Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Найпоширеніша проблема, що породжує масу деструктивних наслідків - перекіс фаз в трифазній мережі (до 1, 0 кВ) з глухозаземленою нейтраллю. При певних умовах таке явище може вивести з ладу електричні прилади і створити загрозу для життя. З огляду на актуальність проблеми, буде корисним дізнатися, що являє собою несиметрія струмів і напруг, а також причини її виникнення. Це дозволить вибрати найбільш оптимальну стратегію захисту.

Що таке перекіс фаз?

Даний термін використовується для опису стану мережі, при якому виникають нерівномірні навантаження між фазами, що призводить до виникнення перекосу. Якщо скласти векторну діаграму ідеальної трифазної мережі, то вона буде виглядати так, як показано на малюнку нижче.

Діаграма напруг в ідеальних трифазних мережах

Як видно з малюнка, в даному випадку рівні як лінійні напруги (АВ = ВС = СА = 380, 0 В), так і фазні (АN = ВN = СN = 220, 0 В). На жаль, на практиці домогтися такого ідеального рівності нереально. Тобто, лінійні напруги мережі, як правило, збігаються, в той час як в фазних спостерігаються розбіжності. У деяких випадках вони можуть перевищити допустиму межу, що призведе до виникнення аварійної ситуації.

Приклад діаграми напруг при виникненні перекосу

Допустимі норми значень перекосу

Оскільки в трифазних мережах запобігти і повністю усунути перекоси неможливо, існують норми несиметрії, в яких встановлено допустимі відхилення. В першу чергу це ГОСТ 13109 97, нижче приведена вирізка з нього (п. 5.5), щоб уникнути різночитання документа.

Норми несиметрії напруги ГОСТ 13109-97

Оскільки, основна причина перекосу фаз безпосередньо пов'язана з неправильним розподілом навантажень, існують норми їх співвідношення, прописані в СП 31 110. Вирізку з цього зводу правил також наведемо в оригіналі.

Вирізка з СП 31-110 (п 9.5)

Тут необхідні пояснення в термінології. Для опису несиметрії використовуються три складових, це пряма, нульова і зворотна послідовність. Перша вважається основною, вона визначає номінальну напругу. Дві останні можна розглядати в якості перешкод, які призводять до утворення в ланцюгах навантаження відповідних ЕРС, які не беруть участі в корисній праці.

Причини перекосу фаз в трифазній мережі

Як уже згадувалося вище, даний стан електромережі найчастіше викликано нерівномірним підключенням навантаження на фази і обривом нуля. Найчастіше це проявляється в мережах до 1, кВ, що пов'язано з особливостями розподілу електроенергії, між однофазними електроприймачами.

Обмотки трифазних силових трансформаторів підключаються «зіркою». З місця з'єднання обмоток відводиться четвертий провід, званий нульовим або нейтраллю. Якщо відбувається обрив нульового проводу, то в мережі виникає несиметрія напруг, причому перекіс безпосередньо залежатиме від поточного навантаження. Приклад такої ситуації наведено нижче. В даному випадку R Н це опору навантажень, однакові за значенням.

Перекіс фаз, викликаний обривом нейтрали

В даному прикладі напруга на навантаженні, підключеної до фази А, перевищить норму і буде прагнути до лінійного, а на фазі С впаде нижче допустимої межі. До подібної ситуації може привести перекіс навантаження, вище встановленої норми. В такому випадку напруга на недовантажених фазах підвищиться, а на перевантажених впаде.

До перекосу напруг також призводить робота мережі в неповнофазному режимі, коли відбувається замикання фазного проводу на землю. В аварійних ситуаціях допускається експлуатація мережі в такому режимі, щоб забезпечити електропостачання споживачам.

Виходячи з вищесказаного, можна констатувати три основні причини перекосу фаз:

  1. Нерівномірне навантаження на лінії трифазної мережі.
  2. При обриві нейтралі.
  3. При КЗ одного з фазних проводів на землю.

Несиметрія в високовольтних мережах

Викликати подібний стан в мережі 6, 0-10, 0 кВ іноді може підключений до неї обладнання, як характерний приклад можна навести дугоплавільную піч. Незважаючи на те, що вона не належить до однофаз обладнання, управління струму дуги в ній виробляється пофазно. У процесі плавки також можуть виникнути несиметричні КЗ. З огляду на, що існують дугоплавільние установки живляться від напруги 330, 0 кВ, то можна констатувати, що і в даних мережах можливий перекіс фаз.

У високовольтних мережах перекіс фаз може бути викликаний конструктивними особливостями ЛЕП, а саме, різним опором в фазах. Щоб виправити ситуацію виконується транспозиція фазних ліній, для цього встановлюються спеціальні опори. Ці дорогі споруди не відрізняються особливою міцністю. Такі опори не особливо прагнуть встановлювати, вважаючи за краще пожертвувати якістю електроенергії, ніж надійністю ЛЕП.

