Меню

Асимметрия напряжения что это такое

Перекос фаз в трехфазной сети — чем опасен и когда возникает?

Самая распространенная проблема, порождающая массу деструктивных последствий – перекос фаз в трехфазной сети (до 1,0 кВ) с глухозаземленной нейтралью. При определенных условиях такое явление может вывести из строя электрические приборы и создать угрозу для жизни. Учитывая актуальность проблемы, будет полезным узнать, что представляет собой несимметрия токов и напряжений, а также причины ее возникновения. Это позволит выбрать наиболее оптимальную стратегию защиты.

Что такое перекос фаз?

Данный термин используется для описания состояния сети, при котором возникают неравномерные нагрузки между фазами, что приводит к возникновению перекоса. Если составить векторную диаграмму идеальной трехфазной сети, то она будет выглядеть так, как показано на рисунке ниже.

Диаграмма напряжений в идеальных трехфазных сетях

Как видно из рисунка, в данном случае равны как линейные напряжения (АВ=ВС=СА=380,0 В), так и фазные (АN=ВN=СN=220,0 В). К сожалению, на практике добиться такого идеального равенства нереально. То есть, линейные напряжения сети, как правило, совпадают, в то время как в фазных наблюдаются расхождения. В некоторых случаях они могут превысить допустимый предел, что приведет к возникновению аварийной ситуации.

Пример диаграммы напряжений при возникновении перекоса

Допустимые нормы значений перекоса

Поскольку в трехфазных сетях предотвратить и полностью устранить перекосы невозможно, существуют нормы несимметрии, в которых установлены допустимые отклонения. В первую очередь это ГОСТ 13109 97, ниже приведена вырезка из него (п. 5.5), чтобы избежать разночтения документа.

Нормы несимметрии напряжения ГОСТ 13109-97

Поскольку, основная причина перекоса фаз напрямую связана с неправильным распределением нагрузок, существуют нормы их соотношения, прописанные в СП 31 110. Вырезку из этого свода правил также приведем в оригинале.

Вырезка из СП 31-110 (п 9.5)

Здесь необходимы пояснения в терминологии. Для описания несимметрии используются три составляющих, это прямая, нулевая и обратная последовательность. Первая считается основной, она определяет номинальное напряжение. Две последние можно рассматривать в качестве помех, которые приводят к образованию в цепях нагрузки соответствующих ЭДС, которые не участвуют в полезной работе.

Причины перекоса фаз в трехфазной сети

Как уже упоминалось выше, данное состояние электросети чаще всего вызвано неравномерным подключением нагрузки на фазы и обрывом нуля. Чаще всего это проявляется в сетях до 1, кВ, что связано с особенностями распределения электроэнергии, между однофазными электроприемниками.

Обмотки трехфазных силовых трансформаторов подключаются «звездой». Из места соединения обмоток отводится четвертый провод, называемый нулевым или нейтралью. Если происходит обрыв нулевого провода, то в сети возникает несимметрия напряжений, причем перекос напрямую будет зависеть от текущей нагрузки. Пример такой ситуации приведен ниже. В данном случае RН это сопротивления нагрузок, одинаковые по значению.

Перекос фаз, вызванный обрывом нейтрали

В данном примере напряжение на нагрузке, подключенной к фазе А, превысит норму и будет стремиться к линейному, а на фазе С упадет ниже допустимого предела. К подобной ситуации может привести перекос нагрузки, выше установленной нормы. В таком случае напряжение на недогруженных фазах повысится, а на перегруженных упадет.

К перекосу напряжений также приводит работа сети в неполнофазном режиме, когда происходит замыкание фазного провода на землю. В аварийных ситуациях допускается эксплуатация сети в таком режиме, чтобы обеспечить электроснабжение потребителям.

