El daño de los armónicos es muy grave. Los armónicos reducen la eficiencia de la producción, transmisión y utilización de la energía eléctrica, provocan que los equipos eléctricos se sobrecalienten, producen vibraciones y ruido, envejecen el aislamiento, acortan la vida útil e incluso funcionan mal o se queman. Los armónicos pueden causar resonancia local paralela o resonancia en serie en el sistema de energía, amplificando el contenido armónico y provocando que los capacitores y otros equipos se quemen. Los armónicos también pueden provocar fallos de funcionamiento en los relés de protección y en los dispositivos automáticos, provocando caos en la medición de energía. Fuera del sistema de energía, los armónicos pueden causar interferencias graves en los equipos de comunicación y electrónicos.
El término "armónico" tiene su origen en la acústica. El análisis matemático de los armónicos estuvo bien establecido en los siglos XVIII y XIX. El método de análisis armónico propuesto por Fourier et al. Los problemas armónicos en los sistemas eléctricos atrajeron la atención de la gente ya en los años 1920 y 1930. En aquella época, en Alemania, el uso de convertidores estáticos de arco de mercurio provocaba distorsiones de las formas de onda de tensión y corriente. El artículo sobre armónicos de convertidores publicado por J.C. Read en 1945 es uno de los primeros artículos clásicos sobre investigación armónica. En las décadas de 1950 y 1960, debido al desarrollo de la tecnología de transmisión de corriente continua de alto voltaje, se publicó una gran cantidad de artículos sobre los problemas armónicos en los sistemas de energía causados por los convertidores. Desde la década de 1970, debido al rápido desarrollo de la tecnología de la electrónica de potencia, se han utilizado cada vez más diversos dispositivos electrónicos de potencia en los sistemas de energía, la industria, el transporte y los hogares, y el daño causado por los armónicos se ha vuelto cada vez más grave. Países de todo el mundo han prestado total atención a las cuestiones armónicas. Se han celebrado muchas conferencias académicas internacionales sobre cuestiones armónicas y muchos países y organizaciones académicas internacionales han formulado normas y regulaciones para limitar los armónicos en los sistemas de energía y los armónicos en los equipos eléctricos.
La definición de armónicos en el sistema de alimentación es la descomposición en series de Fourier de la electricidad periódica no sinusoidal, además de obtener los mismos componentes que la frecuencia fundamental de la red eléctrica, también obtiene una serie de armónicos. componentes mayores que la frecuencia fundamental de la red eléctrica. Esto parte de la electricidad se llama armónicos. La relación entre la frecuencia armónica y la frecuencia fundamental (n=fn/f1) se llama orden armónico. En ocasiones existen armónicos no enteros en la red eléctrica, que se denominan no armónicos o armónicos fraccionarios. Los armónicos son en realidad una forma de interferencia que "contamina" la red eléctrica. El campo de la tecnología eléctrica estudia principalmente la aparición, transmisión, medición, daño y supresión de armónicos, y su rango de frecuencia es generalmente 2≤n≤40. Las cargas inductivas representan una gran proporción de las cargas eléctricas industriales y domésticas. Los motores asíncronos, transformadores, lámparas fluorescentes, etc. son cargas resistivas-inductivas típicas. La potencia reactiva consumida por motores y transformadores asíncronos representa una alta proporción de la potencia reactiva proporcionada por el sistema eléctrico. Los reactores y las líneas aéreas del sistema eléctrico también consumen algo de potencia reactiva. Las cargas resistivas-inductivas deben absorber potencia reactiva para funcionar normalmente, lo cual está determinado por sus propias propiedades.
Los dispositivos no lineales, como los dispositivos electrónicos de potencia, también consumen potencia reactiva, especialmente varios dispositivos de control de fase. Por ejemplo, los rectificadores controlados por fase, los circuitos de ajuste de potencia de CA controlados por fase y los convertidores de ciclo consumen una gran cantidad de potencia reactiva porque la corriente fundamental va por detrás de la tensión de la red durante el funcionamiento. Además, estos dispositivos también producirán una gran cantidad de corrientes armónicas y las fuentes de armónicos consumen potencia reactiva. La fase de corriente fundamental del circuito rectificador de diodos es aproximadamente la misma que la fase de voltaje de la red, por lo que básicamente no se consume potencia reactiva fundamental. Pero también produce una gran cantidad de corriente armónica y por tanto una cierta cantidad de potencia reactiva.
