Fázová nerovnováha: príčiny a ochrana

Obsah článku

• Exkurzia do teórie elektrotechniky
• Príčiny a dôsledky fázovej nerovnováhy
• Obnovenie neutrálnych drôtov
• Stabilizátory fázového meniča
• Vyvažovacie transformátory
• Ochrana proti prepätiu

Domáce spotrebiče ani výrobné zariadenia nemôžu fungovať bez stabilného napájania. Nerovnováha záťaže a napätia alebo fázová nerovnováha sú hlavnou príčinou porúch a porúch. Tento jav sa môže a mal by sa bojovať, čo si vyžaduje komplexné pochopenie pravidiel prevádzky trojfázovej elektrickej siete.

Exkurzia do teórie elektrotechniky

Trojfázový systém striedavého prúdu bol do priemyslu zavedený pred viac ako sto rokmi, prakticky vo forme, v ktorej prežil dodnes. Za hlavného vývojára trojfázovej siete sa považuje Michail Osipovič Dolivo-Dobrovolsky – domáci vedec, ktorý za základ svojho vývoja považoval myšlienky Nikola Teslu..

Výhody trojfázovej siete sú zrejmé: ak sa počas rotácie magnetického poľa na trojpólovom vinutí generátora objaví prúd symetricky a konzistentne, jeho tvar sa dá ľahko použiť na zvrátenie premeny elektrickej energie na rotáciu. V dobe rozvoja vedeckého a technologického pokroku bola schopnosť slobodne používať elektrické stroje nesmierne dôležitá a zostáva tak aj..

Garantovaná napájacia jednotka AGM-7.5

Trojfázový systém napájania však nemá svoje nevýhody. Napätia v každej z fáz sú vzájomne prepojené koeficientom symetrie. V trojfázovej sieti sa rozlišujú dva typy elektrického napätia: lineárne, pôsobiace medzi fázami a fázy, ktoré sa merajú medzi fázou a nulovým vodičom. Ak je záťaž každej fázy rovnaká (symetrická), sieťové napätie je v3-násobkom fázového napätia. Vzhľadom na to, že zmena polarity napätia v každej fáze sa strieda so zvyškom a čiastočne sa prekrýva v čase, vedie k výraznej nerovnosti v rozdelení záťaže k nestabilnej prevádzke celého systému..

Príčiny a dôsledky fázovej nerovnováhy

Pri výskyte asymetrie záťaže sa v jednej z fáz pozoruje strata fázového napätia, zatiaľ čo sieťové napätie zostáva konštantné. Okruh, podľa ktorého sú pripojené trojfázové záťaže, sa môže považovať za delič napätia: jeho pokles v najviac zaťaženej fáze bude maximálny v dôsledku nízkeho odporu, zatiaľ čo v najmenej zaťažených fázach napätie stúpa a má tendenciu lineárne. Inými slovami, napätie medzi fázami je rozdelené v pomere k pripojenej záťaži.

Toto pozorujeme v energetických sieťach pre domácnosti: všetci spotrebitelia sú pripojení k rôznym fázam, ale nie je zaručené, že pri prísnej individualite prevádzkových režimov a výkonu elektrických zariadení bude záťaž rovnomerne rozložená. Preto je najbežnejšia schéma na pripojenie záťaže v trojfázovej sieti nazývaná „hviezda“ doplnená neutrálnym vodičom pripojeným k centrálnemu bodu a elektricky pripojeným k uzemňovaciemu systému. Vďaka tomuto pridaniu sa účinok nevyvážených záťaží na fázové napätie výrazne zníži, zatiaľ čo vyrovnávacia účinnosť je vysoko závislá od vodivosti neutrálneho vodiča..

Ak je vodivosť nedostatočná alebo je prerušený neutrálny vodič, nevyváženosť záťaže sa opäť zvyšuje a spôsobuje nerovnomerné rozdelenie fázového napätia. Tento režim prevádzky elektrickej siete má vážne následky: so zvyšovaním napätia u každého aktívneho spotrebiteľa sa zvyšuje prúdová sila až po hraničné hodnoty, zlyhajú kapacitné filtre zariadení na konverziu energie, zvyšuje sa pravdepodobnosť poruchy izolácie, prehrievanie a zvýšenie parazitických prúdov v trojfázových motoroch. Nulová prestávka v mestskej sieti určite spôsobí poškodenie elektrických spotrebičov pripojených k nechránenej vetve, aj keď v súčasnosti nefungujú. Poškodenie zariadenia je často nezvratné a okrem toho sa výrazne zvyšuje pravdepodobnosť požiaru. Fázová nerovnováha tiež negatívne ovplyvňuje trojfázové napájacie zdroje – klesajúce výkonové transformátory a trojfázové generátory..

Obnovenie neutrálnych drôtov

Na prenos elektriny na veľké vzdialenosti sa používajú kolosálne napätia, vďaka ktorým je možné zredukovať prierez vodičov na rozumné hodnoty. Keď sa priblížite k spotrebiteľovi, postupne sa znižuje napätie pomocou výkonových transformátorov a postupné vetvenie rozvodnej siete. Nie je potrebné spájať transformátory s neutrálnym vodičom, takým úžasným vodičom, ako zemská kôra dokonale zvláda túto úlohu. Preto nulové prerušenie môže nastať iba v záverečnej fáze transformácie: rozvodňa 6-0,4 kV alebo v ktoromkoľvek bode nízkonapäťovej distribučnej siete..

Aby sme zistili, kde je možné prerušiť neutrálny vodič, obráťme sa na klasický príklad – trojfázovú sieť napájania bytového domu. Na technický kanál spájajúci podlahové plochy je možné položiť trojžilový kábel a spoločnú uzemňovaciu zbernicu. Je tiež možné pripojiť neutrálnu zbernicu k uzemňovacej slučke rozvodne pomocou štvrtého jadra kábla. V takmer všetkých prípadoch je celkom jednoduché určiť polohu prerušenia, stačí len zmerať elektrický potenciál medzi nulovou zbernicou a zemou voltmetrom. Ak zariadenie vykazuje hodnoty blízke odchýlke fázového napätia od normy, musí sa podľa schémy zistiť miesto poškodenia skôr, smerom k rozvodni..

To neplatí pre nadzemné elektrické vedenia. Neutrálny vodič nasleduje spolu s fázovými vodičmi po celej dĺžke distribučnej siete, počínajúc rozvodňou alebo transformátorom. Nikto samozrejme nebude merať napätie medzi neutrálnym vodičom a zemou na každom póle nadzemného prenosového vedenia. Prestávku môžu určiť iba vizuálne a ešte lepšie – sily pracovníkov záchrannej služby. Ďalej upozorňujeme, že nemá zmysel samostatne uzemňovať neutrálny vodič vo vašej oblasti zodpovednosti, pretože v tomto prípade dôjde k vyloženiu celej siete pozdĺž vodiča spotrebiteľa, čo znamená, že prúd pretečie meračom.

Stabilizátory fázového meniča

Asymetria napätia a prúdov ovplyvňuje nielen spotrebiteľov s jednofázovým pripojením, ale aj trojfázové účastnícke siete vrátane priemyselných. Jedným z najúčinnejších spôsobov riešenia problému fázovej nerovnováhy je inštalácia stabilizátora fázy. Na rozdiel od bežných stabilizátorov napätia v domácnosti, fázové stabilizátory eliminujú asymetriu zosilnením alebo redistribúciou záťaže..

V skutočnosti môže byť funkcia stabilizátora na viacfázovej rovnováhe vykonávaná zostavením troch jednofázových stabilizátorov napätia. Ak sú však tri zariadenia kombinované do jedného, ​​môže to sľubovať významné výhody. Princíp činnosti trojfázového zariadenia spočíva v tom, že má jedno zariadenie na dodávanie a premenu energie, ktorého úlohou je pulzný transformátor. Stručne povedané: jednofázový stabilizátor inštalovaný vo fáze saggingu je nútený kompenzovať nárast napätia zvýšením spotreby energie, ktorý je sprevádzaný výrazným poklesom účinnosti konvertora..