Исходя из вышесказанного, можно констатировать три основные причины перекоса фаз:

  1. Неравномерная нагрузка на линии трехфазной сети.
  2. При обрыве нейтрали.
  3. При КЗ одного из фазных проводов на землю.
Читайте также:  Тангенциальное напряжение упругих сил

Несимметрия в высоковольтных сетях

Вызвать подобное состояние в сети 6,0-10,0 кВ иногда может подключенное к ней оборудование, в качестве характерного примера можно привести дугоплавильную печь. Несмотря на то, что она не относится к однофазному оборудованию, управление тока дуги в ней производится пофазно. В процессе плавки также могут возникнуть несимметричные КЗ. Учитывая, что существуют дугоплавильные установки запитывающиеся от напряжения 330,0 кВ, то можно констатировать, что и в данных сетях возможен перекос фаз.

В высоковольтных сетях перекос фаз может быть вызван конструктивными особенностями ЛЭП, а именно, разным сопротивлением в фазах. Чтобы исправить ситуацию выполняется транспозиция фазных линий, для этого устанавливаются специальные опоры. Эти дорогостоящие сооружения не отличаются особой прочностью. Такие опоры не особо стремятся устанавливать, предпочитая пожертвовать качеством электроэнергии, чем надежностью ЛЭП.

Опасность и последствия

Считается, что наиболее значимые последствия несимметрии связаны с низким качеством электроэнергии. Это, безусловно, так, но нельзя забывать и о других негативных воздействиях. К таковым относится образование уравнительных токов, вызывающих увеличение расхода электрической энергии. В случае с трехфазным автономным электрическим генератором это также приводит к повышенному расходу дизеля или бензина.

При равномерном подключении нагрузки, геометрическая сумма проходящих через нее токов была бы близкой к нулю. Когда возникает перекос, растет уравнительный ток и напряжение смещения. Увеличение первого приводит к росту потерь, второго – к нестабильному функционированию бытовых приборов или другого оборудования, срабатыванию защитных устройств, быстрому износу электроизоляции и т.д.

Перечислим, какие последствия можно ожидать, когда появляется перекос:

  1. Отклонение фазного напряжения. В зависимости от распределения нагрузок возможно два варианта:
  • Напряжение выше номинального. В этом случае большинство электрических устройств, оставленных включенными в бытовые розетки, с большой вероятностью выйдут из строя. При срабатывании защиты результат будет менее трагическим.
  • Напряжение падает ниже нормы. Увеличивается нагрузка на электродвигатели, происходит падение мощности электромашин, растут пусковые токи. Наблюдаются сбои в работе электроники, устройства могут отключиться и не включаться пока перекос не будет устранен.
  1. Увеличивается потребление электричества оборудованием.
  2. Нештатная работа электрооборудования приводит к уменьшению эксплуатационного срока.
  3. Снижается ресурс техники.

Не следует забывать, что перекос может создать угрозу для жизни. При превышении номинального напряжения вероятность КЗ в проводке не велика, при условии, что она не ветхая, а кабель подобран правильно. Более опасны в этом случае электроприборы, подключенные к сети. Когда появляется перекос, может произойти КЗ на корпус или возгорания электроприбора.

Защита от перекоса фаз в трехфазной сети

Наиболее простой, но, тем не менее, эффективный способ минимизировать негативные последствия описанного выше отклонения — установить реле контроля фаз. С внешним видом такого устройства и примером его подключения (в данном случае после трехфазного счетчика), можно ознакомиться ниже.

Данный трехфазный автомат может обладать следующими функциями:

  1. Производить контроль амплитуды электротока. Если параметр выходит за установленные границы, нагрузка отключается от питания. Как правило, диапазон срабатывания прибора можно настраивать в соответствии с особенностями сети. Данная опция имеется у всех приборов данного типа.
  2. Проверка очередности подключения фаз. Если чередование неправильное питание отключается. Данный вид контроля может быть важен для определенного оборудования. Например, при подключении трехфазных асинхронных электромашин от этого зависит, в какую сторону будет происходить вращение вала.
  3. Проверка обрыва на отдельных фазах, при обнаружении такового нагрузка отключается от сети.
  4. Функция отслеживает состояние сети, как только появляется перекос, происходит срабатывание.
Читайте также:  Стабилизатор напряжения при отключении света

Совместно с реле контроля фаз можно использовать трехфазные стабилизаторы напряжения, с их помощью можно несколько улучшить качество электроэнергии. Но данный вариант не отличается эффективностью, поскольку такие приборы сами могут взывать нарушение симметрии, помимо этого на стабилизаторах возникают потери.

