Фазов дисбаланс: причини и защита

Съдържанието на статията

• Екскурзия в теорията на електротехниката
• Причини и последици от фазовия дисбаланс
• Възстановяване на неутрална тел
• Инверторни фазови стабилизатори
• Балансиращи трансформатори
• Защита от пренапрежение

Нито домакинските уреди, нито производственото оборудване не могат да работят без стабилно захранване. Дисбалансът на натоварването и напрежението или дисбалансът на фазата е основната причина за повреди и повреди. С това явление може и трябва да се пребори, което изисква цялостно разбиране на правилата за работа на трифазна електрическа мрежа.

Екскурзия в теорията на електротехниката

Трифазната променлива система е въведена в индустрията преди повече от век, практически под формата, в която е оцеляла и до днес. Основният разработчик на трифазната мрежа е Михаил Осипович Доливо-Доброволски – домашен учен, който взе идеите на Никола Тесла като основа за своите разработки.

Предимствата на трифазната мрежа са очевидни: ако по време на въртенето на магнитното поле ток се появи симетрично и последователно върху триполюсната намотка на генератора, неговата форма може лесно да се използва за обратното преобразуване на електрическата енергия в въртене. В ерата на развиващия се научен и технологичен прогрес способността за свободно използване на електрически машини беше изключително важна и тя остава такава..

Гарантирано захранващо устройство AGM-7,5

Трифазната система за захранване обаче не е без недостатъците си. Напреженията във всяка от фазите са свързани помежду си чрез коефициента на симетрия. В трифазна мрежа се разграничават два типа електрически напрежения: линейно, действащо между фази, и фазово, което се измерва между фазата и неутралния проводник. Ако натоварването на всяка фаза е едно и също (симетрично), напрежението на линията е v3 пъти по-високо от фазовото напрежение. Като се има предвид, че обръщането на полярността на напрежението на всяка фаза се редува с останалото и частично се припокрива във времето, значителна неравномерност в разпределението на натоварванията води до нестабилна работа на цялата система.

Причини и последици от фазовия дисбаланс

Когато се появи асиметрията на натоварването, се наблюдава загуба на фазово напрежение в една от фазите, докато напрежението на линията остава постоянно. Веригата, според която се свързват трифазни натоварвания, може да се счита за разделител на напрежението: падането му в най-натоварената фаза ще бъде максимално поради ниското съпротивление, докато при най-малко натоварените фази напрежението ще се повишава и има тенденция към линейно. С други думи, напрежението през фазите се разпределя пропорционално на свързаното натоварване.

Това наблюдаваме в електрическите мрежи на домакинствата: всички потребители са свързани към различни фази, но няма гаранция, че при стриктна индивидуалност на режимите на работа и мощността на електрическото оборудване натоварването ще бъде равномерно разпределено. Следователно, най-често срещаната схема за свързване на товари в трифазна мрежа, наречена „звезда“, се допълва с неутрален проводник, свързан към централна точка и електрически свързан към системата за заземяване. Благодарение на това допълнение ефектът на небалансираните товари върху фазовите напрежения значително намалява, докато ефективността на изравняване силно зависи от проводимостта на неутралния проводник..

Ако проводимостта е недостатъчна или неутралният проводник е прекъснат, дисбалансът на натоварването отново се увеличава и причинява неравномерно разпределение на фазовите напрежения. Такъв режим на работа на електропреносната мрежа е изпълнен със сериозни последици: с увеличаване на напрежението при всеки активен потребител, силата на тока се увеличава до пределните стойности, капацитивните филтри на устройствата за преобразуване на мощност се отказват, вероятността от срив на изолацията се увеличава, прегряване и увеличаване на паразитни токове се наблюдават при трифазни двигатели. Нулево прекъсване в градската мрежа със сигурност ще доведе до повреда на електрически уреди, свързани към незащитен клон, дори ако те не работят в момента. Често повредите на оборудването са необратими, освен това вероятността от пожар се увеличава значително. Фазовият дисбаланс също се отразява негативно на трифазните захранвания – спускащи се трансформатори и трифазни генератори..

Възстановяване на неутрална тел

За предаване на електричество на дълги разстояния се използват колосални напрежения, благодарение на които е възможно да се намали напречното сечение на проводниците до разумни стойности. Когато наближаваме потребителя, има постепенно намаляване на напрежението с помощта на силови трансформатори и постепенно разклоняване на електропреносната мрежа. Не е необходимо да свързвате трансформаторите с неутрален проводник, такъв прекрасен проводник като земната кора перфектно се справя с тази задача. Следователно, нулево прекъсване може да възникне само на последния етап на трансформация: подстанция 6-0,4 kV или във всяка точка на разпределителната мрежа с ниско напрежение.

За да разберем къде е възможно прекъсване на неутралния проводник, нека се обърнем към класически пример – трифазна захранваща мрежа на жилищна сграда. В техническия канал, свързващ етажните площи, може да бъде положен трижилен кабел и обща заземена шина. Възможно е също така да свържете неутралната шина към контура за заземяване на подстанцията, като използвате четвъртото ядро ​​на кабела. В почти всички случаи е доста просто да се определи местоположението на счупването, достатъчно е само да се измери електрическият потенциал между нулевата шина и земята с волтметър. Ако устройството показва стойности, близки до отклонението на фазовото напрежение от нормата, тогава мястото на повредата трябва да се търси по-рано според схемата, като се движи към подстанцията.

