Podczas pracy sieci elektroenergetycznych 380 wolt możliwe są naruszenia, które znacząco wpływają na jakość energii elektrycznej dostarczanej do odbiorcy. Jednym z tych odchyleń jest nierównowaga fazowa, która przejawia się w ich nierównomiernym rozkładzie na obciążenia podłączone do linii. Rezultatem tego efektu jest znaczne zmniejszenie mocy urządzeń wchodzących w skład przemysłowej sieci trójfazowej (w szczególności transformatorów lub silników). W domu jest on obarczony uszkodzeniem urządzeń gospodarstwa domowego podłączonych do jednej z faz sieci elektrycznej wiejskiego domu. Wynika to z tego, że napięcie w nim staje się bardzo niedoceniane lub odwrotnie - przekracza dopuszczalną normę. Aby zapobiec negatywnym skutkom różnych napięć w fazach 380 woltów, opracowano szereg środków organizacyjnych i technicznych.
Dopuszczalne prędkości skosu
Aby ograniczyć dopuszczalne odchylenia napięcia z powodu asymetrii faz, opracowano normy regulujące ich wartości dla przemysłowych sieci energetycznych. Jeśli normy te zostaną przekroczone, istnieje realne niebezpieczeństwo awarii urządzeń zasilających podłączonych do tej linii. Ich dokładne wartości są podane w odpowiednich GOST i innych dokumentach, które określają działanie urządzeń elektrycznych (na przykład w PUE).
Zgodnie ze standardami ustalane są stałe stosunki między wartościami napięć i prądów w najmniej i najbardziej obciążonych odcinkach linii. W przypadku tablic rozdzielczych nie powinna przekraczać 30%, a w przypadku wkładów do domów prywatnych (ASU) - 15%. Według aktualnych GOST dopuszczalna asymetria faz na poszczególnych liniach z prądami zwrotnymi nie może być większa niż 2 procent, a na neutralnym rdzeniu transformatora - 4 procent.
Przyczyny nierównowagi faz w sieci trójfazowej
Istnieje kilka przyczyn pojawienia się asymetrii faz w sieciach trójfazowych, z których główną uważa się za:
- Nierówny rozkład istniejących mocy na obciążenia podłączone do każdej z linii fazowych.
- „Zerowa przerwa”, najczęściej objawiająca się paleniem neutralności.
- Inne usterki w sprzęcie stacji lub podłączonych do niego lokalnych odbiorcach.
W pierwszym przypadku moc pobierana przez obciążenie liniowe gwałtownie rośnie (lub maleje), co prowadzi do odpowiedniej zmiany prądu płynącego w tej gałęzi.
Przy braku nierównowagi fazowej składowe prądu o jednakowej wielkości płyną wzdłuż każdej linii uwzględnionej w schemacie „gwiazdy”. Ich wynik jest neutralny z powodu dodania wektora trzech oddzielnych składników teoretycznie powinien wynosić zero. Wraz ze wzrostem zużycia wzdłuż jednej z linii rosną składowe prądowe, przez co przewód neutralny nie spełnia swojej funkcji i narusza równomierny rozkład potencjałów fazowych.
W przypadku zerwania przewodu zerowego (wypalenie zera) następuje odchylenie ze względu na to, że funkcja przewodu neutralnego jest automatycznie przenoszona na jeden z przewodów fazowych; w tym przypadku napięcie na wszystkich pozostałych jest przesunięte w górę. Naruszenie w działaniu urządzeń stacji prowadzi również do nierównomiernego rozmieszczenia wzdłuż linii fazowych, ale już po stronie „gwiazdy” transformatora, a nie obiektu do niego podłączonego (w szczególności wiejskiego domu).
Naruszenie symetrii w sieciach wysokiego napięcia
W sieciach wysokiego napięcia pojawienie się niepożądanej asymetrii jest związane z obecnością silnych obciążeń jednofazowych lub odbiorników trójfazowych o nierównomiernym rozkładzie faz. Źródłem odchylenia w sieciach przemysłowych 0,38-10 kV są różne rodzaje pieców elektrycznych do topienia (elektrociepłownie, indukcyjne i podobne instalacje grzewcze). Lista urządzeń tworzących asymetrię powinna obejmować spawarki inwertorowe, które wyróżniają się wysokimi prądami konsumpcyjnymi i mogą naruszać równomierny rozkład obciążeń.
