Beim Betrieb von 380-Volt-Stromnetzen sind Verstöße möglich, die die Qualität des an den Verbraucher gelieferten Stroms erheblich beeinträchtigen. Eine dieser Abweichungen ist die Phasenunsymmetrie, die sich in ihrer ungleichmäßigen Verteilung auf die an der Leitung angeschlossenen Lasten äußert. Das Ergebnis dieses Effekts ist eine deutliche Leistungsreduzierung der im industriellen Drehstromnetz enthaltenen Geräte (insbesondere Transformatoren oder Motoren). Zu Hause ist es mit Schäden an Haushaltsgeräten behaftet, die an eine der Phasen des Stromnetzes eines Landhauses angeschlossen sind. Dies liegt daran, dass die darin enthaltene Spannung stark unterschätzt wird oder umgekehrt die zulässige Norm überschreitet. Um die negativen Folgen unterschiedlicher Spannungen an 380-Volt-Phasen zu vermeiden, wurden eine Reihe von organisatorischen und technischen Maßnahmen entwickelt.
Zulässige Fehlausrichtungsraten
Um die zulässigen Spannungsabweichungen durch Phasenunsymmetrie zu begrenzen, wurden Normen entwickelt, die deren Werte für industrielle Stromnetze regeln. Bei Überschreitung dieser Normen besteht die reale Ausfallgefahr der an dieser Leitung angeschlossenen Leistungsgeräte. Ihre genauen Werte sind in den einschlägigen GOSTs und anderen Dokumenten angegeben, die das Verfahren für den Betrieb elektrischer Geräte (z. B. im PUE) festlegen.
In Übereinstimmung mit den Normen werden feste Verhältnisse zwischen den Nennwerten von Spannungen und Strömen in den am wenigsten und am stärksten belasteten Abschnitten der Leitungen festgelegt. Bei Stromverteilern sollte er 30% nicht überschreiten und bei Eingängen in Privathäuser (ASU) - 15%. Nach den aktuellen GOSTs darf die zulässige Phasenunsymmetrie für einzelne Leitungen mit Rückströmen nicht mehr als 2 Prozent und für den Neutralleiter des Transformators 4 Prozent betragen.
Ursachen von Phasenunsymmetrie in einem Drehstromnetz
Es gibt mehrere bekannte Gründe für das Auftreten von Phasenungleichgewichten in Drehstromnetzen, von denen als die wichtigsten angesehen werden:
- Ungleichmäßige Verteilung der Betriebsleistung entsprechend den an jede der Phasenleitungen angeschlossenen Verbrauchern.
- "Zero Break", manifestiert sich am häufigsten im Abbrennen des Neutralen.
- Sonstige Störungen an der Stationsausrüstung oder daran angeschlossenen lokalen Verbrauchern.
Im ersten Fall steigt (oder sinkt) die von der linearen Last aufgenommene Leistung stark an, was zu einer entsprechenden Änderung des in diesem Zweig fließenden Stroms führt.
Ohne Phasenungleichgewicht fließen Stromkomponenten gleicher Größe entlang jeder der nach dem "Stern"-Schema verbundenen Leitungen. Ihre resultierende Neutralität aufgrund der Vektoraddition dreier separater Komponenten sollte theoretisch gleich Null sein. Bei einer Erhöhung des Verbrauchs entlang einer der Leitungen erhöhen sich die Stromkomponenten, wodurch der Neutralleiter seine Funktion nicht erfüllt und die Gleichmäßigkeit der Verteilung der Phasenpotentiale verletzt.
Bei einer Neutralleiterunterbrechung (Nullbrand) entsteht ein Schiefe dadurch, dass die Neutralleiterfunktion automatisch auf einen der Außenleiter übertragen wird; in diesem Fall wird die Spannung an allen anderen nach oben verschoben. Störungen im Betrieb von Stationsgeräten führen ebenfalls zu einer ungleichmäßigen Verteilung entlang der Phasenlinien, jedoch bereits auf der Seite des Transformators "Stern" und nicht auf dem daran angeschlossenen Objekt (insbesondere einem Landhaus).
Symmetrieverletzung in Hochspannungsnetzen
In Hochspannungsnetzen ist das Auftreten einer unerwünschten Asymmetrie mit dem Vorhandensein starker einphasiger Lasten oder dreiphasiger Verbraucher mit ungleicher Phasenverteilung verbunden. Verzerrungsquellen in Industrienetzen von 0,38-10 kV sind verschiedene Arten von elektrischen Schmelzöfen (Erz-, Induktions- und ähnliche Heizanlagen). Die Liste der Geräte, die Asymmetrie erzeugen, sollte Inverter-Schweißgeräte umfassen, die sich durch hohe Stromaufnahme auszeichnen und die Gleichmäßigkeit der Lastverteilung stören können.
