Causes des modes asymétriques dans les réseaux électriques

Un système de tension triphasé symétrique est caractérisé par des tensions identiques en amplitude et en phase dans les trois phases. Dans les modes asymétriques, les tensions dans les différentes phases ne sont pas égales.

Les modes asymétriques dans les réseaux électriques surviennent pour les raisons suivantes :

1) charges inégales dans différentes phases,

2) fonctionnement incomplet des lignes ou d'autres éléments du réseau,

3) différents paramètres de ligne dans différentes phases.

Le plus souvent, un déséquilibre de tension se produit en raison de l'inégalité des charges de phase. La cause principale du déséquilibre de tension étant le déphasage (charge déséquilibrée), ce phénomène est surtout caractéristique des réseaux électriques basse tension de 0,4 kV.

Dans les réseaux urbains et ruraux de 0,4 kV, l'asymétrie de tension est principalement causée par le raccordement de l'éclairage monophasé et des consommateurs électriques domestiques de faible puissance. Le nombre de ces consommateurs d'énergie monophasés est important et ils doivent être répartis uniformément sur les phases pour réduire le déséquilibre.

Dans les réseaux à haute tension, l'asymétrie est généralement causée par la présence de puissants récepteurs électriques monophasés et, dans certains cas, de récepteurs électriques triphasés à consommation de phase inégale. Ces derniers comprennent les fours à arc pour la production d'acier. Les principales sources de dissymétrie dans les réseaux industriels 0,38-10 kV sont les installations thermiques monophasées, les fours thermiques à minerai, les fours de fusion par induction, les fours à résistance et diverses installations de chauffage. De plus, les récepteurs électriques asymétriques sont des machines à souder de puissance différente. Les sous-stations de traction du transport ferroviaire électrifié à courant alternatif sont une source puissante d'asymétrie, puisque les locomotives électriques sont des récepteurs électriques monophasés. La puissance des récepteurs électriques monophasés individuels atteint actuellement plusieurs mégawatts.

Il existe deux types d'asymétrie : systématique et probabiliste ou aléatoire. L'asymétrie systématique est causée par une surcharge constante non uniforme d'une des phases, l'asymétrie probabiliste correspond à des charges non constantes dans lesquelles différentes phases sont surchargées à des moments différents en fonction de facteurs aléatoires (asymétrie périodique).

Le fonctionnement incomplet des éléments du réseau est causé par une déconnexion de courte durée d'une ou deux phases lors d'un court-circuit ou une déconnexion plus longue lors de réparations échelonnées. Une seule ligne peut être équipée de dispositifs de contrôle de phase qui déconnectent la phase en défaut de la ligne dans les cas où l'opération de réenclenchement automatique échoue en raison d'un court-circuit prolongé.

La majorité des courts-circuits stables sont monophasés.Dans ce cas, l'interruption de la phase endommagée entraîne le maintien des deux autres phases de la ligne en fonctionnement.

Dans un réseau avec neutre à la terre source de courant sur une ligne avec une phase incomplète peut être acceptable et permet d'abandonner la construction d'un deuxième circuit sur la ligne. Des modes demi-phase peuvent également se produire avec des transformateurs éteints.

Dans certains cas, pour un groupe composé de transformateurs monophasés, en cas d'arrêt d'urgence d'une phase, il peut être acceptable d'alimenter deux phases, dans ce cas, l'installation d'une phase de secours n'est pas nécessaire, surtout si il y a deux groupes de transformateurs monophasés au poste.

L'inégalité des paramètres des lignes de phase se produit par exemple en l'absence de transposition le long des lignes ou de ses cycles prolongés. Les supports de transposition ne sont pas fiables et sont source de plantages. La réduction du nombre de supports de transposition le long de la ligne réduit ses dommages et augmente sa fiabilité. Dans ce cas, l'alignement des paramètres de phase linéaire se détériore, pour lequel une transposition est généralement appliquée.

Effet du déséquilibre de tension et de courant

L'apparition de tensions et de courants inverses et homopolaires U2, U0, I2, I0 entraîne des pertes de puissance et d'énergie supplémentaires, ainsi que des pertes de tension dans le réseau, ce qui aggrave les modes et les indicateurs techniques et économiques de son fonctionnement. Les courants des séquences inverses et nulles I2, I0 augmentent les pertes dans les branches longitudinales du réseau, et les tensions et courants des mêmes séquences - dans les branches transversales.

La superposition de U2 et U0 entraîne différentes déviations de tension supplémentaires dans différentes phases. Par conséquent, les tensions peuvent être hors plage.La superposition de I2 et I0 entraîne une augmentation des courants totaux dans les phases individuelles des éléments du réseau. Dans le même temps, leurs conditions de chauffage se dégradent et la productivité diminue.

Le déséquilibre affecte négativement les caractéristiques opérationnelles et technico-économiques des machines électriques tournantes. Le courant direct dans le stator crée champ magnétiquerotation à fréquence synchrone dans le sens de rotation du rotor. Les courants inverses dans le stator créent un champ magnétique qui tourne par rapport au rotor à double fréquence synchrone dans le sens de rotation opposé. Du fait de ces courants à deux fréquences, un couple électromagnétique de freinage et un échauffement supplémentaire, principalement du rotor, se produisent dans la machine électrique, ce qui entraîne une réduction de la durée de vie de l'isolation.