Podstacje trakcyjne transportu kolejowego są potężnym źródłem niebezpiecznej asymetrii, ponieważ współczesne lokomotywy elektryczne są jednofazowymi odbiornikami energii elektrycznej. Ich moc sięga kilkuset kilowatów, co tylko zwiększa prawdopodobieństwo zakłóceń w rozkładzie obciążeń.
Możesz sprawdzić ich obecność za pomocą specjalnych cęgów do pomiaru prądu, dzięki którym można sprawdzić obwody działające z przeciążeniem. Jeśli wartości prądu zostaną znalezione w jednej z faz, które znacznie przekraczają wartości dopuszczalne, można śmiało powiedzieć, że występuje niebezpieczne przekrzywienie.
Negatywny wpływ odkształceń napięcia i prądu
Na pojawienie się asymetrii faz należy niezwłocznie zareagować z następujących powodów:
- W takim przypadku realne zagrożenie uszkodzenia urządzeń podłączonych do tej sieci lub pogorszenia ich działania.
- Prowadzi to do zakłóceń w działaniu źródeł energii elektrycznej (w szczególności transformatorów podstacji).
- Kolejną konsekwencją nienormalnego rozkładu faz jest skrócenie żywotności wyposażenia zakładu.
Dla przeciętnego konsumenta skutki asymetrii przekładają się na zwiększone koszty energii elektrycznej, naprawy urządzeń gospodarstwa domowego i potencjalne obrażenia. Jeśli przekrzywienie linii jest spowodowane zniszczeniem przewodu neutralnego, warunki ochrony przed porażeniem elektrycznym zauważalnie się pogarszają. Magistrala urządzenia uziemiającego (ładowarki) zamontowanej na podstacji transformatorowej pęka; w przypadku braku lokalnego obwodu użytkownik pozostaje całkowicie bezbronny.
Kiedy w sieciach przemysłowych pojawiają się asymetrie, wzrasta również zużycie energii, a zawarte w nich wyposażenie liniowe ulega poważnym przeciążeniom. W podstacjach rozdzielczych zużycie oleju w transformatorach gwałtownie wzrasta, a urządzenia sterujące i dystrybucyjne mogą zawieść. Wszystkie te zagrożenia ostatecznie prowadzą do dodatkowych kosztów materiałowych związanych z koniecznością naprawy lub wymiany spalonego sprzętu
Aby zapobiec takim sytuacjom, konieczne będzie wcześniejsze zastanowienie się nad skutecznymi środkami, które przyczynią się do ich zapobiegania. Jeśli nie da się uniknąć nierównowagi faz, będziesz musiał zastosować wszystkie możliwe metody jej wyeliminowania.
Metody ochrony
Aby zapewnić symetryczne działanie sieci elektroenergetycznych i znormalizować wartość napięcia w każdej linii jednofazowej, stosuje się specjalne urządzenia korygujące. Ta funkcja jest najczęściej wykonywana przez klasyczne stabilizatory napięcia. Jednak urządzenia te nie są w stanie całkowicie wyeliminować asymetrii w obwodach zasilających, ponieważ ich celem jest stabilizacja tylko jednej fazy. Z tego powodu nie można zabezpieczyć całej sieci trójfazowej za pomocą takich urządzeń, a także wyeliminować konsekwencje wypaczania.
Możliwe jest, że same stabilizatory staną się przyczyną nierównomiernego rozkładu energii elektrycznej między fazami.
Do ochrony obwodów trójfazowych przed asymetrią faz stosowane są następujące metody organizacyjne i techniczne:
- wysokiej jakości badanie projektu zaopatrzenia w energię, z uwzględnieniem nierównomiernego obciążenia;
- zastosowanie specjalnych urządzeń, z którymi można je automatycznie wyrównać (tzw. transformatory równoważące);
- dostosowanie istniejących schematów zużycia energii (jeżeli wcześniej popełniono błędy).
Znaczącą pomoc w ochronie przed asymetrią zapewnia specjalny sprzęt blokujący (na przykład przekaźniki monitorowania faz i napięcia), który odłącza linię po wykryciu naruszeń.
Tylko podejmowane na czas środki wyeliminują nierównowagę faz w sieci i wyeliminują negatywne konsekwencje tego zjawiska: chronią sprzęt i sprzęt gospodarstwa domowego przed awariami.
