Фазна неравнотежа: узроци и заштита

Садржај препоруке

• Екскурзија у теорију електротехнике
• Узроци и последице неравнотеже фаза
• Обнављање неутралне жице
• Инвертерски стабилизатори фазе
• Балансирајући трансформатори
• Заштита од пренапона

Ни кућански уређаји, ни производна опрема не могу радити без стабилног напајања. Неравнотежа оптерећења и напона или неравнотежа фаза је главни узрок кварова и кварова. С овом појавом се може и треба борити, што захтијева свеобухватно разумијевање правила за рад трофазне електричне мреже.

Екскурзија у теорију електротехнике

Трофазни измјенични систем уведен је у индустрију прије више од једног вијека, практично у облику у којем је опстао до данас. Главним програмером трофазне мреже сматра се Михаил Осипович Доливо-Доброволски, домаћи научник који је узео идеје Николе Тесле као основу свог развоја.

Предности трофазне мреже су очите: ако се током ротације магнетног поља струја симетрично и доследно појави на трополном намоту генератора, његов облик се може лако искористити за преокрет претворбе електричне енергије у ротацију. У доба развоја научног и технолошког напретка, способност слободног коришћења електричних машина била је изузетно важна и то остаје..

Гарантована јединица за напајање АГМ-7.5

Међутим, трофазни систем напајања није без недостатака. Напон на свакој од фаза је повезан коефицијентом симетрије. У трофазној мрежи разликују се две врсте електричних напона: линеарни, који делују између фаза, и фазни, који се мери између фазе и неутралне жице. Ако је оптерећење сваке фазе исто (симетрично), напонски вод је в3 пута већи од фазног напона. С обзиром да се преокрет поларитета напона на свакој фази мења са остатком и делимично се преклапа у времену, значајне неравномерности у расподели оптерећења доводе до нестабилног рада целог система.

Узроци и последице неравнотеже фаза

Када се појави асиметрија оптерећења, долази до губитка фазног напона у једној од фаза, док напонски вод остаје константан. Круг, према коме су прикључена трофазна оптерећења, може се сматрати делилом напона: његов пад у најоптерећенијој фази биће максималан услед малог отпора, док ће на најмање оптерећеним фазама напон расти и стремити линеарном. Другим речима, напон се преко фаза дистрибуира сразмерно прикљученом оптерећењу.

То видимо у домаћинствима електроенергетских мрежа: сви потрошачи су повезани у различите фазе, али не постоји гаранција да ће се строга индивидуалност начина рада и снаге електричне опреме оптерећење равномерно распоредити. Стога је најчешћа шема за повезивање терета у трофазној мрежи, названа „звезда“, допуњена неутралном жицом која је спојена на централну тачку и електрично повезана са системом уземљења. Захваљујући овом додатку, ефекат неуравнотеженог оптерећења на фазне напоне се значајно смањује, док ефикасност изједначавања јако зависи од проводљивости неутралног проводника..

Ако је проводљивост недовољна или је неутрални проводник прекинут, неравнотежа оптерећења се поново повећава и узрокује неравномерну расподелу фазних напона. Овакав начин рада електроенергетске мреже препун је озбиљних посљедица: с порастом напона код сваког активног потрошача тренутна јачина се повећава до граничних вриједности, капацитивни филтери уређаја за претворбу напајања не успијевају, повећава се вјероватност пропадања изолације, прегријавање и пораст паразитских струја примјећују се у трофазним моторима. Нулта прекида у градској мрежи сигурно ће проузроковати оштећења електричних уређаја спојених на незаштићену подружницу, чак и ако тренутно не раде. Често је оштећење опреме неповратно, осим тога, вероватноћа пожара значајно се повећава. Фазна неравнотежа такође негативно утиче на трофазно напајање – падајуће трансформаторе и трофазне генераторе..

Обнављање неутралне жице

За пренос електричне енергије на велике удаљености користе се колосални напони, због којих је могуће смањити пресјек проводника на разумне вриједности. Како се приближавате потрошачу, постепено се смањује напон коришћењем трансформатора и постепено гранање електроенергетске мреже. Нема потребе да повезујете трансформаторе неутралном жицом, тако диван проводник као што је земаљска кора савршено подноси овај задатак. Стога се нулти прекид може догодити само у завршној фази трансформације: подстаница од 6-0,4 кВ или у било којој тачки дистрибутивне мреже ниског напона..

Да бисмо открили где је могућ прекид неутралне жице, окренимо се класичном примеру – трофазној мрежи за напајање стамбене зграде. Троструки кабл и уобичајени вод за уземљење могу се положити у технички канал који повезује подне површине. Такође је могуће неутрални вод спојити на петљу за уземљење подстанице помоћу четвртог језгра кабла. У скоро свим случајевима, прилично је једноставно одредити локацију пукнућа, довољно је само мерити електрични потенцијал између нулте сабирнице и земље волтметром. Ако уређај покаже вредности близу одступања фазног напона од норме, тада се место оштећења мора тражити раније према шеми, крећући се према трафостаници.

