Durante el funcionamiento de las redes eléctricas de 380 voltios, son posibles violaciones que afectan significativamente la calidad de la electricidad suministrada al consumidor. Una de estas desviaciones es el desequilibrio de fase, que se manifiesta en su distribución desigual sobre las cargas conectadas a la línea. El resultado de este efecto es una reducción significativa en la potencia de los equipos incluidos en la red trifásica industrial (transformadores o motores, en particular). En casa, está lleno de daños a los electrodomésticos conectados a una de las fases de la red eléctrica de una casa de campo. Esto se debe a que el voltaje en él se subestima mucho, o viceversa, excede la norma permitida. Para evitar los efectos negativos de diferentes voltajes en las fases de 380 voltios, se han desarrollado una serie de medidas organizativas y técnicas.
Tasas de sesgo permitidas
Para limitar las desviaciones de voltaje permitidas debido al desequilibrio de fase, se han desarrollado estándares que regulan sus valores para las redes de energía industrial. Si se exceden estos estándares, existe un peligro real de falla del equipo de alimentación conectado a esta línea. Sus valores exactos se dan en los GOST relevantes y otros documentos que determinan el funcionamiento de los equipos eléctricos (en el PUE, por ejemplo).
De acuerdo con los estándares, se establecen relaciones fijas entre las clasificaciones de voltajes y corrientes en las secciones de las líneas menos cargadas y más cargadas. Para tableros de distribución de energía, no debe exceder el 30%, y para entradas a casas privadas (ASU) - 15%. Según los GOST actuales, el desequilibrio de fase permisible en líneas individuales con corrientes inversas no puede ser superior al 2 por ciento, y en el núcleo neutro del transformador: 4 por ciento.
Razones para el desequilibrio de fase en una red trifásica
Existen varias razones para la aparición del desequilibrio de fase en las redes trifásicas, las principales de las cuales se consideran:
- Distribución desigual de las capacidades existentes sobre las cargas conectadas a cada una de las líneas de fase.
- "Cero descanso", más a menudo manifestado en la quema de neutral.
- Otros fallos en el equipo de la estación o en consumidores locales conectados a él.
En el primer caso, la potencia consumida por la carga lineal aumenta bruscamente (o disminuye), lo que conduce a un cambio correspondiente en la corriente que fluye en esta rama.
En ausencia de desequilibrio de fase, los componentes de corriente de igual magnitud fluyen a lo largo de cada una de las líneas incluidas en el esquema "estrella". Su resultado en neutral debido a la adición del vector de tres componentes separados debería ser teóricamente igual a cero. Con un aumento en el consumo a lo largo de una de las líneas, los componentes de corriente a través de él aumentan, como resultado de lo cual el cable neutro no cumple su función y viola la distribución uniforme de los potenciales de fase.
En el caso de una ruptura neutral (quemado cero), el sesgo se produce debido al hecho de que la función del cable neutro se transfiere automáticamente a uno de los conductores de fase; en este caso, el voltaje en todos los demás se desplaza hacia arriba. Las violaciones en la operación del equipo de la estación también conducen a una distribución desigual a lo largo de las líneas de fase, pero ya en el lado de la "estrella" del transformador, y no en el objeto conectado a él (una casa de campo, en particular).
Violación de la simetría en redes de alta tensión.
En las redes de alto voltaje, la aparición de asimetría no deseada se asocia con la presencia de potentes cargas monofásicas o consumidores trifásicos con distribución de fase desigual. Las fuentes de sesgo en las redes industriales de 0.38-10 kV son varios tipos de hornos eléctricos de fusión (termo-térmicos, inducción y plantas de calentamiento similares). La lista de equipos que crean asimetría debe incluir máquinas de soldadura por inversor, que se distinguen por las corrientes de alto consumo y son capaces de violar la distribución uniforme de las cargas.
Las subestaciones de tracción del transporte ferroviario son fuentes poderosas de asimetría peligrosa, ya que las locomotoras eléctricas modernas son consumidores monofásicos de energía eléctrica. Su potencia alcanza varios cientos de kilovatios, lo que solo aumenta la probabilidad de perturbaciones en la distribución de cargas.
Puede verificar su presencia con la ayuda de pinzas especiales de medición de corriente, a través de las cuales es posible verificar los circuitos que funcionan con sobrecarga. Si se encuentran valores actuales en una de las fases que exceden apreciablemente los valores permitidos, se puede decir con seguridad que existe un sesgo peligroso.
Efecto negativo de la distorsión de tensión y corriente.
La aparición de asimetría de fase debe responderse rápidamente por los siguientes motivos:
- En este caso, la amenaza real de daños a los dispositivos conectados a esta red o un deterioro en su rendimiento.
- Esto conduce a interrupciones en el funcionamiento de las fuentes de energía eléctrica (transformadores de subestaciones, en particular).
- Otra consecuencia de la distribución de fase anormal es una reducción en la vida útil del equipo de la planta.
Para el consumidor promedio, los efectos de la asimetría se traducen en mayores costos de electricidad, reparaciones de electrodomésticos y la posibilidad de lesiones. Si el sesgo en la línea es causado por la destrucción del cable neutro, las condiciones de protección contra descargas eléctricas empeoran notablemente. El bus del dispositivo de conexión a tierra (cargador) montado en la subestación del transformador se rompe; en ausencia de un circuito local, el usuario permanece completamente indefenso.
Cuando aparecen asimetrías en las redes industriales, el consumo de energía también aumenta, y los equipos de línea incluidos en ellas experimentan sobrecargas severas. En las subestaciones de distribución, el consumo de aceite en los transformadores aumenta considerablemente y los equipos de control y distribución pueden fallar. Todas estas amenazas finalmente conducen a costos de materiales adicionales asociados con la necesidad de reparar o reemplazar equipos quemados.
Para prevenir tales situaciones, será necesario pensar con anticipación en medidas efectivas que contribuyan a su prevención. Si no es posible evitar el desequilibrio de fases, deberá utilizar todas las formas posibles para eliminarlo.
Métodos de protección
Para garantizar el funcionamiento simétrico de las redes de energía y normalizar el valor de voltaje en cada una de las líneas monofásicas, se utilizan dispositivos correctivos especiales. Esta función la realizan con mayor frecuencia los estabilizadores de voltaje clásicos. Sin embargo, estos dispositivos no pueden eliminar completamente la asimetría en los circuitos de suministro, ya que su propósito es estabilizar solo una fase. Por esta razón, no es posible proteger la red trifásica completa con dichos dispositivos, ni eliminar las consecuencias de la distorsión.
Es posible que los estabilizadores se conviertan en la causa de la distribución desigual de la electricidad en las fases.
Los siguientes métodos organizativos y técnicos se utilizan para proteger los circuitos trifásicos de la asimetría de fase:
- estudio de alta calidad del proyecto de suministro de energía, teniendo en cuenta la carga desigual;
- el uso de dispositivos especiales con los cuales es posible alinearlos automáticamente (los llamados transformadores de equilibrio);
- ajuste de los esquemas de consumo de energía existentes (si se cometieron errores antes).
El equipo especial de bloqueo (por ejemplo, relés de monitoreo de fase y voltaje) proporciona una ayuda significativa en la protección contra la asimetría, que desconecta la línea cuando se detectan violaciones.
Solo las medidas oportunas eliminarán el desequilibrio de fase en la red y eliminarán las consecuencias negativas de este fenómeno: proteger los equipos y los electrodomésticos de averías.
