Ανισορροπία φάσης: αιτίες και προστασία

Το περιεχόμενο του άρθρου



Ούτε οι οικιακές συσκευές ούτε ο εξοπλισμός παραγωγής μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς σταθερή παροχή ρεύματος. Η ανισορροπία φορτίου και τάσης ή η ανισορροπία φάσης είναι η κύρια αιτία βλαβών και βλαβών. Αυτό το φαινόμενο μπορεί και πρέπει να καταπολεμηθεί, το οποίο απαιτεί πλήρη κατανόηση των κανόνων για τη λειτουργία ενός τριφασικού ηλεκτρικού δικτύου.

Ανισορροπία φάσης: αιτίες και προστασία

Μια εκδρομή στη θεωρία της ηλεκτρολογίας

Το τριφασικό σύστημα AC εισήχθη στη βιομηχανία πριν από περισσότερο από έναν αιώνα, ουσιαστικά στη μορφή με την οποία έχει επιβιώσει μέχρι σήμερα. Ο κύριος προγραμματιστής του τριφασικού δικτύου θεωρείται ο Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, οικιακός επιστήμονας που πήρε τις ιδέες του Nikola Tesla ως βάση για τις εξελίξεις του.

Ανισορροπία φάσης: αιτίες και προστασία

Τα πλεονεκτήματα ενός τριφασικού δικτύου είναι προφανή: εάν, κατά την περιστροφή του μαγνητικού πεδίου, ένα ρεύμα εμφανίζεται συμμετρικά και σταθερά στην τριπολική περιέλιξη της γεννήτριας, το σχήμα του μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί για να αντιστρέψει τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε περιστροφή. Στην εποχή της ανάπτυξης επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου, η ικανότητα ελεύθερης χρήσης ηλεκτρικών μηχανών ήταν εξαιρετικά σημαντική και παραμένει έτσι..

Ανισορροπία φάσης: αιτίες και προστασίαΕγγυημένη μονάδα τροφοδοσίας AGM-7,5

Ωστόσο, το τριφασικό σύστημα τροφοδοσίας δεν έχει τα μειονεκτήματά του. Οι τάσεις σε κάθε φάση αλληλοσυνδέονται με τον συντελεστή συμμετρίας. Σε ένα τριφασικό δίκτυο, διακρίνονται δύο τύποι ηλεκτρικών τάσεων: γραμμική, ενεργώντας μεταξύ φάσεων και φάσης, η οποία μετράται μεταξύ της φάσης και του ουδέτερου καλωδίου. Εάν το φορτίο σε κάθε φάση είναι το ίδιο (συμμετρικό), η τάση γραμμής είναι v3 φορές υψηλότερη από την τάση φάσης. Δεδομένου ότι η αναστροφή της πολικότητας τάσης σε κάθε φάση εναλλάσσεται με την υπόλοιπη και μερικώς αλληλεπικαλύπτεται με το χρόνο, η σημαντική ανομοιογένεια στην κατανομή φορτίων οδηγεί σε ασταθή λειτουργία ολόκληρου του συστήματος.

Αιτίες και συνέπειες της ανισορροπίας φάσης

Όταν εμφανιστεί ασυμμετρία φορτίου, υπάρχει απώλεια τάσης φάσης σε μία από τις φάσεις, ενώ η τάση γραμμής παραμένει σταθερή. Το κύκλωμα σύμφωνα με το οποίο συνδέονται τα τριφασικά φορτία μπορεί να θεωρηθεί διαχωριστής τάσης: η πτώση του στην πιο φορτωμένη φάση θα είναι μέγιστη λόγω χαμηλής αντίστασης, ενώ στις λιγότερο φορτωμένες φάσεις, η τάση θα αυξηθεί και τείνει να είναι γραμμική. Με άλλα λόγια, η τάση στις φάσεις κατανέμεται ανάλογα με το συνδεδεμένο φορτίο.

Ανισορροπία φάσης: αιτίες και προστασία

Αυτό το παρατηρούμε στα οικιακά ηλεκτρικά δίκτυα: όλοι οι καταναλωτές είναι συνδεδεμένοι σε διαφορετικές φάσεις, αλλά δεν υπάρχει καμία εγγύηση ότι με την αυστηρή ατομικότητα των τρόπων λειτουργίας και της ισχύος του ηλεκτρικού εξοπλισμού, το φορτίο θα κατανέμεται ομοιόμορφα. Επομένως, το πιο κοινό σχήμα για τη σύνδεση φορτίων σε ένα τριφασικό δίκτυο, που ονομάζεται “αστέρι”, συμπληρώνεται με ένα ουδέτερο καλώδιο συνδεδεμένο σε ένα κεντρικό σημείο και ηλεκτρικά συνδεδεμένο με το σύστημα γείωσης. Χάρη σε αυτήν την προσθήκη, η επίδραση των μη ισορροπημένων φορτίων στις τάσεις φάσης μειώνεται σημαντικά, ενώ η απόδοση εξίσωσης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την αγωγιμότητα του ουδέτερου αγωγού..

