- Czym jest niewspółosiowość fazowa?
- Dopuszczalne wartości skosu
- Przyczyny nierównowagi fazowej w sieci trójfazowej
- Asymetria w sieciach wysokiego napięcia
- Niebezpieczeństwo i konsekwencje
- Trójfazowa ochrona przed niewyważeniem
- Ochrona jednofazowa
Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
Najczęstszym problemem, który powoduje wiele destrukcyjnych skutków, jest nierównowaga fazowa w sieci trójfazowej (do 1, 0 kV) z neutralnym uziemieniem. W pewnych warunkach zjawisko to może uszkodzić urządzenia elektryczne i zagrozić życiu. Biorąc pod uwagę pilność problemu, przydatne będzie ustalenie, jaka jest asymetria prądów i napięć, a także przyczyny jego wystąpienia. Pozwoli to wybrać najbardziej optymalną strategię ochrony.
Czym jest niewspółosiowość fazowa?
Termin ten jest używany do opisania stanu sieci, w której nierównomierne obciążenia występują między fazami, powodując skośność. Jeśli stworzysz diagram wektorowy idealnej sieci trójfazowej, będzie on wyglądał tak, jak pokazano na poniższym rysunku.
Jak widać z rysunku, w tym przypadku oba napięcia liniowe (AB = BC = SA = 380, 0 V) i napięcia fazowe (AN = BN = CN = 220, 0 V) są równe. Niestety, w praktyce osiągnięcie idealnej równości jest nierealistyczne. Oznacza to, że napięcie sieciowe w zasadzie pokrywa się, podczas gdy w fazie występują różnice. W niektórych przypadkach mogą przekroczyć dopuszczalny limit, co doprowadzi do sytuacji awaryjnej.
Dopuszczalne wartości skosu
Ponieważ niemożliwe jest zapobieganie i całkowite wyeliminowanie zniekształceń w sieciach trójfazowych, istnieją normy asymetrii, w których ustalane są dopuszczalne odchylenia. Przede wszystkim jest to GOST 13109 97, poniżej znajduje się wycinek z niego (klauzula 5.5), aby uniknąć rozbieżności w dokumencie.
Ponieważ główna przyczyna nierównowagi fazowej jest bezpośrednio związana z nieprawidłowym rozkładem obciążeń, istnieją normy dla ich stosunku, określone w SP 31 110. Cięcie z tego zestawu zasad zostanie również podane w oryginale.
Wymaga to wyjaśnienia terminologicznego. Trzy składniki są używane do opisu asymetrii, są to sekwencje bezpośrednie, zerowe i odwrotne. Pierwszy jest uważany za główny, określa napięcie znamionowe. Dwa ostatnie można uznać za zakłócenia, które prowadzą do powstawania w obwodach obciążenia odpowiedniej EMF, które nie uczestniczą w użytecznej pracy.
Przyczyny nierównowagi fazowej w sieci trójfazowej
Jak wspomniano powyżej, ten stan sieci energetycznej jest najczęściej spowodowany nierównomiernym połączeniem obciążenia w fazach i zerowym zerwaniem. Najczęściej przejawia się to w sieciach do 1 kV, co wiąże się ze specyfiką dystrybucji energii elektrycznej między jednofazowymi odbiornikami elektrycznymi.
Uzwojenia trójfazowych transformatorów mocy są połączone „gwiazdą”. Z połączenia uzwojeń czwarty przewód jest rozładowywany, zwany zerowym lub neutralnym. Jeśli nastąpi przerwanie przewodu neutralnego, w sieci występuje asymetria napięcia, a przekrzywienie zależy bezpośrednio od bieżącego obciążenia. Przykład takiej sytuacji podano poniżej. W tym przypadku RN jest oporem obciążeń, tym samym wartości.
W tym przykładzie napięcie na obciążeniu podłączonym do fazy A przekroczy normę i będzie miało tendencję do liniowego, aw fazie C spadnie poniżej dopuszczalnego limitu. Obciążenie skośne, powyżej ustalonej normy, może prowadzić do takiej sytuacji. W tym przypadku napięcie na fazach niedociążonych wzrośnie, a na przeciążonych spadnie.
Sieć prowadzi również do nierównowagi napięcia w niepełnym trybie fazowym, gdy przewód fazowy zamyka się do masy. W sytuacjach awaryjnych dozwolone jest działanie sieci w takim trybie, aby zapewnić zasilanie odbiorcom.
Na podstawie powyższego możemy określić trzy główne przyczyny braku równowagi faz:
- Nierównomierne obciążenie linii sieci trójfazowej.
- W przerwie neutralnej.
- Zwarcie jednego z przewodów fazowych do ziemi.
Asymetria w sieciach wysokiego napięcia
Podłączony do niego sprzęt może czasami wywołać podobny stan w sieci 6, 0–10, 0 kV, co jest typowym przykładem zastosowania łukowego pieca do topienia. Pomimo, że nie ma zastosowania do urządzeń jednofazowych, kontrola prądu łuku w nim odbywa się w fazach. W procesie topienia może również wystąpić asymetryczne zwarcie. Biorąc pod uwagę, że istnieją urządzenia do topienia łukowego zasilane przez 330, 0 kV, można stwierdzić, że w tych sieciach możliwe jest zniekształcenie fazowe.
W sieciach wysokiego napięcia nierównowaga faz może być spowodowana cechami konstrukcyjnymi linii przesyłowych energii, a mianowicie różnymi oporami w fazach. Aby poprawić sytuację, linie fazowe są transponowane, w tym celu instalowane są specjalne podpory. Te drogie urządzenia nie są zbyt trwałe. Takie podpory nie są szczególnie chętne do instalacji, preferując poświęcenie jakości energii elektrycznej niż niezawodność linii energetycznych.