En los últimos 30 años, la aplicación de dispositivos electrónicos de potencia se ha generalizado cada vez más, convirtiendo a los dispositivos electrónicos de potencia en la mayor fuente de armónicos. Entre los diversos dispositivos electrónicos de potencia, los dispositivos rectificadores representan la mayor proporción. Casi todos los circuitos rectificadores de uso común utilizan circuitos rectificadores controlados por tiristores o circuitos rectificadores de diodos, entre los cuales los circuitos rectificadores de puente trifásicos y los circuitos rectificadores de puente monofásicos son los más comunes. La contaminación armónica y el retraso del factor de potencia producidos por circuitos rectificadores con cargas resistivas ya son familiares. El circuito rectificador de diodos que utiliza filtrado de condensadores en el lado de CC también es una fuente importante de contaminación armónica. La fase del componente fundamental de la corriente de entrada de este circuito es aproximadamente la misma que la fase del voltaje de la fuente de alimentación, por lo que el factor de potencia fundamental es cercano a 1. Sin embargo, el componente armónico de su corriente de entrada es muy grande, lo que provoca una grave contaminación en la red eléctrica y hace que el factor de potencia general sea muy bajo. Además, los dispositivos electrónicos de potencia, como los circuitos reguladores de potencia de CA controlados por fase y los convertidores de ciclo, también generarán una gran cantidad de corrientes armónicas en el lado de entrada.
(1) La baja calidad de la fuente de energía produce armónicos
Dado que es difícil que los devanados trifásicos del generador sean absolutamente simétricos en producción, también es difícil hacer El núcleo es absolutamente uniforme. Por otras razones, la fuente de generación de energía producirá algunos armónicos, pero generalmente muy pocos.
(2) Armónicos generados por el sistema de transmisión y distribución de energía
En el sistema de transmisión y distribución de energía, los armónicos son generados principalmente por el transformador de potencia debido a la saturación del transformador. Al diseñar el transformador, se tiene en cuenta la economía y su densidad magnética operativa se selecciona en la sección cercana a la saturación de la curva de magnetización. Esto hace que la corriente magnetizante tenga una forma de onda máxima. y por lo tanto contiene armónicos impares. Su tamaño está relacionado con la forma estructural del circuito magnético y el grado de saturación del núcleo. Cuanto mayor es el grado de saturación del núcleo de hierro, más se desvía el punto de funcionamiento del transformador de la linealidad y mayor es la corriente armónica, de la cual la corriente del tercer armónico puede alcanzar el 0,5% de la corriente nominal.
(3) Armónicos generados por equipos eléctricos:
Equipos rectificadores de tiristores. Como los rectificadores de tiristores se utilizan cada vez más en muchos aspectos, como locomotoras eléctricas, tanques electrolíticos de aluminio, dispositivos de carga, fuentes de alimentación conmutadas, etc., provocan una gran cantidad de armónicos en la red eléctrica. Sabemos que el dispositivo rectificador de tiristores adopta control de cambio de fase y absorbe la onda sinusoidal del ángulo faltante de la red eléctrica, dejando así otra parte de la onda sinusoidal del ángulo faltante a la red. Obviamente, la parte restante contiene una gran cantidad de. armonía. Si el dispositivo rectificador es un circuito rectificador monofásico, cuando se conecta a una carga inductiva, contendrá corrientes armónicas impares, de las cuales el contenido del tercer armónico puede alcanzar el 30% de la onda fundamental cuando se conecta a; Una carga capacitiva, contendrá voltajes armónicos impares. Su contenido armónico aumenta con el aumento del valor de capacitancia. Si el dispositivo rectificador es un puente rectificador de 6 pulsos trifásico totalmente controlado, el lado primario del transformador y la línea de suministro de energía contienen corrientes armónicas de orden impar de quinto y superiores, si es un rectificador de 12 pulsos, hay; también corrientes armónicas de orden impar de 11º y superiores. Las estadísticas muestran que los armónicos generados por los dispositivos rectificadores representan casi el 40% de todos los armónicos, que es la mayor fuente de armónicos.
Dispositivo de conversión de frecuencia. Los dispositivos de conversión de frecuencia se utilizan a menudo en ventiladores, bombas de agua, ascensores y otros equipos. Debido al control de fase, los componentes armónicos son muy complejos. Además de los armónicos enteros, también contienen armónicos fraccionarios. , y Con el desarrollo de la regulación de velocidad de frecuencia variable, cada vez se provocan más armónicos en la red eléctrica.
Horno de arco eléctrico, horno de carburo de calcio. Dado que es difícil que los electrodos trifásicos del horno eléctrico entren en contacto con la carga desigual al mismo tiempo al calentar materias primas, la combustión es inestable, provocando que la carga trifásica se desequilibre y genere corrientes armónicas, que se inyectan. a la red eléctrica a través de la bobina conectada en triángulo del transformador. Los principales son el armónico 27, que puede alcanzar del 8% al 20% de la onda fundamental en promedio, y el máximo puede alcanzar el 45%.
