соединении одноименные зажимы трансформаторов присоединяют к одному и тому же проводу сети (рис. 2.7, а).

Рис. 2.7. Включение трансформаторов на параллельную работу

Применение нескольких параллельно включенных трансформаторов вместо одного трансформатора суммарной мощности необходимо для обеспечения бесперебойного энергоснабжения в случае аварии в каком-либо трансформаторе или отключения его для ремонта. Это также целесообразно при работе трансформаторной подстанции с переменным графиком нагрузки, например когда мощность нагрузки значительно меняется в различные часы суток. В этом случае при уменьшении мощности нагрузки можно отключить один или несколько трансформаторов для того, чтобы нагрузка трансформаторов, оставшихся включенными, была близка к номинальной. В итоге эксплуатационные показатели работы трансформаторов (КПД и сosφ₂) будут достаточно высокими.

Для того чтобы нагрузка между параллельно работающими трансформаторами распределялась пропорционально их номинальным мощностям, допускается параллельная работа двухобмоточных трансформаторов при следующих условиях:

1. При одинаковом первичном напряжении вторичные напряжения должны быть равны. Другими словами, трансформаторы должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации: k_I = k_II= k_III=… При несоблюдении этого условия, даже в режиме х.х., между параллельно включенными трансформаторами возникает уравнительный ток, обусловленный разностью вторичных напряжений трансформаторов (рис. 2.8, а):

где Z_kI и Z_kII — внутренние сопротивления трансформаторов.

Рис. 2.8. Появление напряжения ∆U при несоблюдении условий включения трансформаторов на параллельную работу

При нагрузке трансформаторов уравнительный ток накладывается на нагрузочный. При этом трансформатор с более высоким вторичным напряжением х.х. (с меньшим коэффициентом трансформации) оказывается перегруженным, а трансформатор равной мощности, но с большим коэффициентом трансформации — недогруженным. Так как перегрузка трансформаторов недопустима, то приходится снижать общую нагрузку. При значительной разнице коэффициентов трансформации нормальная работа трансформаторов становится практически невозможной. Однако ГОСТ допускает включение на параллельную работу трансформаторов с различными коэффициентами трансформации, если разница коэффициентов трансформации не превышает ±0,5% их среднего значения:

где — среднее геометрическое значение коэффициентов трансформации.

2. Трансформаторы должны принадлежать к одной группе соединения. При несоблюдении этого условия вторичные линейные напряжения трансформаторов окажутся сдвинутыми по фазе относительно друг друга и в цепи трансформаторов появится разностное напряжение ∆U, под действием которого возникнет значительный уравнительный ток. Так, если включить на параллельную работу два трансформатора с одинаковыми коэффициентами трансформации, но один из них принадлежит к нулевой (Y/Y—0), а другой — к одиннадцатой (Y/A—11) группам соединения, то линейное напряжение U_2I первого трансформатора, будет больше линейного напряжения U_2II второго трансформатора в раз (U_2I / U_2II = ). Кроме того, векторы этих напряжений окажутся сдвинутыми по фазе относительно друг друга на угол 30° (рис. 28, б). В этих условиях во вторичной цепи трансформаторов появится разностное напряжение ∆U. Для определения величины ∆U воспользуемся построениями рис. 28, б: отрезок ОА равен U_2II/2 или, учитывая, что U_2II = U_2I /, получим ОА = 0,5U_2I. Следовательно, треугольник, образованный векторами напряжений U_2I, U_2II и ∆U — равнобедренный, а поэтому разностное напряжение ∆U = U_2II. Появление такого разностного напряжения привело бы к возникновению во вторичной цепи трансформаторов уравнительного тока, в 15—20 раз превышающего номинальный ток нагрузки, т. е, возникла бы аварийная ситуация. Величина ∆U становится еще большей, если трансформаторы принадлежат нулевой и шестой группам соединения (∆U = 2U₂), так как в этом случае векторы линейных вторичных напряжений окажутся в противофазе (см. рис. 2.3, б).

3. Трансформаторы должны иметь одинаковые напряжения к. з.: . Соблюдение этого условия необходимо для того, чтобы общая нагрузка распределялась между трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям.