Trojfázové stabilizátory zase čerpajú energiu potrebnú na vyrovnanie z fáz, pri ktorých je napätie vyššie ako nominálne, vďaka čomu je množstvo konverzných strát oveľa nižšie. V tomto prípade sa vykonáva ďalšie zaťaženie nezaťažených fáz, to znamená, že je stabilizovaný nielen spotrebiteľ, ale čiastočne aj zásobovacia sieť. Prítomnosť spoločného meniča vám tiež umožňuje udržiavať trojfázovú sieť s dočasným nedostatkom napätia na jednej z výkonových fáz..

Trojfázový stabilizátor napätia FNEX SBW 100

Nie bez nedostatkov. V prvom rade je to zložitosť zariadenia a vysoké náklady na trojfázové stabilizačné zariadenia. Fázové stabilizátory sa väčšinou používajú v napájaní malých podnikov vybavených elektrickým zariadením s celkovou spotrebou energie do 80 – 100 kVA: kotolne, základné stanice pre mobilnú komunikáciu, predajne nábytku. Pre silnejších spotrebiteľov sú k dispozícii ďalšie spôsoby stabilizácie.

Vyvažovacie transformátory

Ďalším typom zariadenia na stabilizáciu prúdov a napätí sú balunové transformátory. Majú širší rozsah výkonu. Pre siete so spotrebou energie do 400 kVA sa odporúča nainštalovať nízkonapäťové transformátory typu TST, pre výkonnejšie – vyrovnávacie transformátory typu 6 / 0,4 kV typu TMGSU..

Oba typy transformátorov sa líšia od bežných výkonových transformátorov tým, že majú ďalšie vinutie. Je umiestnená paralelne s primárnymi vinutiami a je prepojená medzi pracovnou nulou a zemnou slučkou v strede transformátora. Princíp činnosti je jednoduchý: keď sa v neutrálnom vodiči objaví asymetria záťaží, objaví sa prúd, ktorý sa prenesie do magnetického jadra transformátora a potom vytiahne najviac zaťaženú fázu. Kompenzácia sa vykonáva automaticky kvôli rozdielu v periódach oscilácie rôznych fáz.

Transformátory TMGSU sa prakticky nelíšia od nízkonapäťových balunov. Umiestnenie zariadenia na vyrovnávanie fázy do fázy transformácie nadol jednoducho umožňuje vylúčiť ďalší transformačný reťazec a podľa toho sa vyhnúť ďalším stratám v magnetickom obvode. Jednoduchosť, spoľahlivosť a nízke náklady robia balunové transformátory najlepším riešením pre siete s nízkymi požiadavkami na sínusovú čistotu. Transformátory však nemajú tak širokú škálu ochranných a stabilizačných funkcií, aké majú inverterové zariadenia..

Ochrana proti prepätiu

A čo zákazníci s jednofázovým pripojením? Žiaľ, nie je možné nejakým spôsobom ovplyvniť pravdepodobnosť nerovnováhy a výsledné zvýšenie napätia. K takým fenoménom dochádza pravidelne, poruchou je nedostatočné vybavenie hlavných sietí, nedostatok práce pri predpovedaní záťaže a poľutovaniahodný technický stav elektrifikačných systémov..

Stále však môžete chrániť svoje vlastné elektrické zariadenia. Najjednoduchším spôsobom je inštalácia napäťového relé, ktoré vypne napájanie objektu, keď sa v sieti objavia maximálne prevádzkové parametre. Ak je neprijateľný ani dočasný nedostatok energie v zariadení, existujú dva spôsoby, ako sa chrániť pred fázovou nerovnováhou: inštalácia jednofázového stabilizátora alebo vybavenie vstupno-distribučnej skupiny automatických prepínačov nezávislým zdrojom energie..