Fuente de luz eléctrica de descarga de gas. Las lámparas fluorescentes, las lámparas de mercurio de alta presión, las lámparas de sodio de alta presión y las lámparas de halogenuros metálicos son fuentes de luz eléctrica de descarga de gas. El análisis y la medición de las características de voltios-amperios de dichas fuentes de luz eléctrica muestran que su no linealidad es muy grave, y algunas incluso tienen características de voltios-amperios negativos, lo que provocará corrientes armónicas extrañas en la red eléctrica.
Electrodomésticos. Los televisores, grabadoras de vídeo, ordenadores, lámparas regulables, cocinas de temperatura regulable, etc., tienen dispositivos rectificadores reguladores de voltaje, que producirán armónicos de orden impar más profundos. En equipos con devanados como lavadoras, ventiladores eléctricos y acondicionadores de aire, la forma de onda también puede cambiar debido a cambios en la corriente desequilibrada. Aunque estos electrodomésticos tienen poca potencia, son enormes en número y también son una de las principales fuentes de armónicos.
La tensión proporcionada por la red eléctrica pública ideal debería ser una frecuencia única y fija y una amplitud de tensión especificada. La aparición de corrientes armónicas y tensiones armónicas es un tipo de contaminación de la red eléctrica pública, deteriora el entorno en el que se utilizan los equipos eléctricos y también afecta a los equipos eléctricos circundantes. Antes del uso generalizado de equipos electrónicos de potencia, la gente había realizado algunas investigaciones sobre los armónicos y sus peligros, y tenía un cierto conocimiento de ellos. Sin embargo, la contaminación armónica no había atraído suficiente atención en ese momento. En los últimos treinta o cuarenta años, el rápido desarrollo de diversos dispositivos electrónicos de potencia ha hecho que la contaminación armónica de las redes eléctricas públicas sea cada vez más grave. También han seguido ocurriendo diversas fallas y accidentes causados por armónicos. atención. . El daño causado por armónicos a las redes eléctricas públicas y otros sistemas generalmente incluye los siguientes aspectos.
(1) Los armónicos causan pérdidas armónicas adicionales en los componentes de la red eléctrica pública, lo que reduce la eficiencia de la generación de energía, la transmisión y los equipos eléctricos. Cuando una gran cantidad de terceros armónicos fluyen a través de la línea neutra, esto puede causar. el circuito se sobrecaliente e incluso provoque un incendio.
(2) Los armónicos afectan el funcionamiento normal de diversos equipos eléctricos. Además de provocar pérdidas adicionales, el impacto de los armónicos en el motor también producirá vibraciones mecánicas, ruido y sobretensión, provocando un grave sobrecalentamiento local del transformador.
Los armónicos provocan que los condensadores, cables y otros equipos se sobrecalienten, envejezcan el aislamiento, acorten su vida útil e incluso causen daños.
(3) Los armónicos causarán resonancia local paralela y resonancia en serie en la red eléctrica pública, amplificando así los armónicos. Esto aumentará en gran medida el daño de los anteriores (1) y (2), e incluso causará. ACCIDENTE grave.
(4) Los armónicos provocarán fallos de funcionamiento de los relés de protección y de los dispositivos automáticos, y provocarán mediciones inexactas de los instrumentos de medición eléctricos.
(5) Los armónicos causarán interferencias en los sistemas de comunicación cercanos. En casos leves, generarán ruido y reducirán la calidad de la comunicación; en casos graves, provocarán la pérdida de residencia y harán que el sistema de comunicación no pueda. trabajar normalmente. En pocas palabras, los armónicos son el fenómeno de que cuando un voltaje o corriente de una determinada frecuencia actúa sobre una carga no lineal, se producirá un voltaje o corriente sinusoidal de otra frecuencia diferente a la frecuencia original.
La ondulación se refiere al componente de CA superpuesto a la cantidad estable de CC en el voltaje o corriente de CC.
Aunque no son lo mismo conceptualmente, están relacionados. Por ejemplo, las ondulaciones adicionales en la fuente de alimentación pueden producir fácilmente armónicos de varias frecuencias en los aparatos eléctricos; la existencia de armónicos de varias frecuencias en la fuente de alimentación conducirá sin duda a un aumento de los componentes de ondulación en la fuente de alimentación.
Además de las situaciones en las que necesitamos generar armónicos en el circuito, tiene principalmente los siguientes peligros principales:
1. Provocar resonancia en la red eléctrica que provoque sobrecorriente o sobretensión.
2. Aumentar las pérdidas adicionales y reducir la eficiencia y la utilización de los equipos de generación, transmisión y consumo de energía.
3. , condensadores, transformadores, etc.) funcionan de manera anormal, acelerando el envejecimiento del aislamiento, acortando así su vida útil;
4. Causar que la protección de relés, dispositivos automáticos, sistemas informáticos y muchos equipos eléctricos funcionen de manera anormal o fallen. para operar normalmente o Operación;
5. Hacer que los instrumentos de medición y medición no puedan indicar o medir correctamente
6. señal, destruir la transmisión normal de la señal e incluso dañar el equipo de comunicación.