Небезпека і наслідки

Вважається, що найбільш значущі наслідки несиметрії пов'язані з низькою якістю електроенергії. Це, безумовно, так, але не можна забувати і про інші негативні впливи. До таких належить освіту зрівняльних струмів, що викликають збільшення витрат електричної енергії. У випадку з трифазним автономним електричним генератором це також призводить до підвищеної витрати дизеля або бензину.

При рівномірному підключенні навантаження, геометрична сума проходять через неї струму була б близькою до нуля. Коли виникає перекіс, зростає зрівняльний струм і напруга зсуву. Збільшення першого призводить до зростання втрат, другого - до нестабільного функціонування побутових приладів або іншого обладнання, спрацьовування захисних пристроїв, швидкого зносу електроізоляції і т.д.

Перерахуємо, які наслідки можна очікувати, коли з'являється перекіс:

  1. Відхилення фазної напруги. Залежно від розподілу навантажень можливо два варіанти:
  • Напруга вище номінального. У цьому випадку більшість електричних пристроїв, залишених включеними в побутові розетки, з великою ймовірністю вийдуть з ладу. При спрацьовуванні захисту результат буде менш трагічним.
  • Напруга падає нижче норми. Збільшується навантаження на електродвигуни, відбувається падіння потужності електромашин, ростуть пускові струми. Спостерігаються збої в роботі електроніки, пристрої можуть відключитися і не включатися поки перекіс, не буде усунений.
  1. Збільшується споживання електрики обладнанням.
  2. Позаштатна робота електрообладнання призводить до зменшення експлуатаційного терміну.
  3. Знижується ресурс техніки.

Не слід забувати, що перекіс може створити загрозу для життя. При перевищенні номінальної напруги ймовірність КЗ в проводці не велика, за умови, що вона не стара, а кабель підібраний правильно. Більш небезпечні в цьому випадку електроприлади, підключені до мережі. Коли з'являється перекіс, може статися КЗ на корпус або загоряння електроприладу.

Захист від перекосу фаз в трифазній мережі

Найбільш простий, але, тим не менш, ефективний спосіб мінімізувати негативні наслідки описаного вище відхилення - встановити реле контролю фаз. Із зовнішнім виглядом такого пристрою і прикладом його підключення (в даному випадку після трифазного лічильника), можна ознайомитися нижче.

Реле контролю фаз (А) і приклад схеми його підключення (В)

Даний трифазний автомат може мати наступні функції:

  1. Проводити контроль амплітуди електроструму. Якщо параметр виходить за встановлені межі, навантаження відключається від живлення. Як правило, діапазон спрацьовування приладу можна налаштовувати відповідно до особливостей мережі. Дана опція є у всіх приладів даного типу.
  2. Перевірка черговості підключення фаз. Якщо чергування неправильне харчування відключається. Даний вид контролю може бути важливий для певного обладнання. Наприклад, при підключенні трифазних асинхронних електромашин від цього залежить, в який бік буде відбуватися обертання валу.
  3. Перевірка обриву на окремих фазах, при виявленні такого навантаження відключається від мережі.
  4. Функція відстежує стан мережі, як тільки з'являється перекіс, відбувається спрацьовування.

Спільно з реле контролю фаз можна використовувати трифазні стабілізатори напруги, з їх допомогою можна дещо поліпшити якість електроенергії. Але даний варіант не відрізняється ефективністю, оскільки такі прилади самі можуть звертатися порушення симетрії, крім цього на стабілізаторах виникають втрати.

Кращий спосіб сімметріровать фази - використовувати для цієї мети спеціальний трансформатор. Цей варіант вирівнювання фаз може дати результати, як при неправильному розподілі однофазних навантажень на автономний 3-х фазний генератор електроенергії, так і в більш серйозних масштабах.

Захист в однофазної мережі

В даному випадку вплинути на зовнішні прояви системи електропостачання не представляється можливим, наприклад, якщо фази перевантажені, споживачі електроенергії не можуть виправити ситуацію. Все, що можна зробити, це убезпечити електрообладнання шляхом установки реле напруги і однофазного стабілізатора.

Має сенс встановити загальне стабілізуючий пристрій на всю квартиру або будинок. В цьому випадку необхідно вирахувати максимальне навантаження, після цього додати запас 15-20% .. Це запас на майбутнє, оскільки з часом кількість електроустаткування може збільшитися.

Зовсім не обов'язково підключати до стабілізатора мережі все обладнання, деякі види приладів (наприклад, електропечі або бойлери), можуть бути підключені до реле напруги (через АВ) безпосередньо. Це дозволить заощадити, оскільки пристрої меншої потужності коштують дешевше.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія: