Brak równowagi faz: przyczyny i ochrona

Treść artykułu



Ani sprzęt AGD, ani sprzęt produkcyjny nie mogą działać bez stabilnego zasilania. Asymetria obciążenia i napięcia lub asymetria faz jest główną przyczyną awarii i awarii. Z tym zjawiskiem można i należy walczyć, co wymaga wszechstronnego zrozumienia zasad funkcjonowania trójfazowej sieci elektrycznej.

Brak równowagi faz: przyczyny i ochrona

Wycieczka do teorii elektrotechniki

Trójfazowy system prądu przemiennego został wprowadzony do przemysłu ponad sto lat temu, praktycznie w takiej postaci, w jakiej przetrwał do dziś. Za głównego twórcę sieci trójfazowej uważa się Michaiła Osipowicza Dolivo-Dobrovolsky’ego, krajowego naukowca, który przyjął idee Nikoli Tesli za podstawę swoich opracowań.

Brak równowagi faz: przyczyny i ochrona

Zalety sieci trójfazowej są oczywiste: jeśli podczas obrotu pola magnetycznego prąd pojawia się symetrycznie i konsekwentnie na trójbiegunowym uzwojeniu generatora, jego kształt można łatwo wykorzystać do odwrócenia konwersji energii elektrycznej na rotację. W dobie rozwijającego się postępu naukowo-technicznego możliwość swobodnego korzystania z maszyn elektrycznych była niezwykle ważna i taka pozostaje..

Brak równowagi faz: przyczyny i ochronaGwarantowany zasilacz AGM-7,5

Jednak trójfazowy system zasilania nie jest pozbawiony wad. Napięcia na każdej z faz są połączone ze sobą przez współczynnik symetrii. W sieci trójfazowej rozróżnia się dwa rodzaje napięć elektrycznych: liniowe, działające między fazami oraz fazowe, które mierzy się między fazą a przewodem neutralnym. Jeżeli obciążenie każdej fazy jest takie samo (symetryczne), napięcie sieciowe jest v3 razy wyższe niż napięcie fazowe. Biorąc pod uwagę, że odwrócenie polaryzacji napięcia na każdej fazie naprzemiennie z resztą i częściowo nakłada się w czasie, znaczna nierównomierność w rozkładzie obciążeń prowadzi do niestabilnej pracy całego systemu.

Przyczyny i konsekwencje braku równowagi faz

Kiedy pojawia się asymetria obciążenia, obserwuje się zanik napięcia fazowego w jednej z faz, przy stałym napięciu sieciowym. Obwód, według którego podłączane są obciążenia trójfazowe, można uznać za dzielnik napięcia: jego spadek w najbardziej obciążonej fazie będzie maksymalny ze względu na niską rezystancję, podczas gdy w najmniej obciążonych fazach napięcie wzrośnie i będzie miało tendencję do liniowości. Innymi słowy, napięcie między fazami jest rozkładane proporcjonalnie do podłączonego obciążenia.

Brak równowagi faz: przyczyny i ochrona

Obserwujemy to w domowych sieciach energetycznych: wszyscy odbiorcy są podłączeni do różnych faz, ale nie ma gwarancji, że przy ścisłej indywidualności trybów pracy i mocy sprzętu elektrycznego obciążenie będzie równomiernie rozłożone. Dlatego najpowszechniejszy schemat łączenia odbiorników w sieci trójfazowej, zwany „gwiazdą”, jest uzupełniony przewodem neutralnym podłączonym do centralnego punktu i połączonym elektrycznie z systemem uziemienia. Dzięki temu dodatkowi wpływ niezrównoważonych obciążeń na napięcia fazowe jest znacznie zmniejszony, a skuteczność wyrównawcza w dużym stopniu zależy od przewodności przewodu neutralnego..