El daño de la ondulación:
1. Es fácil producir armónicos en los aparatos eléctricos, y los armónicos causarán más daño.
2. del suministro de energía se reduce;
3. Las ondas fuertes provocarán la generación de sobretensión o corriente, provocando quemaduras en los aparatos eléctricos.
4. de circuitos digitales, afectando su funcionamiento normal;
5. Provocará interferencias de ruido, provocando que los equipos de imagen y audio no funcionen correctamente.
En definitiva, su presencia en lugares donde no los necesitamos es perjudicial y hay que evitarlo. Hay muchas formas de suprimir y eliminar armónicos y ondulaciones, pero parece difícil eliminarlos por completo. Sólo podemos lograrlo controlándolos dentro de un rango permitido sin afectar el medio ambiente y el equipo.
El aumento paulatino de cargas no lineales en las redes eléctricas es una tendencia común en todo el mundo, como son los variadores de frecuencia o equipos de accionamiento DC rectificados por tiristores, ordenadores, sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) para cargas importantes, y lámparas fluorescentes de bajo consumo, etc., estas cargas no lineales provocarán contaminación de la red, degradación de la calidad de la energía, fallas en el equipo de suministro de energía e incluso accidentes graves por incendio.
La contaminación eléctrica y el deterioro de la calidad de la energía se manifiestan principalmente en los siguientes aspectos: fluctuación de tensión, impacto de sobretensiones, armónicos, desequilibrio trifásico, etc.
1. Peligros de la contaminación del suministro de energía
La contaminación del suministro de energía causará daños graves a los equipos eléctricos, que incluyen principalmente: interferir con el funcionamiento normal de equipos electrónicos como equipos de comunicación y sistemas informáticos. , provocando pérdida de datos o fallas. Afecta el rendimiento de los sistemas de transmisión de radio, sistemas de radar, resonancia magnética nuclear y otros equipos, provocando interferencias de ruido y confusión de imágenes. Puede provocar un mal funcionamiento de los dispositivos automáticos eléctricos e incluso accidentes graves. Esto puede provocar que los equipos eléctricos se sobrecalienten, aumenten la vibración y el ruido, aceleren el envejecimiento del aislamiento, acorten la vida útil e incluso provoquen fallas o quemaduras. Provoca fluctuaciones en el brillo de la luz (parpadeo), afectando la eficiencia del trabajo. Esto conduce a una mayor pérdida de energía en el sistema de suministro de energía. Fluctuaciones de voltaje y parpadeo
Las fluctuaciones de voltaje se refieren a los valores máximos de múltiples ondas sinusoidales que exceden (por debajo) del valor de voltaje estándar dentro de un período de tiempo, que va desde aproximadamente medio ciclo hasta varios cientos de ciclos. es decir, de 10 MS a 2,5 segundos, incluidas las fluctuaciones de sobretensión y las fluctuaciones de subtensión. Los pararrayos y protectores contra sobretensiones comunes no pueden eliminar las fluctuaciones de sobretensión en absoluto, porque se utilizan para eliminar pulsos transitorios.
Los pararrayos comunes tienen un valor de resistencia considerable durante la acción de limitación de voltaje. Teniendo en cuenta su capacidad calorífica nominal (julios), estos dispositivos se queman fácilmente y no pueden proporcionar funciones de protección futuras. Esta condición a menudo se pasa por alto fácilmente y es una de las principales causas de fallas o tiempos de inactividad de computadoras, sistemas de control y equipos sensibles.
Otra situación opuesta es la fluctuación de subtensión, que se refiere al valor máximo de múltiples ondas sinusoidales que son inferiores al valor de tensión estándar durante un período de tiempo, o como comúnmente se le llama: sacudida o caída. Las condiciones prolongadas de bajo voltaje pueden ser causadas por la compañía de suministro de energía o por una sobrecarga del usuario. Esta situación puede ser un accidente o un arreglo planificado. Lo que es más grave es la pérdida de voltaje, que en su mayoría es causada por la conmutación de cargas pesadas en la red de distribución, como el arranque y parada de grandes motores, sistemas centrales de aire acondicionado, hornos de arco eléctrico, conmutación de arcos, fusibles quemados, disparos de disyuntores, etc. Estas son causas comunes de distorsión de voltaje.
Los frecuentes arranques de equipos eléctricos de gran tamaño provocan fluctuaciones periódicas de tensión, como máquinas de soldar, troqueladoras, grúas, ascensores, etc. Estos equipos requieren potencia de impacto de corta duración, principalmente potencia reactiva. Las fluctuaciones de voltaje provocan una potencia inestable en el equipo y una reducción de la calidad del producto; las luces parpadeantes causan fatiga ocular y reducen la eficiencia del trabajo.
