Меню

Дисбаланс напряжения между фазами



Явление перекоса фаз в трехфазной сети

Трехфазная сеть в классическом варианте состоит из четырех проводников — трех фазных и одного нулевого или нейтрального провода. В процессе эксплуатации возникает перекос фаз в трехфазной сети или асимметрия напряжений между ними.

Причины

Трехфазная сеть состоит из двух частей — высоковольтной и низковольтной. Между ними устанавливается обычно подстанция с понижающим трансформатором. В высоковольтной части фазы загружены равномерно, перекос возникает в низковольтной части и связан с особенностями распределения нагрузки между фазными шинами.

Существует два различных вида перекоса фаз:

  • модули векторов напряжения различны по величине, угол между ними одинаковый (120°);
  • значительно реже возникает на практике, когда кроме различных модулей напряжений, углы между ними также различны.

На диаграмме напряжений представлены параметры идеально работающей трехфазной цепи и их изменение при возникновении перекоса.

Падение/увеличение фазного напряжения согласно закона Ома возникает при увеличении/уменьшении сопротивления (нагрузки). Поэтому одной из причин возникновения перекоса будет разное по количеству и мощности число электрических приборов «сидящих» на каждой отдельной фазе.

В идеально работающих трехфазных цепях ток через нейтральный провод равен нулю. В случае возникновения перекоса на нем появляются токи, которые компенсируют асимметрию напряжений. Вот почему обрыв («отгорание») нулевого провода служит еще одной из причин появления перекоса.

Изображение с результатом «отгорания» нейтрального провода.

Короткое замыкание одной из фаз на землю, которая приводит к работе сети в режиме перекоса, редко встречается среди причин возникновения неравенства напряжений по фазам. В некоторых случаях допускается такая аварийная эксплуатация при необходимости обеспечения электроэнергией пользователей.

Признаки нестабильной работы электрических приборов, вызванные перекосом фаз

Независимо от причин перекоса необходимо знать и выявлять его признаки. В квартире или частном доме с электрическими приборами могут происходить следующие действия от несимметричности напряжения и не только:

  • осветительные приборы типа ламп дневного света или других типов работающих по энергосберегающей технологии начнут мерцать;
  • лампочки накаливания будут ярко гореть или наоборот тускнеть;
  • бытовые приборы (утюг, телевизор и другие) перестанут включаться;
  • выключатель стал на ощупь теплым;
  • в розетке появились искры, послышались треск и щелчки;
  • в щитке появились щелчки, срабатывают защитные автоматы.

При обнаружении вышеперечисленных признаков следует отключить все приборы из сети, лишь затем приступать к поиску причин. При отсутствии познаний в области электротехники лучше обратитесь к специалисту.

Негативные последствия перекоса

Работа трехфазной сети с перекосом фаз приводит к следующим отрицательным действиям.

  • Перекос вызывает рост уравнивающих токов, тем самым увеличивается расход электроэнергии на потребление оборудованием.
  • Отклонение фазного напряжения, превышающее номинальное значение при отсутствии автоматических выключателей может вывести бытовое или промышленное электрооборудование из строя.
  • Отклонение напряжения в меньшую сторону от нормального создаст для оборудования следующие проблемы: увеличится нагрузка на электромоторы, их мощность падает, для запуска необходимы еще более высокие пусковые токи, электроника будет работать со сбоями, некоторые устройства просто не будут включаться.
  • Эксплуатационный срок работы оборудования в режиме перекоса фаз будет меньшим. Ресурсные показатели не будут соответствовать паспортным данным.
  • Перекос фаз, вызванный обрывом нейтрального провода может резко повысить опасность получения электрического удара. Шина заземляющего устройства на трансформаторной подстанции теряет связь с местным контуром заземления, тем самым оставляя пользователя без защиты.
Читайте также:  Мгновенное значение напряжения источника

Нормы на перекос фаз

На практике не существует работающих трехфазных сетей, в которых отсутствует перекос фаз. Это связано с особенностями электрического оборудования, принцип работы которых с точки зрения экономической целесообразности исключает симметричное исполнение (сварочные аппараты, индукционные печи, потребители бытовой сферы). Кроме этого, например, в многоквартирных домах появляется вероятностный фактор, связанный с отсутствием какой — либо системы в подключении электрической бытовой техники. Наличие нескольких импульсных источников питания, например для компьютеров, делает их поведение непредсказуемым в трехфазной сети.

Помимо равномерного распределения нагрузки по фазам проектировщикам следует учитывать вышеперечисленные факторы для поставки пользователям определенного качества электроэнергии. В некоторых случаях трудноразрешимую задачу позволяют решить регламенты на допустимый перекос фаз, обозначенные в следующих нормативных документах: ПУЭ (Правила Устройства Энергоустановок), ГОСТ 31098 – 97 определяющим нормы качества электроэнергии и сводом правил СП31-110.