С некоторым приближением, пренебрегая токами х.х., можно параллельно включенные трансформаторы заменить их сопротивлениями к.з. z_kI и z_kII и тогда от схемы, показанной на рис. 2.9, а, можно перейти к эквивалентной схеме (рис. 2.9, б). Известно, что токи в параллельных ветвях распределяются обратно пропорционально их сопротивлениям:

Умножим обе части равенства (2.7) на I_IIномU_ном/(I_1номU_ном), левую часть — на U_ном/U_ном, а правую часть — на 100/100, получим

Затем преобразуем полученное равенство, имея в виду следующее: I₁U_HOМ = S₁, и I₁₁ U_ном = S₁₁ — фактическая нагрузка первого и второго трансформаторов соответственно, В-А; I_1HOМ U_HOМ= S_1HOМ и I_11HOМ U_HOМ =S_11HOМноминальные мощности этих трансформаторов, В-A; (I_1HOМZ_kl/U_HOМ)100=u_1k и (I_11HOМZ_kl1/U_HOМ)100=u_11k — напряжения к.з. трансформаторов, %. В результате получим

S’₁/ S’₁₁=u_k11/u_k1 (2.9)

где S’₁=S₁/S_1HOМ, S’₁₁=S₁₁/S_11HOМ — соответственно относительные мощности (нагрузки) первого и второго трансформаторов.

рис. 2.9. К понятию о распределении нагрузки при параллельной работе трансформаторов.

Из соотношения (2.9) следует, что относительные мощности (нагрузки) параллельно работающих трансформаторов обратно пропорциональны их напряжениям к.з. Другими словами, при неравенстве напряжений к.з. параллельно работающих трансформаторов больше нагружается трансформатор с меньшим напряжением к.з. В итоге это ведет к перегрузке одного трансформатора (с меньшим u_к) и недогрузке другого (с большим u_к). Чтобы не допустить перегрузки трансформатора, необходимо снизить общую нагрузку. Таким образом, неравенство напряжений к.з. не допускает полного использования по мощности параллельно работающих трансформаторов.

Учитывая, что практически не всегда можно подобрать трансформаторы с одинаковыми напряжениями к.з., ГОСТ допускает включение трансформаторов на параллельную работу при разнице напряжений к.з. не более чем 10% от их среднего арифметического значения. Разница в напряжениях к.з. трансформаторов тем больше, чем больше эти трансформаторы отличаются друг от друга по мощности. Поэтому ГОСТ рекомендует, чтобы отношение номинальных мощностей трансформаторов, включенных параллельно, было не более чем 3:1.

Помимо соблюдения указанных трех условий необходимо перед включением трансформаторов на параллельную работу проверить порядок чередования фаз, который должен быть одинаковым у всех трансформаторов.

Соблюдение всех перечисленных условий проверяется фазировкой трансформаторов, сущность которой состоит в том, что одну пару, противоположно расположенных зажимов на рубильнике (см. рис. 2.7, б), соединяют проводом и вольтметром V₀ (нулевой вольтметр) измеряют напряжение между оставшимися несоединенными парами зажимов рубильника. Если вторичные напряжения трансформаторов равны, их группы соединения одинаковы и порядок следования фаз у них один и тот же, то показания вольтметра V₀ равны нулю. В этом случае трансформаторы можно подключать на параллельную работу. Если вольтметр V_Q покажет некоторое напряжение, то необходимо выяснить, какое из условий параллельной работы нарушено. Необходимо устранить это нарушение и вновь провести фазировку трансформаторов. Следует отметить, что при нарушении порядка следования фаз вольтметр V₀ покажет двойное линейное напряжение. Это необходимо учитывать при подборе вольтметра, предел измерения которого должен быть не менее двойного линейного напряжения на вторичной стороне трансформаторов.

Общая нагрузка всех включенных на параллельную работу трансформаторов S не должна превышать суммарной номинальной мощности этих трансформаторов: S≤∑S_HOМX .

Распределение нагрузки между параллельно работающими трансформаторами определяется следующим образом:

где S_x — нагрузка одного из параллельно работающих трансформаторов, кВА; S—общая нагрузка всей параллельной группы, кВА; S —напряжение к.з. данного трансформатора, %; S_HOM.X — номинальная мощность данного трансформатора, кВА. В выражении (2.10)

Пример 2.1. Три трехфазных трансформатора с одинаковыми группами соединения включены параллельно (см. рис. 2.7, a) на общую нагрузку 5000 кВ А Трансформаторы имеют следующие данные S_ном1 = 1000 кВ-А, и_k1 = 6,5%, S_ном11=1800 кВ-А, и_k11= 6,65%, S_номIII = = 2200 кВ-А, и_k11I = =6,3%. Определить нагрузку каждого трансформатора

Р е ш е н и е. По (2.11) определим

По (2.10) определим нагрузку каждого трансформатора:

S₁ = 5000·1000/(6,5·775) = 995 кВ-А;

S₁₁ =5000·1800/(6,65·775)=1755 кВ-А;

S₁₁₁=5000·2200/(6,3·775) = 2250 кВ-А,

т. е. третий трансформатор оказался перегруженным на [(2250 — 2200)/2200]100 = 2,3%.