Ситуација је другачија са надземним далеководима. Неутрална жица следи заједно са фазним водовима дуж целе дистрибутивне мреже, почевши од трафостанице или трансформатора. Наравно, нико неће независно да мери напон између неутралног проводника и земље на сваком полуу надземног далековода. Паузу могу одредити само визуелно, а још боље – снаге радника хитне службе. Уз то, напомињемо да нема смисла самостално уземљити неутрални проводник у вашој зони одговорности, јер ће се у том случају истовар читаве мреже догодити дуж проводника потрошача, што значи да ће струја струјати кроз бројило.

Инвертерски стабилизатори фазе

Асиметрија напона и струје трпи не само потрошаче са једнофазним прикључком, већ и трофазне претплатничке мреже, укључујући индустријске. Један од најефикаснијих начина за решавање проблема неравнотеже фаза је уградња фазног стабилизатора. За разлику од класичних стабилизатора напона у домаћинству, фазни стабилизатори елиминишу асиметрију појачавањем или редистрибуцијом оптерећења..

У ствари, функција полифазног балансирајућег стабилизатора може се обављати састављањем три једнофазна стабилизатора напона. Међутим, ако се три уређаја споје у један, то може да обећава значајне користи. Принцип рада трофазног уређаја лежи у чињеници да има један уређај за складиштење и претварање енергије, у чијој је улози трансформатор импулса. Укратко: једнофазни стабилизатор, инсталиран на најсигурнијој фази, приморан је да надокнади пораст напона повећањем потрошње електричне енергије, што је праћено снажним падом ефикасности претварача..

Заузврат, трофазни стабилизатори црпе енергију потребну за изједначавање из фаза у којима је напон већи од номиналног, због чега је количина претворбених губитака много мања. У овом случају се врши додатно оптерећење на неоптерећеним фазама, односно не само потрошачка, већ и делимично, опскрбљујућа мрежа је стабилизована. Присуство заједничког претварача такође вам омогућава да одржавате трофазну мрежу с привременим недостатком напона на једној од фаза напајања.

Трофазни стабилизатор напона ФНЕКС СБВ 100

Не без недостатака. Пре свега, то су сложеност уређаја и велике цене трофазних стабилизацијских уређаја. Фазни стабилизатори се углавном користе у напајању малих предузећа која су опремљена електричном опремом укупне потрошње енергије до 80-100 кВА: котларнице, базне станице мобилних комуникација, продавнице намештаја. За снажније потрошаче предвиђају се и друге методе стабилизације.

Балансирајући трансформатори

Друга врста уређаја за стабилизацију струје и напона су балун трансформатори. Имају шири опсег снаге. За мреже са потрошњом енергије до 400 кВА препоручује се уградња нисконапонских трансформатора типа ТСТ, за моћније – балансирајуће трансформаторе 6 / 0,4 кВ типа ТМГСУ.

Обе врсте трансформатора се од класичних трансформатора разликују по томе што имају додатно намотавање. Налази се паралелно с примарним намотима и повезан је између радне нуле и уземљене петље средишта трансформатора. Принцип рада је једноставан: када се у неутралној жици појави асиметрија оптерећења, настаје струја која се преноси у магнетно језгро трансформатора, а затим повлачи најоптерећенију фазу. Надокнада се врши аутоматски због разлике у периодима осцилација различитих фаза.

ТМГСУ трансформатори се практично не разликују од балкона ниског напона. Постављање уређаја за балансирање фаза на фазу доле-трансформације једноставно омогућава искључење додатног ланца трансформације и, сукладно томе, избегавање додатних губитака у магнетном кругу. Једноставност, поузданост и ниска цена чине балунске трансформаторе најбољим решењем за мреже са малим захтевима за синусоидном чистоћом. Међутим, трансформатори немају тако широк спектар функција заштите и стабилизације који имају уређаји инвертерских типа..

Заштита од пренапона

Па, шта је са потрошачима који имају једнофазну везу? Нажалост, није могуће на неки начин утицати на вероватноћу неравнотеже и резултирајући пораст напона. Овакве појаве се повремено дешавају, грешка је у недовољној опремљености главних мрежа, недостатку посла на предвиђању оптерећења и очајном техничком стању електрификационих система.

Међутим, и даље можете да заштитите сопствене електричне објекте. Најједноставнији начин је инсталирати напонски релеј, који ће искључити напајање објекта кад се у мрежи појаве максимални радни параметри. Ако је чак и привремени недостатак напајања електричном енергијом у постројењу неприхватљив, постоје два начина заштите од неравнотеже фаза: инсталирање једнофазног стабилизатора или опремање улазно-дистрибутивне групе аутоматских предајних склопки са аутономним извором напајања.