Параметры, превышение которых недопустимо:

  • максимальное отклонение фазных токов:
    • для измеренных во вводном распределительном устройстве (ВРУ) — 15 %,
    • для измеренных в распределительном щите (РЩ) — 30 %.
  • допустимые значения коэффициентов несимметричности напряжений:
    • по обратной последовательности — 2 %,
    • по нулевой последовательности — 4 %.

Вышеуказанные нормативы должны соблюдаться на всех возможных режимах работы трехфазных электрических сетей. Исключения составляют режимы, вызванные Форс — Мажорными обстоятельствами.

Как определить перекос фаз

Самым простым и поэтому наиболее применяемым является контроль по максимальному отклонению фазных токов. С помощью токовых клещей измеряется сила тока при максимально полной нагрузке на каждом проводнике отдельной фазы в ВРУ или РЩ. Размеры клещей достаточно компактны, чтобы подлезть к любому проводнику, находящемуся в стесненных условиях среди других проводников.

После того как определите и зафиксируете показания следует выполнить легкий сравнительный расчет на отклонения фазных токов. Показания должны соответствовать нормам.

Устранение перекоса фаз

Если результаты замеров выявят наличие несимметричности напряжений фаз, следует принять меры чтобы устранить перекос. Защита от перекоса фаз в трехфазной сети выполняется следующими способами.

  • На этапе проектирования следует равномерно распределить нагрузку по фазам. Приборы, имеющие однофазное питание не должны сосредотачиваться на одном проводнике, оставляя незагруженными другие. Кроме количественного распределения по фазам следует учитывать мощностные характеристики электрических устройств.
  • В ранее введенных в эксплуатацию трехфазных сетях, где каждая фаза не рассчитывалась на перегрузку при возможности следует поменять схему потребления энергии. В условиях кризисной ситуации необходимо поменять мощность потребителя.
  • Недостаточно эффективный способ обеспечить необходимое напряжение на каждой фазе трехфазной цепи это применение стабилизаторов напряжения. Трехфазные стабилизаторы напряжения конструктивно включают в себя однофазные, которые реагируют на изменение параметров конкретно на своей фазе. Поднятие, опускание напряжения вызывает ответную реакцию на других. Это может в некоторых случаях вызвать вторичный перекос с уже другими параметрами. Невозможность 100 % гарантии защиты от последствий перекоса фаз основной недостаток стабилизаторов напряжения.
  • Использование в трехфазной системе питания симметрирующего трансформатора позволяет выравнивать напряжение не только на отдельной конкретной фазе, а обеспечивать симметричность напряжений на всех трех согласно требуемых норм. Кроме этого прибор сглаживает напряжение переходного процесса при подключении в сеть мощных асинхронных двигателей, дросселей, трансформаторов и другого подобного оборудования.Устройство способно устранить фазный перекос в большом диапазоне значений напряжения.
  • Стабилизатор напряжения, симметрирующий трансформатор это дорогие устройства, не всегда есть возможность их применить. Существует достаточно простой и эффективный способ не допустить критического перекоса фаз — применение специального реле.
Читайте также:  Не стабильное напряжение ваз 2114

Если параметры трехфазной сети выходят за пределы установленного диапазона реле отключит источник питания. Когда параметры восстановятся до приемлемых значений, реле самостоятельно возобновит подачу питания.

Ответственное отношение к равномерному распределению нагрузки по фазам не гарантирует избежать перекос. От обрыва нулевого провода никто не застрахован, соединительный контакт может от перегрева «отгореть» в любой момент. Поэтому к рекомендациям по оборудованию трехфазной сети приборами защиты от перекоса следует прислушаться. Единовременные затраты сохранят работоспособность более дорогому электрическому оборудованию, работающему от трехфазной сети.

Где купить

Максимально быстро приобрести устройства стабилизации можно в ближайшем специализированном магазине. Оптимальным же, по соотношению цена-качество, остаётся вариант покупки в Интернет-магазине АлиЭкспресс. Обязательное длительное ожидание посылок из Китая осталось в прошлом, ведь сейчас множество товаров находятся на промежуточных складах в странах назначения: например, при заказе вы можете выбрать опцию «Доставка из Российской Федерации»:

Источник

Переходные процессы и дисбаланс напряжения

К проблемам систем энергоснабжения, которые наиболее часто наносят ущерб промышленным предприятиям, относятся провалы и выбросы напряжения, гармоники, переходные процессы, а также дисбаланс напряжения и тока.