Choque de sobretensión
El choque de sobretensión se refiere a un voltaje excesivo (bajo) a corto plazo en el sistema, es decir, un pulso instantáneo de voltaje que no excede 1 milisegundo. Este pulso puede. ser de polaridad positiva o negativa, que puede ser de naturaleza serie u oscilatoria. También se les llama comúnmente: picos, muescas, perturbaciones, fallos o mutaciones.
El impacto de las sobretensiones en la red eléctrica puede ser causado por la conmutación de grandes equipos (motores, condensadores, etc.) o la apertura y cierre de grandes tiristores dentro de la red eléctrica, o por la intrusión de fuentes externas. ondas de relámpago. El impacto de una sobretensión puede causar fácilmente daños a los componentes de los equipos electrónicos y roturas del aislamiento de los equipos eléctricos; también puede provocar fácilmente errores de datos o fallos en las computadoras y otros equipos;
Armónicos
Las cargas lineales, como las cargas resistivas puras, tienen una forma de onda de corriente operativa que es exactamente la misma que la forma de onda sinusoidal del voltaje de entrada. Las cargas no lineales, como la CC cortada. Las cargas tienen una corriente de funcionamiento que es exactamente la misma que la forma de onda sinusoidal del voltaje de entrada. La corriente es una forma de onda no sinusoidal. La corriente/voltaje de las cargas lineales tradicionales solo contiene la onda fundamental (50 Hz) y tiene componentes armónicos muy pequeños o nulos, mientras que las cargas no lineales producirán armónicos considerables en el sistema de energía.
Los armónicos se superponen con la onda fundamental en el sistema eléctrico, provocando distorsión de la forma de onda. El grado de distorsión depende de la frecuencia y amplitud de la corriente armónica. Las cargas no lineales producen corrientes de pulso pronunciadas en lugar de corrientes de onda sinusoidal suaves. Las corrientes armónicas en este pulso causan distorsión del voltaje de la red y forman componentes armónicos, que a su vez hacen que otras cargas conectadas a la red generen más corriente de onda armónica.
La computadora es una de esas cargas no lineales. Como la mayoría de los equipos electrónicos de oficina, la computadora está equipada con una fuente de alimentación de tipo diodo/condensador. Este tipo de fuente de alimentación solo funciona en el pico de la señal sinusoidal de CA. El voltaje de onda. La corriente se genera a 150 Hz, generando así una gran cantidad de corriente del tercer armónico (150 Hz). Otros dispositivos que generan corrientes armónicas incluyen principalmente: convertidores de frecuencia de motores, calentadores de estado sólido y otros dispositivos que generan corrientes cambiantes no sinusoidales.
El sistema de iluminación fluorescente también es una fuente importante de armónicos. En los circuitos de iluminación rectificadores electromagnéticos ordinarios, el valor típico del tercer armónico es aproximadamente del 13 % al 20 % del valor de la onda fundamental (50 Hz). En los circuitos de iluminación con rectificador electrónico, el componente armónico llega incluso al 80%.
Las corrientes armónicas generadas por cargas no lineales afectarán múltiples enlaces de trabajo del sistema eléctrico, incluidos transformadores, líneas neutras, motores, generadores y condensadores. Las corrientes armónicas pueden causar aumentos severos en la temperatura de operación (parámetro K) de transformadores, motores y generadores de respaldo. La sobrecorriente en la línea neutra (causada por armónicos y desequilibrio) no solo aumentará la temperatura del conductor y causará daños al aislamiento, sino que también generará corrientes circulantes en las bobinas del transformador trifásico, provocando que el transformador se sobrecaliente. Los condensadores de compensación de potencia reactiva se sobrecalentarán debido a la distorsión armónica del voltaje de la red, y los armónicos causarán una sobrecorriente severa;
Además, los capacitores también formarán un circuito resonante con componentes inductivos en el sistema de energía, lo que causará que el voltaje a través del capacitor aumenta significativamente, causando fallas graves. Los condensadores de arranque de las luminarias también son muy sensibles al sobrecalentamiento causado por corrientes de alta frecuencia. Los daños frecuentes en los condensadores de arranque demuestran la influencia de los armónicos en la red eléctrica. Los armónicos también pueden hacer que la eficiencia de transmisión de las líneas de distribución disminuya, aumenten las pérdidas e interfieran con el trabajo de los sistemas de comunicación de los operadores de energía, como los sistemas de administración de energía (EMS) y los sistemas de reloj.
Además, los armónicos también aumentarán los errores de medición de los medidores de potencia, los medidores de demanda de potencia activa y los medidores de vatios-hora.