Для устранения этой перегрузки следует снизить внешнюю нагрузку трансформаторов на 2,3%, т. е. уменьшить ее до S‘=S—2,3S/100=5000-2,3 5000/100=4885 кВ·А.

В этом случае суммарная мощность трансформаторов будет использована лишь на 97,7%.

Контрольные вопросы

1. Что такое группа соединения и как она обозначается?

2. Какие группы соединения предусмотрены ГОСТом?

3. Как из основной группы соединения можно получить производную?

4. Как изменится отношение линейных напряжений трансформатора, если нулевую группу соединения изменить на 11-ю?

5. Какие условия необходимо соблюдать при включении трансформаторов на параллельную работу?

6. Что такое фазировка трансформатора и как она выполняется?

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

Анализ влияния уравнительных токов на технико-экономические показатели системы тягового электроснаб­жения

Электрифицированная железная дорога переменного тока является несимметричным нелинейным потребителем с переменой нагрузкой и имеет существенное отличие от других потребителей, заключающиеся в том, что она представляет собой протяженный приемник электрической энергии, и питание ее тяговых подстанций не может быть осуществлено от одной точки присоединения к системе внешнего электроснабжения (СВЭ). Это приводит к тому, что сеть внешнего электроснабжения оказывается подключенной параллельно к системе тягового электроснабжения. Напряжения в точках присоединения тяговых подстанций к энергосистемам оказываются различными по модулю и фазе, что вызывает протекание потоков мощности в системе тягового электроснабжения между смежными подстанциями даже при отсутствии тяговой нагрузки. Эти потоки принято называть уравнительными. Такая специфика работы электротягового потребителя снижает энергетические показатели электрифицированной железной дороги. Известно значительное количество факторов, влияющих на условия рационального сопряжения систем внешнего и тягового электроснабжения. Связь систем внешнего и тягового электроснабжения по транзиту мощности принято оценивать уравнительным током (УТ) в тяговой сети.

В данном дипломном проекте представлены методы расчета и измерения уравнительных токов, инженерной оценки границ целесообразности применения двустороннего питания тяговых сетей.

Показаны условия экономической целесообразности применения односторонней или двусторонней схем питания тяговой сети по фактору уравнительных токов дана теоретическая оценка перетоков энергии на межподстанционных зонах и приведены данные о возможных значениях уравнительных токов с конкретными примерами их расчета.

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

1 ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ УРАВНИТЕЛЬНЫХ ТОКОВ

Причинойвозникновения уравнительных токов является то, что электротяговая сеть фидерной зоны при двухстороннем питании шунтирует однуиз фаз ЛЭП-110 (220)кВ, питающей тяговые подстанции. Наличиетранзита мощности по этой ЛЭП, а также наличие точек промежуточного отбора мощности приводят к тому, что в электротяговую сеть ответвляется часть тока нагрузки энергосистемы. За счет различного импеданса фазы ЛЭП и тяговой сети фазы токов в параллельных ветвях (ЛЭП — электротяговая сеть) не совпадают. Положение усугубляется тем, что на тяговых под­станциях с трехфазными трансформаторами по схеме (звезда/треугольник) падение напряжения в трансформаторе зависит также от тока нагрузки смежно­го плеча питания. Кроме того, на некоторых дистанциях электроснаб­жения имеет место несовпадение по величине напряжений холостого хода смежных подстанций за счет выбора неверной уставки РПН, а так­же за счет того, что при трехфазных РПН выбор его положения всегда является некоторым компромиссом между необходимым уровнем на­пряжения одного и другого плеча питания.