Лучший способ симметрировать фазы – использовать для этой цели специальный трансформатор. Этот вариант выравнивания фаз может дать результаты, как при неправильном распределении однофазных нагрузок на автономный 3-х фазный генератор электроэнергии, так и в более серьезных масштабах.

Защита в однофазной сети

В данном случае повлиять на внешние проявления системы электроснабжения не представляется возможным, например, если фазы перегружены, потребители электроэнергии не могут исправить ситуацию. Все, что можно сделать, это обезопасить электрооборудование путем установки реле напряжения и однофазного стабилизатора.

Имеет смысл установить общее стабилизирующее устройство на всю квартиру или дом. В этом случае необходимо высчитать максимальную нагрузку, после этого добавить запас 15-20%.. Это запас на будущее, поскольку со временем количество электрооборудования может увеличиться.

Совсем не обязательно подключать к стабилизатору сети все оборудование, некоторые виды приборов (например, электропечи или бойлеры), могут быть подключены к реле напряжения (через АВ) напрямую. Это позволит сэкономить, поскольку устройства меньшей мощности стоят дешевле.

Источник

Асимметрия напряжения что это такое

Требования ГОСТ 32144-2013 определяют требования в отношении обеспечения норм качества электрической энергии, установленных данным стандартом в электрических сетях, находящихся в собственности потребителей. В том числе к тому, что сам потребитель должен выполнять и поддерживать в своих электрических сетях условия, в результате которых нормативы данного стандарта будут выполняться на зажимах электроприемников, при условии выполнения требований к качеству электрической энергии в точке её передачи [1].

Опыт анализа показателей качества электрической энергии в различных распределительных сетях позволяет утверждать, что в виду различия режимов работы потребителей электроэнергии, разновременности процессов включения и отключения потребителей, выполненных в однофазном исполнении, особенностей технологии процессов производства продукции, токи нагрузки, протекающие по фазам систем электроснабжения являются не одинаковыми [2 – 4]. Строго говоря, практически все используемые в работе многофазные системы электроснабжения работают в несимметричных режимах.

В большинстве случаев, в сетях, где проводятся испытания качества электрической энергии, независимо от сферы деятельности организации или предприятия, встречается поперечная несимметрия, вызванная наличием подключенных разнородных однофазных нагрузок, либо трехфазных устройств, чьи внутри фазовые характеристики, вследствие ряда причин являются несимметричными [2].

Таким образом, несимметрия токов и как следствие несимметрия напряжений являются одним из факторов увеличивающих потери в сетях и элементах распределения электрической энергии. Экономический ущерб, возникающий в результате воздействия несимметрии токов и напряжении, обусловлен ухудшением энергетических показателей и сокращением срока службы электрооборудования, общим снижением надежности функционирования электрических сетей, увеличением потерь активной мощности и потребления активной и реактивной мощностей.

Несимметричный режим работы электрической распределительной сети и ее элементов это такое ее состояние, при котором параметры (ток, напряжение, мощность, cos f) отдельных фаз электрической сети или элемента электрической сети оказываются не одинаковыми.

При этом следует различать понятия кратковременной и длительной, случайной и систематической несимметрии (рис. 1).

Кратковременные несимметричные режимы возникают при аварийных процессах в системах электроснабжения, таких как короткие замыкания, обрывы линий электропередач, включение выключателей и других коммутационных аппаратов.

Длительные несимметричные режимы проявляются в случае пофазного различия параметров системы, при неполнофазных режимах и подключении несимметричных нагрузок.