Desequilibrio trifásico
El desequilibrio trifásico producirá una sobrecorriente en la línea de neutro (provocada por armónicos y desequilibrio), lo que no sólo aumentará la temperatura del conductor, sino incluso causa Accidentes graves de incendio, etc.
El desequilibrio de corriente entre tres fases en la red eléctrica es omnipresente En las redes eléctricas civiles urbanas y en las redes eléctricas agrícolas, debido a la presencia de una gran cantidad de cargas monofásicas, el fenómeno de desequilibrio de corriente entre tres fases. es particularmente grave. Para corriente trifásica desequilibrada, casi no existe una solución eficaz excepto distribuir la carga lo más razonablemente posible. El hecho de que no exista una forma eficaz de resolver el problema hace que la gente no lo tome en serio y pocas personas realicen investigaciones.
La corriente desequilibrada en la red eléctrica aumentará la pérdida de cobre de la línea y el transformador, aumentará la pérdida de hierro del transformador, reducirá la salida del transformador e incluso afectará el funcionamiento seguro del transformador. Provocará un desequilibrio en la tensión trifásica y reducirá la calidad del suministro eléctrico, pudiendo incluso afectar la precisión del contador de energía eléctrica y provocar pérdidas de medición.
La investigación teórica demuestra que cuando se produce la misma potencia, la pérdida de cobre del transformador y las líneas es menor cuando la corriente trifásica está equilibrada. Es decir: el desequilibrio trifásico aumenta la. Pérdida de cobre del transformador y líneas.
El impacto de la corriente desequilibrada en la pérdida de cobre del sistema
Supongamos que la resistencia total de las líneas trifásicas y los devanados del transformador de un determinado sistema es R. Si la corriente trifásica está equilibrada, IA=100A, IB=100A, IC=100A, entonces la pérdida total de cobre=1002R+1002R+1002R=30000R.
Si la corriente trifásica está desequilibrada, IA=50A, IB=100A, IC=150A, entonces la pérdida total de cobre =502R+1002R+1502R=35000R, que es un 17% mayor que la del cobre. pérdida en el estado de equilibrio.
En un estado más severo, si IA=0A, IB=150A, IC=150A, la pérdida total de cobre =1502R+1502R=45000R, que es un 50% mayor que la pérdida de cobre en el estado equilibrado. .
En el estado más severo, si IA=0A, IB=0A, IC=300A, la pérdida total de cobre =3002R=90000R, que es 3 veces mayor que la pérdida de cobre en el estado de equilibrio.
El impacto de la corriente desequilibrada en los transformadores
Los transformadores de distribución de bajo voltaje de 10/0,4 KV existentes son en su mayoría transformadores de núcleo de tres columnas trifásicos conectados Yyn0. Para este tipo de transformador, cuando la carga en el lado secundario está desequilibrada y hay una corriente de línea cero, la corriente de línea cero es la corriente de secuencia cero. En el lado primario, no hay un cable de punto medio, por lo que el corriente de secuencia cero No puede fluir, por lo que la corriente de secuencia cero no se puede equilibrar entre vueltas. Para el núcleo de hierro, existe una corriente de excitación de secuencia cero, que está controlada por la impedancia de excitación de secuencia cero. En el circuito magnético, esta excitación de secuencia cero
La impedancia es grande, la corriente de secuencia cero afecta la simetría del voltaje de fase y el punto neutro se desplazará. Se sabe por cálculo que cuando la corriente neutra es el 25% de la corriente nominal, el desplazamiento del punto neutro es aproximadamente el 7% de la tensión nominal. El artículo 6.08 de la norma nacional GB50052-
95 estipula: "Cuando se selecciona un transformador trifásico del grupo de conexión Yyn0, la corriente causada por una carga monofásica desequilibrada no excederá el 25% de la nominal Y la corriente de una fase no debe exceder el valor de corriente nominal a plena carga "Debido a las regulaciones anteriores, la capacidad de los transformadores de distribución Yyn0 para conectarse a cargas monofásicas es limitada, lo que también afecta la capacidad del equipo transformador.
Además, para un circuito magnético trifásico de tres columnas, el flujo magnético de secuencia cero no puede formar un bucle en el circuito magnético. Debe formar un bucle en la pared del tanque y los sujetadores, y en el tanque. pared y sujetadores El flujo magnético en los componentes producirá grandes pérdidas por corrientes parásitas, aumentando así las pérdidas en el hierro del transformador. Cuando la corriente de secuencia cero es demasiado grande y el flujo magnético de secuencia cero es grande, la deriva excesiva del punto neutro hará que algunos voltajes de fase sean demasiado altos, lo que provocará la saturación magnética del núcleo y provocará un fuerte aumento en el hierro. Además de factores como el sobrecalentamiento de los sujetadores, pueden ocurrir accidentes en los que el transformador se dañe debido al sobrecalentamiento local incluso si la corriente de alguna fase no está sobrecargada.