Ανισορροπία φάσης: αιτίες και προστασία

Εάν η αγωγιμότητα είναι ανεπαρκής ή ο ουδέτερος αγωγός διακόπτεται, η ανισορροπία φορτίου αυξάνεται ξανά και προκαλεί άνιση κατανομή τάσεων φάσης. Αυτός ο τρόπος λειτουργίας του δικτύου τροφοδοσίας είναι γεμάτος με σοβαρές συνέπειες: με αύξηση της τάσης σε κάθε ενεργό καταναλωτή, η ισχύς ρεύματος αυξάνεται έως τις οριακές τιμές, τα χωρητικά φίλτρα των συσκευών μετατροπής ισχύος αποτυγχάνουν, η πιθανότητα αύξησης της διακοπής της μόνωσης, η υπερθέρμανση και η αύξηση των παρασιτικών ρευμάτων παρατηρούνται σε τριφασικούς κινητήρες. Ένα μηδενικό σπάσιμο στο δίκτυο της πόλης σίγουρα θα καταστρέψει τις ηλεκτρικές συσκευές που είναι συνδεδεμένες σε ένα μη προστατευμένο κατάστημα, ακόμα κι αν δεν λειτουργούν αυτή τη στιγμή. Συχνά, η ζημιά στον εξοπλισμό είναι μη αναστρέψιμη, επιπλέον, η πιθανότητα πυρκαγιάς αυξάνεται σημαντικά. Η ανισορροπία φάσης επηρεάζει επίσης αρνητικά τα τριφασικά τροφοδοτικά – μετασχηματιστές μεταβατικής ισχύος και τριφασικές γεννήτριες..

Αποκατάσταση ουδέτερου καλωδίου

Για τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις, χρησιμοποιούνται κολοσσιαίες τάσεις, λόγω των οποίων είναι δυνατή η μείωση της διατομής των αγωγών σε λογικές τιμές. Καθώς πλησιάζουμε τον καταναλωτή, υπάρχει σταδιακή μείωση της τάσης χρησιμοποιώντας μετασχηματιστές ισχύος και σταδιακή διακλάδωση του δικτύου ισχύος. Δεν χρειάζεται να συνδέσετε τους μετασχηματιστές με ένα ουδέτερο σύρμα, έναν υπέροχο αγωγό, καθώς ο φλοιός της γης αντιμετωπίζει τέλεια αυτό το έργο. Επομένως, ένα μηδενικό σπάσιμο μπορεί να συμβεί μόνο στο τελικό στάδιο της μετατροπής: ένας υποσταθμός 6-0,4 kV προς τα κάτω ή σε οποιοδήποτε σημείο του δικτύου διανομής χαμηλής τάσης.

Ανισορροπία φάσης: αιτίες και προστασία

Για να καταλάβουμε πού είναι δυνατόν να σπάσει το ουδέτερο καλώδιο, ας στραφούμε σε ένα κλασικό παράδειγμα – ένα τριφασικό δίκτυο τροφοδοσίας μιας πολυκατοικίας. Ένα τεχνικό καλώδιο τριών πυρήνων και ένα κοινό λεωφορείο γείωσης μπορούν να τοποθετηθούν στο τεχνικό κανάλι που συνδέει τις επιφάνειες του δαπέδου. Είναι επίσης δυνατό να συνδέσετε τον ουδέτερο δίαυλο στον βρόχο γείωσης υποσταθμού χρησιμοποιώντας τον τέταρτο πυρήνα του καλωδίου. Σε όλες σχεδόν τις περιπτώσεις, είναι πολύ απλό να προσδιορίσετε τη θέση του διαλείμματος, αρκεί να μετρήσετε το ηλεκτρικό δυναμικό μεταξύ του μηδενικού διαύλου και της γείωσης με ένα βολτόμετρο. Εάν η συσκευή εμφανίζει τιμές κοντά στην απόκλιση της τάσης φάσης από τον κανόνα, τότε ο τόπος ζημιάς πρέπει να αναζητηθεί νωρίτερα σύμφωνα με το σχήμα, κινώντας προς τον υποσταθμό.