Положението е различно с въздушните електропроводи. Неутралният проводник следва заедно с фазовите по цялата дължина на разпределителната мрежа, като се започне от подстанцията или трансформатора. Естествено, никой няма да измерва независимо напрежението между неутралния проводник и земята на всеки полюс на въздушната електропровода. Пробивът може да бъде определен само визуално, а още по-добре – от силите на служителите на спешните служби. Освен това отбелязваме, че няма смисъл независимо да заземявате неутралния проводник във вашата зона на отговорност, защото в този случай разтоварването на цялата мрежа ще се случи по протежение на проводника на потребителя, което означава, че токът ще тече през електромера.

Инверторни фазови стабилизатори

Не само потребителите с еднофазна връзка, но и трифазни абонатни мрежи, включително индустриални, страдат от асиметрията на напрежения и токове. Един от най-ефективните начини за решаване на проблема с фазовия дисбаланс е инсталирането на фазов стабилизатор. За разлика от конвенционалните стабилизатори на напрежението в домакинството, фазовите стабилизатори елиминират асиметрията чрез усилване или преразпределяне на товара..

Всъщност функцията на многофазен балансиращ стабилизатор може да се изпълнява чрез сглобяване на три еднофазни стабилизатора на напрежението. Ако обаче три устройства се комбинират в едно, това може да обещава значителни ползи. Принципът на работа на трифазно устройство се състои във факта, че то има едно устройство за съхранение и преобразуване на енергия, в ролята на което е импулсен трансформатор. Накратко: еднофазен стабилизатор, инсталиран на най-провисналата фаза, е принуден да компенсира увеличаването на напрежението чрез увеличаване на консумираната мощност, което е придружено от силно намаляване на ефективността на преобразувателя.

От своя страна трифазните стабилизатори черпят енергията, необходима за изравняване от фази, където напрежението е по-високо от номиналното, поради което размерът на загубите от преобразуване е много по-нисък. В този случай се извършва допълнително натоварване на разтоварените фази, тоест не само потребителят, но и частично мрежата за доставка е стабилизирана. Наличието на общ инвертор също ви позволява да поддържате трифазна мрежа с временна липса на напрежение на една от фазите на захранване.

Трифазен стабилизатор на напрежението FNEX SBW 100

Не без недостатъци. На първо място, това са сложността на устройството и високата цена на трифазните стабилизационни устройства. В по-голямата си част фазовите стабилизатори се използват в електрозахранването на малки предприятия, оборудвани с електрическо оборудване с обща консумация на енергия до 80-100 kVA: котелни, базови станции на мобилни комуникации, мебелни магазини. За по-мощните потребители са предвидени други методи за стабилизиране.

Балансиращи трансформатори

Друг вид устройство за стабилизиране на токове и напрежения са балунови трансформатори. Те имат по-широк диапазон на мощност. За мрежи с консумация на енергия до 400 kVA се препоръчва да се инсталират трансформатори с ниско напрежение от тип TST, за по-мощни – балансиращи трансформатори 6 / 0,4 kV от типа TMGSU.

И двата типа трансформатори се различават от конвенционалните силови трансформатори по това, че имат допълнителна намотка. Той е разположен успоредно с първичните намотки и е свързан между работната нула и заземяващия контур на средната точка на трансформатора. Принципът на работа е прост: когато в неутралната жица се появи асиметрия на натоварванията, възниква ток, който се предава към магнитното ядро ​​на трансформатора и след това изтегля най-натоварената фаза. Компенсацията се извършва автоматично поради разликата в периодите на колебания на различни фази.

TMGSU трансформаторите практически не се различават от балнетите с ниско напрежение. Поставянето на устройството за балансиране на фазите на етапа на преобразуване на стъпка надолу просто позволява да се изключи допълнителна верига на трансформация и съответно да се избегнат допълнителни загуби в магнитната верига. Простотата, надеждността и ниската цена правят балунните трансформатори най-доброто решение за мрежи с ниски изисквания за синусоидална чистота. Трансформаторите обаче нямат толкова широк спектър от функции за защита и стабилизация, каквито имат инверторните устройства..

Защита от пренапрежение

Е, какво ще кажем за потребителите с еднофазна връзка? За съжаление не е възможно по някакъв начин да се повлияе на вероятността от дисбаланс и произтичащото от това повишаване на напрежението. Подобни явления се случват периодично, вината е в недостатъчното оборудване на магистралните мрежи, липсата на работа при прогнозиране на натоварванията и плачевното техническо състояние на електрификационните системи.

Все пак можете да защитите собствените си електрически съоръжения. Най-простият начин е да инсталирате реле за напрежение, което ще изключи захранването на обекта, когато в мрежата се появят максимални работни параметри. Ако дори временна липса на електрозахранване в съоръжението е неприемлива, има два начина да се предпазите от дисбаланс на фазата: инсталиране на еднофазен стабилизатор или оборудване на групата на входно-разпределително устройство на автоматични превключватели с автономен източник на захранване.