Brak równowagi faz: przyczyny i ochrona

Jeśli przewodność jest niewystarczająca lub przewód neutralny zostanie odcięty, nierównowaga obciążenia ponownie wzrasta i powoduje nierównomierny rozkład napięć fazowych. Ten tryb działania sieci energetycznej jest obarczony poważnymi konsekwencjami: wraz ze wzrostem napięcia u każdego aktywnego konsumenta siła prądu wzrasta do wartości granicznych, filtry pojemnościowe urządzeń do konwersji mocy zawodzą, wzrasta prawdopodobieństwo przebicia izolacji, przegrzanie i wzrost prądów pasożytniczych w silnikach trójfazowych. Zerowa przerwa w sieci miejskiej z pewnością spowoduje uszkodzenie urządzeń elektrycznych podłączonych do niezabezpieczonego oddziału, nawet jeśli w danym momencie nie działają. Często uszkodzenie sprzętu jest nieodwracalne, ponadto znacznie wzrasta prawdopodobieństwo pożaru. Nierównowaga faz wpływa również negatywnie na zasilacze trójfazowe – transformatory obniżające napięcie i generatory trójfazowe..

Neutralna odbudowa drutu

Do przesyłania energii elektrycznej na duże odległości stosuje się kolosalne napięcia, dzięki czemu można zmniejszyć przekrój przewodów do rozsądnych wartości. W miarę zbliżania się do konsumenta następuje stopniowy spadek napięcia za pomocą transformatorów mocy i stopniowe rozgałęzianie sieci energetycznej. Nie ma potrzeby łączenia transformatorów przewodem neutralnym, tak wspaniały przewodnik jak skorupa ziemska doskonale radzi sobie z tym zadaniem. Dlatego zerowa przerwa może wystąpić tylko na końcowym etapie transformacji: w podstacji obniżającej napięcie 6-0,4 kV lub w dowolnym punkcie sieci rozdzielczej niskiego napięcia.

Brak równowagi faz: przyczyny i ochrona

Aby dowiedzieć się, gdzie możliwe jest przerwanie przewodu neutralnego, przejdźmy do klasycznego przykładu – trójfazowej sieci energetycznej budynku mieszkalnego. W kanale technicznym łączącym powierzchnie podłogowe można ułożyć kabel trójżyłowy i wspólną szynę uziemiającą. Możliwe jest również podłączenie szyny neutralnej do pętli uziemienia podstacji za pomocą czwartego żyły kabla. W prawie wszystkich przypadkach dość łatwo jest określić lokalizację przerwy, wystarczy zmierzyć potencjał elektryczny między szyną zerową a ziemią za pomocą woltomierza. Jeżeli urządzenie pokazuje wartości zbliżone do odchylenia napięcia fazowego od normy, to miejsca uszkodzenia należy szukać wcześniej zgodnie ze schematem, kierując się w stronę podstacji.

Brak równowagi faz: przyczyny i ochrona

Sytuacja wygląda inaczej w przypadku napowietrznych linii energetycznych. Przewód zerowy biegnie wraz z przewodami fazowymi na całej długości sieci rozdzielczej, zaczynając od podstacji lub transformatora. Oczywiście nikt nie będzie niezależnie mierzył napięcia między przewodem neutralnym a ziemią na każdym biegunie napowietrznej linii przesyłowej. Przerwę mogą wyznaczyć jedynie wizualnie, a jeszcze lepiej – siły ratowników. Dodatkowo zwracamy uwagę, że nie ma sensu samodzielnie uziemiać przewodu neutralnego w swoim obszarze odpowiedzialności, ponieważ w takim przypadku rozładowanie całej sieci nastąpi wzdłuż przewodu odbiornika, co oznacza, że ​​prąd przepłynie przez miernik.

Inwertorowe stabilizatory fazowe

Nie tylko konsumenci z połączeniem jednofazowym, ale także trójfazowe sieci abonenckie, w tym przemysłowe, cierpią z powodu asymetrii napięć i prądów. Jednym z najbardziej skutecznych sposobów rozwiązania problemu nierównowagi faz jest zainstalowanie stabilizatora fazy. W przeciwieństwie do tradycyjnych domowych stabilizatorów napięcia, stabilizatory faz eliminują asymetrię poprzez wzmacnianie lub redystrybucję obciążenia..

Brak równowagi faz: przyczyny i ochrona

W rzeczywistości funkcję wielofazowego stabilizatora równoważącego może pełnić zespół trzech jednofazowych stabilizatorów napięcia. Jednak połączenie trzech urządzeń w jedno może przynieść znaczne korzyści. Zasada działania urządzenia trójfazowego polega na tym, że ma ono jedno urządzenie magazynujące i przetwarzające energię, w roli którego jest transformator impulsowy. W skrócie: stabilizator jednofazowy, instalowany w najbardziej ugiętej fazie, jest zmuszony do kompensacji wzrostu napięcia poprzez zwiększenie poboru mocy, czemu towarzyszy silny spadek sprawności przekształtnika.