Группа двигателей для системы ОВКВ

В сбалансированной трехфазной системе напряжения фаз должны быть одинаковы или приблизительно равны друг другу. Измерение дисбаланса позволяет выявить разницу между фазными напряжениями. Дисбаланс напряжения — это мера разности напряжений между фазами в трехфазной системе. Это одна из причин снижения производительности и сокращения срока службы трехфазных электродвигателей.

Переходные процессы могут оказывать серьезное воздействие на электродвигатели. Например, пробой изоляции обмотки электродвигателя может привести к дорогостоящему преждевременному отказу электродвигателя и незапланированному простою.

Проверка переходного напряжения в электродвигателях

У переходного напряжения (временные нежелательные всплески или скачки напряжения в электрической цепи) может быть любое количество источников внутри или за пределами промышленного предприятия.

Включение и выключение расположенного рядом оборудования, блоки конденсаторов коррекции коэффициента мощности или даже погодные условия на отдаленных участках могут создавать переходное напряжение в распределительных системах. Переходные напряжения, которые отличаются по амплитуде и частоте, могут привести к разрушению или пробою изоляции в обмотках электродвигателя.

Читайте также:  Подение напряжения по напряжению

Поиск источника переходных процессов представляет собой сложную задачу, поскольку такие процессы происходят нерегулярно, а их признаки могут проявляться по-разному. Например, переходные процессы могут проявиться в управляющих кабелях и необязательно причинят вред непосредственно оборудованию, однако могут нарушить его работу.

Анализатор качества электроэнергии и работы электродвигателей Fluke 438-II

Для обнаружения и измерения переходных напряжений можно использовать трехфазный анализатор качества электроэнергии с функцией измерения переходных процессов, такой как анализатор качества электроэнергии и работы электродвигателей Fluke 438-II. Функция измерения переходных процессов этого прибора имеет настройку напряжения, превышающую стандартное напряжение на 50 В. На дисплее измерительного прибора отображается потенциально проблемное напряжение, превышающее заданное на 50 В, т. е. переходное напряжение.

Если при первоначальном измерении переходные напряжения не обнаружены, рекомендуется измерять и регистрировать показатели качества электроэнергии с привязкой ко времени с помощью усовершенствованного промышленного регистратора качества электроэнергии. Примером такого прибора является трехфазный регистратор качества электроэнергии Fluke 1750.

Почему возникает дисбаланс напряжения?

Несбалансированность трехфазной системы может привести к снижению производительности или преждевременному выходу из строя трехфазных электродвигателей и других трехфазных потребителей из-за воздействия следующих факторов:

  • Механические напряжения в электродвигателях, вызванные более низким по сравнению с номинальным крутящим моментом на выходе
  • Повышенный ток в электродвигателях и в трехфазных выпрямителях
  • Ток дисбаланса будет поступать в нейтральные провода трехфазных систем с соединением по схеме «звезда»

Дисбаланс напряжения на клеммах двигателя приводит к существенному дисбалансу тока, который может быть в 6–10 раз больше дисбаланса напряжения. Из-за несбалансированных токов возникают пульсации момента, повышенная вибрация и механические напряжения, увеличиваются потери, а также перегрев двигателя. Дисбаланс напряжения и тока также может привести к проблемам при техобслуживании, которые связаны с ослабленными соединениями и износом контактов.

Дисбаланс может возникнуть в любой точке распределительный системы. Все фазы, подключенные к щиту, должны быть равномерно нагружены. Если нагрузка на одной из фаз будет больше, чем на остальных, напряжение на этой фазе будет ниже. У трансформаторов и трехфазных двигателей, запитанных от такого щита, могут наблюдаться повышенный нагрев, нехарактерные звуки и шумы, чрезмерная вибрация и даже преждевременный выход из строя.

Методика расчета дисбаланса напряжения

Расчеты, необходимые для определения дисбаланса напряжения, довольно просты. Результат выражается в процентах дисбаланса и может быть использован для определения следующих шагов в программах диагностики и ремонта двигателей. Расчет осуществляется в три этапа:

  1. Определение среднего значения напряжения или тока
  2. Вычисление наибольшего отклонения напряжения или тока
  3. Деление максимального отклонения на среднее значение напряжения или тока с последующим умножением на 100 % дисбаланс = (макс. отклонение от среднего напряжения или тока/среднее значение напряжения или тока) × 100

Расчет дисбаланса вручную позволяет определить мгновенное значение дисбаланса тока или напряжения. Анализатор работы электродвигателей, такой как Fluke 438-II, отображает дисбаланс напряжения и тока в режиме реального времени, а также любые изменения дисбаланса.

Источник