Debido a la gran impedancia de excitación de secuencia cero del transformador de distribución del grupo de conexiones Yyn0, la corriente de la línea neutra provocará un gran cambio de voltaje, lo que resultará en un grave desequilibrio de voltaje trifásico, que no solo Afecta a los usuarios monofásicos tendrá un mayor impacto en los usuarios trifásicos.
Peligros del desequilibrio de carga trifásico
Impacto en los transformadores de distribución
(1) El desequilibrio de carga trifásico aumentará las pérdidas del transformador:
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Las pérdidas del transformador incluyen pérdidas sin carga y pérdidas con carga. En circunstancias normales, el voltaje de funcionamiento del transformador básicamente no cambia, es decir, la pérdida sin carga es constante. La pérdida de carga cambia con el cambio de la carga operativa del transformador y es proporcional al cuadrado de la corriente de carga. Cuando la carga trifásica funciona desequilibrada, la pérdida de carga del transformador puede considerarse como la suma de las pérdidas de carga de los tres transformadores monofásicos.
Lo sabemos por teoremas matemáticos: supongamos que los tres números a, byc son todos mayores o iguales a cero, entonces a+b+c≥33√abc.
Cuando a=b=c, la suma algebraica a+b+c obtiene el valor mínimo: a+b+c=33√abc.
Entonces podemos asumir que las pérdidas trifásicas del transformador son: Qa=Ia2 R, Qb= Ib2 R, Qc =Ic2 R, donde Ia, Ib e Ic son las corrientes de fase de la carga secundaria. del transformador, respectivamente. Entonces la expresión de pérdidas del transformador es la siguiente:
Qa+Qb+Qc≥33√〔(Ia2 R) (Ib2 R) (Ic2 R)〕
Puede ser De esto se desprende que el transformador Cuando la carga permanece sin cambios, cuando Ia = Ib = Ic, es decir, cuando la carga trifásica alcanza el equilibrio, la pérdida del transformador es mínima.
Entonces las pérdidas del transformador:
Cuando el transformador trifásico está en funcionamiento equilibrado, es decir, cuando Ia=Ib=Ic=I, Qa+Qb+Qc=3I2R;
Cuando el transformador opera en máximo desequilibrio, es decir, cuando Ia=3I, Ib=Ic=0, Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R);
Es decir, el cambio en el desequilibrio máximo La pérdida es tres veces mayor que la del equilibrio.
(2) El desequilibrio de carga trifásico puede causar graves consecuencias al quemar el transformador:
Durante el desequilibrio anterior, la corriente de fase de carga pesada es demasiado grande (aumentada a 3 veces ), y la sobrecarga es demasiada, puede causar sobrecalentamiento de los devanados y del aceite del transformador. El sobrecalentamiento de los devanados acelerará el envejecimiento del aislamiento; el sobrecalentamiento del aceite del transformador provocará que la calidad del aceite se deteriore, reduciendo rápidamente el rendimiento del aislamiento del transformador, reduciendo la vida útil del transformador (por cada aumento de 8°C en temperatura, la vida útil se reducirá a la mitad), o incluso quemar los devanados.
(3) El funcionamiento desequilibrado de cargas trifásicas hará que la corriente de secuencia cero del transformador sea demasiado grande y aumente el aumento de temperatura de las piezas metálicas locales:
Para En los transformadores que funcionan bajo cargas trifásicas desequilibradas, inevitablemente se generará corriente de secuencia cero, y la existencia de corriente de secuencia cero dentro del transformador generará un flujo magnético de secuencia cero en el núcleo de hierro. Estos flujos magnéticos de secuencia cero formarán un. bucle en la pared del tanque u otros componentes metálicos del transformador. Sin embargo, cuando el transformador de distribución se diseña sin considerar que estos componentes metálicos son componentes magnéticamente permeables, la histéresis resultante y las pérdidas por corrientes parásitas causarán que estos componentes se calienten, provocando que la temperatura de las partes metálicas locales del transformador aumente anormalmente, lo que puede provocar accidentes en el funcionamiento del transformador en casos graves.
3.2 Impacto en líneas de alta tensión
(1) Incrementar la pérdida de líneas de alta tensión:
Cuando la carga trifásica en la línea de baja tensión El lado de voltaje está equilibrado, el lado de alto voltaje de 6-10 k V también está equilibrado. Suponiendo que la corriente de cada fase de la línea de alto voltaje es I, su pérdida de potencia es: ΔP1 = 3I2R
Los tres El desequilibrio de carga entre fases de la red eléctrica de bajo voltaje se reflejará en el lado de alto voltaje. En el desequilibrio máximo, la fase de alto voltaje correspondiente es 1,5 I, las otras dos fases son ambas de 0,75 I, la pérdida de energía es:
ΔP2 = 2 (0.75I) 2R + (1.5I) 2R = 3.375I2R =1.125 (3I2R);
Es decir, la pérdida de potencia en líneas de alta tensión aumenta en 12,5%.