Питающие энергосистемы через неопределенные промежутки вре­мени меняют свой режим, а также схему внешнего электроснабжения. Это связано с выводом в ремонт отдельных ЛЭП, блоков электростан­ций, силового оборудования районных подстанций, а также изменения режимов, в результате чего величина и направление потоков мощности в системах резко изменяются. Об этих изменениях дистанции электроснабжения в известность не ставятся. Такое изменение режимов приво­дит к резкому изменению уравнительного тока в тяговой сети, и, как следствие, — резкому изменению коэффициентов мощности подстанции.

2 ХАРАКТЕРИСТИКА И ОБНАРУЖЕНИЕ УРАВНИТЕЛЬНОГО ТОКА

2.1 Обнаружение уравнительного тока

В настоящее время дистанции электроснабжения имеют весьма ограниченные возможности обнаружения и уменьшения уравнительных токов. Обнаружить уравнительные токи можно по показаниям фидерных амперметров тяговых подстанций при отсутствии тяговых нагрузок, но при этом обычно не удается измерить токи меньше 50 А , а самое главное на подстанциях отсутствует информация о наличии либо от­сутствии поездов в межподстанционной зоне. Второй возможный путь — сравнение напряжений холостого хода на шинах 27,5 кВ смежных под­станций. Однако, как указывалось выше, даже при одинаковых по ве­личине напряжениях на смежных подстанциях имеет место их несовпа­дение по фазе. Как показали исследования, это несовпадение может достигать 5° эл, а на участках 2х25 кВ — даже 10° эл, что соответствует векторной разности напряжений на шинах подстанций 2,4 кВ (при сис­теме 2х25 кВ — вдвое больше).

Косвенным способом наличие больших уравнительных токов в усло­виях эксплуатации можно обнаружить по резкому различию расходов энергии по показаниям счетчиков на смежных подстанциях, а также по различию средневзвешенных коэффициентов мощности. В связи с тем, что на тяговых подстанциях обычно отсутствуют технические средства измерения расходов энергии и коэффициентов мощности раздельно по плечам питания подстанции, такие измерения очень приблизительны.

2.2 Характеристика уравнительных токов

Практически при равенстве уровней напряжения по модулю на смежных тяговых подстанциях (или их несовпадении не более, чем на 0,5 кВ) уравнительной ток является активным. Будучи наложенным на ток нагрузки, он увеличивает коэффициент мощности одной из под­станций и снижает на другой, причем различие коэффициентов мощности составляет несколько десятых (например 0,9 и 0,7).

2.3 Последствия протекания уравнительных токов

Протекание уравнительного тока в электротяговой сети вызывает ряд негативных последствий, основные из которых следующие:

-при уравнительных токах, превышающих 100 А , заметно снижается надежность работы контактной сети и оборудования тяговых подстан­ций вследствие возрастания суммарной токовой нагрузки. Кроме того, могут иметь место неправильные действия релейных защит, особенно направленных;

-наличие уравнительных токов приводит к изменению коэффициен­тов мощности смежных тяговых подстанций, причем на одной из них он незначительно возрастает, а на другой — резко снижается;

-протекание уравнительного тока приводит к появлению дополни­тельных потерь энергии в системе тягового электроснабжения, в основ­ном, в контактной сети, но также и в цепях отсоса и в силовом обору­довании. Особо следует отметить, что величина потерь от уравнитель­ного тока не зависит от того, наложен ли он на рабочие токи тяговой сети или протекает в чистом виде (при отсутствии поездов).

Величина потерь от уравнительных токов весьма велика и сущест­венно влияет на экономические показатели работы. В частности, при уравнительном токе 100 А потери активной мощности в межподстанционной зоне составляют 120-160 кВт, что соответствует потерям энергии 0,9 — 1,2 млн. кВт.ч в месяц.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРАВНИТЕЛЬНОГО ТОКА

3.1 Расчет и векторная диаграмма уравнительного тока

В [9] доказано, что для трехфазных трансформаторов, у ко­торых обмотки всех трех фаз связаны общей магнитной цепью, при установлении соотношений токов и напряжений по фазам, каждую отдельную фазу многофазного трансформатора можно рассматривать как отдельный однофазный трансформатор. Исходными при таком рассмотрении должны быть линейные напряжения на первичной сто­роне и линейные токи на вторичной. В общем случае те и другие несимметричные.

Похожие материалы

• Расчетные промежутки времени оборота локомотивов по станции Карымская после проведения реконструкции станции и депо
• Электрические нагрузки сельскохозяйственных потребителей: Предмет и цели изучения материала модуля № 1
• Экзаменационные билеты с тестовыми заданиями по светотехнике