Ανισορροπία φάσης: αιτίες και προστασία

Η κατάσταση είναι διαφορετική με τα εναέρια καλώδια. Το ουδέτερο σύρμα πρέπει να είναι μαζί με τα φάσματα σε όλο το μήκος του δικτύου διανομής, ξεκινώντας από τον υποσταθμό ή τον μετασχηματιστή. Φυσικά, κανείς δεν θα μετρήσει ανεξάρτητα την τάση μεταξύ του ουδέτερου αγωγού και της γείωσης σε κάθε πόλο της εναέριας γραμμής μετάδοσης. Το διάλειμμα μπορεί να καθοριστεί μόνο οπτικά και ακόμη καλύτερα – από τις δυνάμεις των εργαζομένων σε υπηρεσίες έκτακτης ανάγκης. Επιπλέον, σημειώνουμε ότι δεν έχει νόημα να γειώσετε ανεξάρτητα τον ουδέτερο αγωγό στην περιοχή ευθύνης σας, επειδή σε αυτήν την περίπτωση, η εκφόρτωση ολόκληρου του δικτύου θα πραγματοποιηθεί κατά μήκος του αγωγού του καταναλωτή, πράγμα που σημαίνει ότι το ρεύμα θα ρέει μέσω του μετρητή.

Σταθεροποιητές φάσης μετατροπέα

Όχι μόνο οι καταναλωτές με μονοφασική σύνδεση, αλλά και τα τριφασικά δίκτυα συνδρομητών, συμπεριλαμβανομένων των βιομηχανικών, πάσχουν από την ασυμμετρία τάσεων και ρευμάτων. Ένας από τους πιο αποτελεσματικούς τρόπους επίλυσης του προβλήματος της ανισορροπίας φάσης είναι η εγκατάσταση ενός σταθεροποιητή φάσης. Σε αντίθεση με τους συμβατικούς σταθεροποιητές οικιακής τάσης, οι σταθεροποιητές φάσης εξαλείφουν την ασυμμετρία ενισχύοντας ή αναδιανέμοντας το φορτίο..

Ανισορροπία φάσης: αιτίες και προστασία

Στην πραγματικότητα, η λειτουργία ενός σταθεροποιητή εξισορρόπησης πολυφασικών μπορεί να εκτελεστεί από ένα συγκρότημα τριών μονοφασικών σταθεροποιητών τάσης. Ωστόσο, εάν τρεις συσκευές συνδυάζονται σε μία, αυτό μπορεί να υπόσχεται σημαντικά οφέλη. Η αρχή της λειτουργίας μιας τριφασικής συσκευής έγκειται στο γεγονός ότι διαθέτει μία συσκευή αποθήκευσης και μετατροπής ενέργειας, η οποία έχει ρόλο μετασχηματιστή παλμού. Εν ολίγοις: ένας μονοφασικός σταθεροποιητής, εγκατεστημένος στην πιο χαλαρή φάση, αναγκάζεται να αντισταθμίσει την αύξηση της τάσης αυξάνοντας την κατανάλωση ισχύος, η οποία συνοδεύεται από έντονη μείωση της απόδοσης του μετατροπέα.

Με τη σειρά τους, οι τριφασικοί σταθεροποιητές αντλούν την απαραίτητη ενέργεια για εξίσωση από φάσεις όπου η τάση είναι υψηλότερη από την ονομαστική, λόγω του οποίου το ποσό των απωλειών μετατροπής είναι πολύ χαμηλότερο. Σε αυτήν την περίπτωση, ένα επιπλέον φορτίο πραγματοποιείται στις φάσεις που δεν έχουν εκφορτωθεί, δηλαδή όχι μόνο ο καταναλωτής, αλλά και εν μέρει το δίκτυο τροφοδοσίας σταθεροποιείται. Η παρουσία ενός κοινού μετατροπέα σάς επιτρέπει επίσης να διατηρείτε ένα τριφασικό δίκτυο με προσωρινή έλλειψη τάσης σε μία από τις φάσεις ισχύος.

Ανισορροπία φάσης: αιτίες και προστασίαΤριφασικός σταθεροποιητής τάσης FNEX SBW 100

Όχι χωρίς ελαττώματα. Πρώτα απ ‘όλα, αυτά είναι η πολυπλοκότητα της συσκευής και το υψηλό κόστος των τριφασικών συσκευών σταθεροποίησης. Ως επί το πλείστον, σταθεροποιητές φάσης χρησιμοποιούνται στην τροφοδοσία μικρών επιχειρήσεων εξοπλισμένων με ηλεκτρικό εξοπλισμό με συνολική κατανάλωση ισχύος έως και 80-100 kVA: λέβητες, σταθμοί βάσης κινητών επικοινωνιών, καταστήματα επίπλων. Για πιο ισχυρούς καταναλωτές, παρέχονται άλλες μέθοδοι σταθεροποίησης.