Читайте также:  Как посчитать максимальное напряжение

Рис. 1. Классификация несимметричных режимов

Воздействие постоянной неравномерной загрузки одной или двух фаз приводит к наличию в сети режима систематической несимметрии.

Причиной возникновения несимметрии случайного типа, как правило, становятся переменные нагрузки, в результате воздействия которых в разные временные интервалы, в зависимости от случайных событий, каждая из фаз находится в режиме нагрузки отличного от других.

Случайную и систематическую несимметрию разделяют друг от друга в соответствии с продолжительностью режима несимметрии. Тем не менее, четкого критерия для разграничения данных режимов не установлено.

Продолжительные изменения характеристик электрической энергии определяются как длительные отклонения характеристик от номинальных значений и вызываются, как правило, изменениями нагрузки или влиянием нелинейных нагрузок [1].

Отклонение параметров показателей качества от номинальных вызывают внезапные и значительные изменения характеристик электрической энергии, которые в большинстве своем представляют собой случайные события. Изменения данных параметров определено в ряде случаев событиями, которые трудно спрогнозировать, например выход из строя электрооборудования потребителя электрической энергии или же воздействием внешних факторов, такими как погодные условия или же действия лиц, не являющихся потребителями электроэнергии [1].

Необходимо отметить, что показатели и нормы качества электрической энергии в нормативной документации установлены в отношении продолжительных изменений следующих параметров: частота, значения, форма напряжения и симметрия напряжений в трехфазных системах [1].

В дополнение к вышесказанному можно добавить, что выделяют следующие типы несимметрии (рис. 2):

– фазовая несимметрия или несимметрия углов сдвига фаз.

При несимметричных режимах потребления тока могут возникать следующие варианты несимметрии:

– амплитудная несимметрия напряжений и токов (UА ≠ UВ ≠ UC, U А ˆU В = U А ˆU В = U Вˆ U C , IА ≠ IВ ≠ IC, φА = φВ = φC);

В системах электроснабжения напряжением 0,4 кВ режимы длительной несимметрии появляются в результате присоединения потребителей электроэнергии в однофазном исполнении или же несимметрично потребляющего мощность трехфазного электроборудования.

Рис. 2. Типы несимметричных режимов

Несимметричные нагрузки, как потребители токов и мощности прямой последовательности, одновременно являются источниками как токов обратной, так и нулевой последовательности. Такие токи, при протекании в элементах систем электроснабжения, помимо падений напряжений вызывают напряжения вышеуказанных последовательностей [7].

В результате своего взаимного действия напряжения и токи прямой, обратной и нулевой последовательностей порождают потоки искажающей мощности, имеющие обратное направление [5].

При наличии только симметричной нагрузки потребителям от центра питания передается только поток мощности прямой последовательности. В случае наличия несимметричной нагрузки часть этой мощности, составляющая большую долю, потребляется самой нагрузкой, а остальная преобразуется в искажающие потоки мощности обратной последовательности и потоки мощности нулевой последовательности.

Рис. 3. Схема потоков мощности при несимметричной нагрузке

Потоки мощности обратной и нулевой последовательностей имеют противоположное направление в систему от несимметричной нагрузки (рис. 3).

Таким образом, дополнительные потери мощности в системах электроснабжения, вызванные токами различных последовательностей, можно охарактеризовать с помощью искажающих поток мощности.

На выводах нагрузки потребителя, который является источником несимметрии величины искажающего потока мощности и напряжения обратной и нулевой последовательности достигают наибольших значений и соответственно с увеличением расстояния от источника искажения – уменьшаются.

Постоянный рост и расширение типов несимметричных потребителей приводит к значительным искажениям симметрии токов и напряжений в трехфазных распределительных электрических сетях [6].

В результате несимметрии токов по фазам возникает несимметричная система вторичных напряжений распределительных трансформаторов («перекос фаз»), что приводит к появлению в таких режимах дополнительных потерь.

Источник

Adblock
detector