Z kolei stabilizatory trójfazowe pobierają energię niezbędną do wyrównania z faz, w których napięcie jest wyższe niż nominalne, dzięki czemu wielkość strat konwersji jest znacznie mniejsza. W takim przypadku następuje dodatkowe obciążenie faz nieobciążonych, to znaczy nie tylko konsument, ale także częściowo ustabilizowana jest sieć zasilająca. Obecność wspólnego falownika pozwala również na utrzymanie sieci trójfazowej przy chwilowym braku napięcia na jednej z faz mocy.

Brak równowagi faz: przyczyny i ochronaTrójfazowy stabilizator napięcia FNEX SBW 100

Nie bez wad. Przede wszystkim są to złożoność urządzenia i wysoki koszt trójfazowych urządzeń stabilizujących. W większości stabilizatory fazowe są stosowane w zasilaniu małych przedsiębiorstw wyposażonych w sprzęt elektryczny o całkowitym zużyciu energii do 80-100 kVA: kotłownie, stacje bazowe komunikacji mobilnej, sklepy meblowe. Dla bardziej wydajnych konsumentów dostępne są inne metody stabilizacji.

Transformatory równoważące

Innym rodzajem urządzenia do stabilizacji prądów i napięć są transformatory balun. Mają szerszy zakres mocy. Dla sieci o poborze mocy do 400 kVA zaleca się montaż transformatorów niskiego napięcia typu TST, dla mocniejszych – transformatory równoważące 6 / 0,4 kV typu TMGSU.

Brak równowagi faz: przyczyny i ochrona

Oba typy transformatorów różnią się od konwencjonalnych transformatorów mocy tym, że mają dodatkowe uzwojenie. Znajduje się on równolegle do uzwojeń pierwotnych i jest podłączony między punktem zerowym roboczym a pętlą uziemienia punktu środkowego transformatora. Zasada działania jest prosta: gdy w przewodzie neutralnym pojawia się asymetria obciążeń, powstaje prąd, który jest przekazywany do rdzenia magnetycznego transformatora, a następnie wyciąga najbardziej obciążoną fazę. Kompensacja odbywa się automatycznie ze względu na różnicę w okresach oscylacji różnych faz.

Brak równowagi faz: przyczyny i ochrona

Transformatory TMGSU praktycznie nie różnią się od balunów niskonapięciowych. Umieszczenie urządzenia równoważącego fazę na etapie transformacji obniżającej umożliwia po prostu wykluczenie dodatkowego łańcucha transformacji i, odpowiednio, uniknięcie dodatkowych strat w obwodzie magnetycznym. Prostota, niezawodność i niski koszt sprawiają, że transformatory balun są najlepszym rozwiązaniem dla sieci o niskich wymaganiach co do czystości sinusoidy. Jednak transformatory nie mają tak szerokiego zakresu funkcji zabezpieczeniowych i stabilizacyjnych, jak urządzenia typu inwerterowego..

Ochrona przed wysokim napięciem

A co z konsumentami z połączeniem jednofazowym? Niestety nie można w jakiś sposób wpłynąć na prawdopodobieństwo braku równowagi i wynikającego z tego wzrostu napięcia. Takie zjawiska zdarzają się okresowo, usterka polega na niedostatecznym wyposażeniu sieci magistralnych, braku prac nad prognozowaniem obciążeń i opłakanym stanie technicznym systemów elektryfikacji.

Brak równowagi faz: przyczyny i ochrona

Jednak nadal możesz chronić własne urządzenia elektryczne. Najprostszym sposobem jest zainstalowanie przekaźnika napięciowego, który wyłączy zasilanie obiektu, gdy w sieci pojawią się maksymalne parametry pracy. Jeśli nawet chwilowy brak zasilania w obiekcie jest niedopuszczalny, istnieją dwa sposoby zabezpieczenia się przed asymetrią faz: zainstalowanie stabilizatora jednofazowego lub wyposażenie grupy wejściowo-dystrybucyjnej automatycznych przełączników transferowych w autonomiczne źródło zasilania.

Oceń artykuł
Codzienne wskazówki i instrukcje

Klikając przycisk „Prześlij komentarz” wyrażam zgodę na przetwarzanie danych osobowych i akceptuję politykę prywatności