Εξισορρόπηση μετασχηματιστών

Ένας άλλος τύπος συσκευής για τη σταθεροποίηση ρευμάτων και τάσεων είναι οι μετασχηματιστές balun. Έχουν μεγαλύτερο εύρος ισχύος. Για δίκτυα με κατανάλωση ισχύος έως 400 kVA, συνιστάται η εγκατάσταση μετασχηματιστών χαμηλής τάσης τύπου TST, για πιο ισχυρούς – μετασχηματιστές εξισορρόπησης 6 / 0,4 kV τύπου TMGSU.

Ανισορροπία φάσης: αιτίες και προστασία

Και οι δύο τύποι μετασχηματιστών διαφέρουν από τους συμβατικούς μετασχηματιστές ισχύος στο ότι έχουν μια επιπλέον περιέλιξη. Βρίσκεται παράλληλα με τις πρωτεύουσες περιελίξεις και συνδέεται μεταξύ του μηδέν λειτουργίας και του βρόχου γείωσης του μέσου μετασχηματιστή. Η αρχή της λειτουργίας είναι απλή: όταν μια ασυμμετρία φορτίων εμφανίζεται στο ουδέτερο σύρμα, προκύπτει ένα ρεύμα, το οποίο μεταδίδεται στον μαγνητικό πυρήνα του μετασχηματιστή και στη συνέχεια τραβά την πιο φορτωμένη φάση. Η αποζημίωση πραγματοποιείται αυτόματα λόγω της διαφοράς στις περιόδους ταλάντωσης διαφορετικών φάσεων.

Ανισορροπία φάσης: αιτίες και προστασία

Οι μετασχηματιστές TMGSU ουσιαστικά δεν διαφέρουν από τα δέσμες χαμηλής τάσης. Η τοποθέτηση της συσκευής εξισορρόπησης φάσης στο στάδιο μετασχηματισμού προς τα κάτω απλώς επιτρέπει τον αποκλεισμό μιας πρόσθετης αλυσίδας μετασχηματισμού και, κατά συνέπεια, την αποφυγή πρόσθετων απωλειών στο μαγνητικό κύκλωμα. Η απλότητα, η αξιοπιστία και το χαμηλό κόστος καθιστούν τους μετασχηματιστές balun την καλύτερη λύση για δίκτυα με χαμηλές απαιτήσεις για ημιτονοειδή καθαρότητα. Ωστόσο, οι μετασχηματιστές δεν διαθέτουν τόσο μεγάλο εύρος λειτουργιών προστασίας και σταθεροποίησης που διαθέτουν συσκευές τύπου μετατροπέα..

Προστασία από υπέρταση

Λοιπόν, τι γίνεται με τους καταναλωτές με μονοφασική σύνδεση; Δυστυχώς, δεν είναι δυνατόν να επηρεαστεί κάπως η πιθανότητα ανισορροπίας και η επακόλουθη αύξηση της τάσης. Τέτοια φαινόμενα συμβαίνουν περιοδικά, το σφάλμα οφείλεται στον ανεπαρκή εξοπλισμό των κύριων δικτύων, στην έλλειψη εργασιών για την πρόβλεψη των φορτίων και στη θλιβερή τεχνική κατάσταση των συστημάτων ηλεκτροδότησης.

Ανισορροπία φάσης: αιτίες και προστασία

Ωστόσο, μπορείτε να προστατεύσετε τις δικές σας ηλεκτρικές εγκαταστάσεις. Ο απλούστερος τρόπος είναι να εγκαταστήσετε ένα ρελέ τάσης, το οποίο θα απενεργοποιήσει την τροφοδοσία του αντικειμένου όταν οι μέγιστες παράμετροι λειτουργίας εμφανίζονται στο δίκτυο. Εάν ακόμη και μια προσωρινή έλλειψη τροφοδοσίας στην εγκατάσταση είναι απαράδεκτη, υπάρχουν δύο τρόποι προστασίας από την ανισορροπία φάσης: εγκατάσταση ενός μονοφασικού σταθεροποιητή ή εξοπλίζοντας την ομάδα διανομής εισόδου αυτόματων διακοπτών μεταφοράς με μια αυτόνομη πηγή ισχύος.

Βαθμολογήστε το άρθρο
( No ratings yet )
Κοινοποίηση σε φίλους
Συμβουλές για οποιοδήποτε θέμα από ειδικούς
Πρόσθεσε ένα σχόλιο

Κάνοντας κλικ στο κουμπί "Υποβολή σχολίου", αποδέχομαι την επεξεργασία προσωπικών δεδομένων και αποδέχομαι την πολιτική απορρήτου