Umspannwerke des Eisenbahnverkehrs sind starke Quellen gefährlicher Asymmetrie, da moderne Elektrolokomotiven einphasige Verbraucher elektrischer Energie sind. Ihre Leistung erreicht mehrere hundert Kilowatt, was die Wahrscheinlichkeit von Störungen bei der Lastverteilung nur erhöht.
Sie können ihr Vorhandensein mit Hilfe spezieller Stromzangen überprüfen, durch die es möglich ist, Stromkreise zu überprüfen, die mit Überlast arbeiten. Wenn in einer der Phasen Stromwerte festgestellt werden, die die zulässigen Werte deutlich überschreiten, können wir sicher von einem gefährlichen Schiefe sprechen.
Negativer Effekt von Spannungs- und Stromungleichgewichten
Auf das Auftreten einer Phasenasymmetrie muss aus folgenden Gründen umgehend reagiert werden:
- In diesem Fall besteht die Gefahr einer Beschädigung der mit diesem Netzwerk verbundenen Geräte oder einer Verschlechterung ihrer Leistung.
- Dies führt zu Störungen im Betrieb von Stromquellen (insbesondere Umspanntransformatoren).
- Eine weitere Folge der anormalen Phasenverteilung ist eine Verringerung der Lebensdauer der Anlagenausrüstung.
Für den Durchschnittsverbraucher führen die Folgen der Asymmetrie zu erhöhten Stromkosten, Reparaturen an Haushaltsgeräten und Verletzungsgefahr. Wenn die Schieflage in der Leitung durch die Zerstörung des Neutralleiters verursacht wird, verschlechtern sich die Bedingungen für den Schutz gegen elektrischen Schlag erheblich. Die Sammelschiene des Erdungsgeräts (GD), montiert an der Umspannstation, wird abgeschnitten, ohne Teilnehmeranschluss bleibt der Benutzer völlig wehrlos.
Mit dem Auftreten von Asymmetrien in Industrienetzen steigt auch der Stromverbrauch und die darin enthaltenen Leitungsgeräte werden stark überlastet. In Umspannwerken steigt der Ölverbrauch in Transformatoren stark an und Steuerungs- und Verteilungsgeräte können ausfallen. All diese Bedrohungen führen letztendlich zu zusätzlichen Materialkosten im Zusammenhang mit der Notwendigkeit, ausgebrannte Geräte zu reparieren oder zu ersetzen.
Um solche Situationen zu vermeiden, müssen Sie im Voraus über wirksame Maßnahmen nachdenken, um sie zu verhindern. Wenn es nicht möglich ist, ein Phasenungleichgewicht zu vermeiden, müssen Sie alle Möglichkeiten nutzen, um es zu beseitigen.
Schutzmethoden
Um den symmetrischen Betrieb von Stromnetzen und die Normalisierung des Spannungswertes in jeder der einphasigen Leitungen zu gewährleisten, werden spezielle Korrekturgeräte verwendet. Diese Funktion wird am häufigsten von klassischen Spannungsstabilisatoren übernommen. Diese Geräte sind jedoch nicht in der Lage, die Unsymmetrie in den Versorgungskreisen vollständig zu beseitigen, da sie nur eine Phase stabilisieren sollen. Aus diesem Grund ist es nicht möglich, mit solchen Geräten das gesamte Drehstromnetz zu schützen und die Folgen der Schiefe zu beseitigen.
Situationen sind nicht ausgeschlossen, wenn die Stabilisatoren selbst die Ursache für eine ungleichmäßige Stromverteilung in Phasen werden.
Um dreiphasige Stromkreise vor Phasenasymmetrie zu schützen, werden folgende organisatorische und technische Methoden verwendet:
- hochwertige Studie des Stromversorgungsprojekts unter Berücksichtigung der Ungleichmäßigkeit der Lasten;
- die Verwendung spezieller Geräte, mit denen sie automatisch ausgerichtet werden können (die sogenannten Symmetriertransformatoren);
- Korrektur der aktuellen Energieverbrauchsschemata (wenn früher Fehler gemacht wurden).
Eine wesentliche Unterstützung beim Schutz vor Asymmetrie bieten spezielle Sperreinrichtungen (z. B. Phasen- und Spannungsüberwachungsrelais), die bei erkannten Verletzungen die Leitung trennen.
Nur rechtzeitige Maßnahmen werden das Phasenungleichgewicht im Netz beseitigen und die negativen Folgen dieses Phänomens beseitigen: Geräte und Haushaltsgeräte vor Ausfällen schützen.