Niebezpieczeństwo i konsekwencje
Uważa się, że najbardziej znaczące konsekwencje asymetrii są związane z niską jakością energii. To z pewnością prawda, ale nie wolno nam zapominać o innych negatywnych skutkach. Obejmują one tworzenie prądów wyrównawczych, powodując wzrost zużycia energii elektrycznej. W przypadku trójfazowego autonomicznego generatora elektrycznego prowadzi to również do zwiększonego zużycia oleju napędowego lub benzyny.
Przy jednolitym połączeniu obciążenia suma geometryczna przepływających przez niego prądów byłaby bliska zeru. Gdy wystąpi przekrzywienie, prąd udarowy i przesunięcie napięcia wzrosną. Wzrost pierwszego prowadzi do wzrostu strat, drugi - do niestabilnego funkcjonowania urządzeń gospodarstwa domowego lub innego sprzętu, uruchamiania urządzeń ochronnych, szybkiego pogorszenia izolacji elektrycznej itp.
Podajemy, jakich konsekwencji można się spodziewać, gdy istnieje stronniczość:
- Odchylenie napięcia fazowego. W zależności od rozkładu obciążeń możliwe są dwie opcje:
- Napięcie powyżej nominalnego. W takim przypadku większość urządzeń elektrycznych pozostawionych w gniazdach domowych może ulec awarii. Po uruchomieniu wynik będzie mniej tragiczny.
- Napięcie spada poniżej normy. Wzrasta obciążenie silników elektrycznych, spada moc maszyn elektrycznych, rosną prądy rozruchowe. Występują usterki w elektronice, urządzenia mogą się wyłączyć i nie włączać, dopóki przekrzywienie nie zostanie rozwiązane.
- Zwiększone zużycie energii elektrycznej.
- Nieprawidłowe działanie urządzeń elektrycznych prowadzi do zmniejszenia żywotności.
- Zredukowana technologia zasobów.
Nie należy zapominać, że przekrzywienie może zagrażać życiu. Jeśli napięcie znamionowe zostanie przekroczone, prawdopodobieństwo zwarcia w okablowaniu nie jest duże, pod warunkiem, że nie jest stare, a kabel jest prawidłowo wybrany. Bardziej niebezpieczne w tym przypadku są urządzenia podłączone do sieci. Gdy pojawi się niewyważenie, może wystąpić zwarcie w obudowie lub urządzeniu elektrycznym.
Trójfazowa ochrona przed niewyważeniem
Najprostszym, ale mimo to skutecznym sposobem zminimalizowania negatywnych konsekwencji opisanego powyżej odchylenia jest zainstalowanie przekaźnika kontroli fazy. Wygląd takiego urządzenia i przykład jego połączenia (w tym przypadku po liczniku trójfazowym) można znaleźć poniżej.
Ta maszyna trójfazowa może mieć następujące funkcje:
- Aby kontrolować amplitudę prądu elektrycznego. Jeśli parametr znajduje się poza ustawionymi limitami, obciążenie jest odłączane od zasilania. Z reguły zakres odpowiedzi urządzenia można skonfigurować zgodnie z charakterystyką sieci. Ta opcja jest dostępna dla wszystkich urządzeń tego typu.
- Sprawdź kolejność faz połączenia. Jeśli zmienne zasilanie jest wyłączone. Ten rodzaj kontroli może być ważny dla niektórych urządzeń. Na przykład, podczas łączenia trójfazowych asynchronicznych maszyn elektrycznych, określa to, w którym kierunku wał się obróci.
- Sprawdź, czy nie występują przerwy w poszczególnych fazach, gdy takie obciążenie zostanie wykryte, jest odłączane od sieci.
- Funkcja monitoruje stan sieci, gdy tylko pojawi się błąd, uruchamia się.
W połączeniu z przekaźnikiem kontroli fazy można stosować trójfazowe stabilizatory napięcia, z ich pomocą można nieco poprawić jakość energii elektrycznej. Ale ta opcja nie jest zbyt skuteczna, ponieważ same takie urządzenia mogą powodować naruszenie symetrii, ponadto na stabilizatorach pojawiają się straty.
Najlepszym sposobem na zrównoważenie faz jest użycie specjalnego transformatora do tego celu. Ta opcja wyrównania faz może dać wyniki zarówno w przypadku niewłaściwego rozkładu obciążeń jednofazowych na autonomicznym 3-fazowym generatorze energii elektrycznej, jak i na bardziej poważną skalę.
Ochrona jednofazowa
W takim przypadku nie można wpływać na zewnętrzne przejawy systemu zasilania, na przykład, jeśli fazy są przeciążone, odbiorcy energii elektrycznej nie mogą poprawić sytuacji. Wszystko, co można zrobić, to chronić sprzęt elektryczny, instalując przekaźnik napięcia i stabilizator jednofazowy.
Sensowne jest zainstalowanie wspólnego urządzenia stabilizującego dla całego mieszkania lub domu. W tym przypadku konieczne jest obliczenie maksymalnego obciążenia, a następnie dodanie marginesu 15-20%. Jest to margines na przyszłość, ponieważ z czasem ilość urządzeń elektrycznych może wzrosnąć.
Nie jest konieczne podłączanie całego sprzętu do stabilizatora sieci, niektóre typy urządzeń (na przykład piece elektryczne lub kotły) można podłączyć bezpośrednio do przekaźnika napięcia (przez AV). Pozwoli to zaoszczędzić, ponieważ mniej urządzeń zasilających jest tańszych.