(2) Aumentar el número de disparos en líneas de alta tensión y reducir la vida útil de los cuadros:
Sabemos que las fallas por sobrecorriente en líneas de alta tensión representan una considerable proporción, y el motivo es una corriente excesiva. La carga desequilibrada de las tres fases de la red eléctrica de bajo voltaje puede provocar un exceso de corriente en una determinada fase de alto voltaje, provocando disparos por sobrecorriente y apagones de las líneas de alto voltaje, lo que provoca cortes de energía a gran escala. Con el tiempo, los disparos frecuentes de los equipos de conmutación en las subestaciones reducirán la vida útil.
3.3 Impacto en cuadros de distribución y líneas de baja tensión
(1) El desequilibrio de carga trifásica aumentará las pérdidas en la línea:
Trifásica de cuatro hilos Línea de alimentación, la carga se distribuye uniformemente entre las tres fases, suponiendo que la corriente de cada fase es I, la corriente de la línea neutra es cero y la pérdida de potencia es: ΔP1 = 3I2R
Al máximo desequilibrio, es decir, una determinada fase es 3I, las otras dos fases son cero, la corriente de la línea neutra también es 3I y la pérdida de potencia es:
ΔP2 = 2(3I)2R = 18I2R = 6 (3I2R);
Es decir, la pérdida de energía en desequilibrio máximo es 6 veces mayor que en equilibrio. Es decir, si el desequilibrio máximo es de 1200 kWh por mes, la pérdida solo será de 200 kWh en equilibrio. Esto muestra el potencial de reducción de pérdidas al ajustar la carga trifásica.
(2) El desequilibrio de carga trifásico puede causar graves consecuencias al quemar circuitos y aparamenta:
Cuando se produce el desequilibrio anterior, la corriente de fase de carga pesada es demasiado grande ( aumentado a 3 veces), demasiada sobrecarga. Dado que el poder calorífico Q = 0,24I2Rt, si la corriente aumenta 3 veces, el poder calorífico aumentará 9 veces, lo que puede provocar que la temperatura del conductor de fase aumente linealmente y provoque que se queme. Y dado que la sección transversal del cable neutro generalmente debe ser el 50% de la sección transversal del cable de fase, al seleccionar algunos a menudo son demasiado pequeños y la calidad de la unión es mala, lo que aumenta la resistencia del cable. Existe una mayor probabilidad de que se reviente el cable neutro.
Del mismo modo, en el panel de distribución de energía, provocará graves consecuencias, como el quemado de la fase de carga pesada del interruptor y el quemado de la fase de carga pesada del contactor, dañando así toda la máquina.
3.4 Impacto en las empresas de suministro de energía
Las empresas de suministro de energía tienen una gestión directa de los hogares y las pérdidas de la red eléctrica de bajo voltaje son grandes, lo que reducirá los beneficios económicos de las empresas de suministro de energía y incluso hacer que operen con pérdidas. Los electricistas rurales sufrieron daños en las líneas en Taiwán. Si la pérdida de la línea fue alta, se retuvieron las bonificaciones a los electricistas rurales y ni siquiera se les pagó. Esto inevitablemente afectará el estado de ánimo de los electricistas rurales. en el peor de los casos, cometen delitos sólo para conseguir dinero.
La quema de transformadores, líneas y cuadros de distribución quemados, por un lado, aumenta los costos de suministro de energía de las empresas proveedoras de energía, por otro lado, los cortes de energía por mantenimiento, compra y reemplazo causan energía a largo plazo; cortes, reducción del suministro de energía y reducción del suministro de energía Los beneficios económicos de las empresas también afectan la reputación de las empresas de suministro de energía.
3.5 Impacto en los usuarios
Las cargas trifásicas desequilibradas y el peso anormal de una o dos fases inevitablemente aumentarán la caída de voltaje en la línea, reducirán la calidad de la energía y afectarán la capacidad eléctrica de los usuarios. usar.
Quemar transformadores, líneas y equipos de conmutación quemados, afectando el suministro de energía a los usuarios, causando al menos inconvenientes y, en el peor de los casos, grandes pérdidas económicas, como la muerte de animales y plantas de granja debido a a cortes de luz, o se penalizó la imposibilidad de pulsar el botón del contrato de suministro, etc. Una línea neutra rota también puede provocar que se quemen una gran cantidad de aparatos eléctricos de bajo voltaje de los usuarios.