Dans les moteurs asynchrones, des pertes supplémentaires se produisent dans le stator. Dans certains cas, lors de la conception, il est nécessaire d'augmenter la puissance nominale des moteurs électriques, si aucune mesure particulière n'est prise pour équilibrer la tension.

Dans les machines synchrones, en plus des pertes supplémentaires et de l'échauffement du stator et du rotor, des vibrations dangereuses peuvent commencer. En raison du déséquilibre, la durée de vie de l'isolation du transformateur est raccourcie, les moteurs synchrones et les batteries de condensateurs réduisent la production d'énergie réactive.

Le déséquilibre de tension dans le circuit d'alimentation de la charge d'éclairage conduit au fait que le flux lumineux des lampes d'une phase (phases) diminue, et celui de l'autre phase augmente, et la durée de vie des lampes diminue. Le déséquilibre affecte les récepteurs électriques monophasés et biphasés en tant qu'écart de tension.

Les dommages courants causés par l'asymétrie dans les réseaux industriels comprennent le coût des pertes de puissance supplémentaires, l'augmentation des déductions de rénovation des coûts d'investissement, les dommages technologiques, les dommages causés par une diminution du flux lumineux des lampes installées sur des phases à tension réduite et une réduction de la durée de vie des lampes installées sur des phases à tension élevée, défaillance due à une diminution de la puissance réactive générée par les batteries de condensateurs et les moteurs synchrones.

Le déséquilibre de tension est caractérisé par le coefficient de séquence négative des tensions et le rapport nul des tensions, dont les valeurs normales et maximales admissibles sont de 2 et 4 %.

L'équilibrage des tensions du réseau se résume à une compensation de courant et de tension inverse.

Avec une courbe de charge stable, une réduction du déséquilibre de tension du système dans le réseau peut être obtenue en égalisant les charges de phase en commutant une partie des charges d'une phase surchargée à une phase déchargée.

La redistribution rationnelle des charges ne permet pas toujours de réduire le coefficient de déséquilibre de tension à une valeur acceptable (par exemple, lorsqu'une partie de puissants récepteurs électriques monophasés ne fonctionnent pas selon la technologie tout le temps, ainsi que lors de réparations préventives et majeures). Dans ces cas, il est nécessaire d'utiliser des ballons spéciaux.

Un grand nombre de circuits balun sont connus, certains d'entre eux sont commandés en fonction de la nature de la courbe de charge.

Pour équilibrer les charges monophasées, un circuit composé de inductance et capacité… La charge et la capacité connectée en parallèle sont connectées à la tension de ligne. Les deux autres tensions de ligne comprennent une inductance et une autre capacité.

Pour équilibrer les charges déséquilibrées biphasées et triphasées, un circuit de capacité inégale de batteries de condensateurs connectées en triangle est utilisé. Parfois, les baluns sont utilisés avec des transformateurs spéciaux et autotransformateurs.

Étant donné que les baluns contiennent des batteries de condensateurs, il est conseillé d'utiliser des circuits où le mode est à la fois équilibré et Q est généré pour le compenser. Des dispositifs d'équilibrage de mode simultané et de compensation Q sont en cours de développement.

La réduction du déséquilibre dans les réseaux urbains à quatre fils de 0,38 kV peut être réalisée en réduisant le courant homopolaire I0 et en réduisant la résistance homopolaire Z0 dans les éléments du réseau.

La réduction du courant homopolaire I0 est principalement obtenue par redistribution des charges. L'équilibrage des charges est réalisé en utilisant des réseaux dans lesquels tout ou partie des transformateurs fonctionnent en parallèle côté basse tension. Une réduction de la résistance homopolaire Z0 peut être facilement réalisée pour les lignes aériennes de 0,38 kV, qui sont généralement construites dans des zones à faible densité de charge. La possibilité de réduire Z0 pour les lignes câblées, c'est-à-dire d'augmenter la section du conducteur neutre, doit être spécifiquement justifiée par des calculs technico-économiques appropriés.

Le schéma de connexion des enroulements du transformateur de distribution a une influence significative sur le déséquilibre de tension dans le réseau.6-10 / 0,4 kV.La plupart des transformateurs de distribution installés dans les réseaux sont en étoile étoile avec zéro (Y/Yo). De tels transformateurs de distribution sont moins chers, mais ont une résistance homopolaire élevée Z0.

Pour réduire le déséquilibre de tension causé par les transformateurs de distribution, il est recommandé d'utiliser des schémas de connexion étoile-triangle avec zéro (D / Yo) ou étoile-zigzag (Y / Z). Le plus favorable pour réduire l'asymétrie est l'utilisation du schéma U/Z. Les transformateurs de distribution avec cette connexion sont plus chers et nécessitent beaucoup de main-d'œuvre à fabriquer. Ils doivent donc être utilisés avec une dissymétrie importante due à la dissymétrie des charges et à la résistance homopolaire Z0 des lignes.