Durante il funzionamento delle reti elettriche a 380 Volt, sono possibili violazioni che influiscono in modo significativo sulla qualità dell'elettricità fornita al consumatore. Una di tali deviazioni è lo squilibrio di fase, che si manifesta nella loro distribuzione non uniforme sui carichi collegati alla linea. Il risultato di questo effetto è una significativa riduzione della potenza delle apparecchiature incluse nella rete industriale trifase (trasformatori o motori, in particolare). A casa, è irto di danni agli elettrodomestici collegati a una delle fasi della rete elettrica di una casa di campagna. Ciò è dovuto al fatto che la tensione in essa contenuta viene notevolmente sottovalutata, o viceversa, supera la norma consentita. Sono state sviluppate una serie di misure organizzative e tecniche per prevenire le conseguenze negative di diverse tensioni a fasi a 380 Volt.
Tassi di disallineamento consentiti
Per limitare le deviazioni di tensione consentite dovute allo squilibrio di fase, sono stati sviluppati standard che regolano i loro valori per le reti elettriche industriali. Se questi standard vengono superati, esiste un reale pericolo di guasto dell'apparecchiatura di alimentazione collegata a questa linea. I loro valori esatti sono riportati nei GOST pertinenti e in altri documenti che determinano la procedura per il funzionamento delle apparecchiature elettriche (nel PUE, ad esempio).
In accordo con le norme, vengono stabiliti rapporti fissi tra i valori di tensioni e correnti nelle sezioni meno e più caricate delle linee. Per i quadri di distribuzione dell'energia, non dovrebbe superare il 30% e per gli ingressi alle case private (ASU) - 15%. Secondo gli attuali GOST, lo squilibrio di fase consentito per le singole linee con correnti inverse non può essere superiore al 2% e per il conduttore neutro del trasformatore - 4%.
Cause di squilibrio di fase in una rete trifase
Esistono diverse ragioni note per la comparsa di squilibrio di fase nelle reti trifase, le principali delle quali sono considerate:
- Distribuzione disomogenea della potenza di esercizio in base ai carichi collegati a ciascuna delle linee di fase.
- "Zero break", più spesso manifestato nella combustione del neutro.
- Altri malfunzionamenti nelle apparecchiature della stazione o nelle utenze locali ad essa collegate.
Nel primo caso, la potenza consumata dal carico lineare aumenta (o diminuisce) bruscamente, il che porta a una corrispondente variazione della corrente che scorre in questo ramo.
In assenza di sbilanciamento di fase, lungo ciascuna delle linee collegate secondo lo schema "a stella" scorrono componenti di corrente di uguale grandezza. La loro risultante in neutro a causa dell'addizione vettoriale di tre componenti separate dovrebbe teoricamente essere uguale a zero. Con un aumento del consumo lungo una delle linee, i componenti correnti attraverso di essa aumentano, a causa della quale il filo neutro non svolge la sua funzione e viola l'uniformità della distribuzione dei potenziali di fase.
In caso di interruzione del neutro (zero burnout), si verifica un'inclinazione dovuta al fatto che la funzione del filo neutro viene trasferita automaticamente a uno dei conduttori di fase; in questo caso la tensione su tutti gli altri viene spostata verso l'alto. I disturbi nel funzionamento delle apparecchiature della stazione portano anche a una distribuzione non uniforme lungo le linee di fase, ma già sul lato della "stella" del trasformatore e non sull'oggetto ad esso collegato (una casa di campagna, in particolare).
Violazione della simmetria nelle reti ad alta tensione
Nelle reti ad alta tensione, la comparsa di asimmetria indesiderata è associata alla presenza di potenti carichi monofase o consumatori trifase con distribuzione disuguale delle fasi. Fonti di distorsione nelle reti industriali di 0,38-10 kV sono vari tipi di forni fusori elettrici (impianti di riscaldamento minerali, a induzione e simili). L'elenco delle apparecchiature che creano asimmetria dovrebbe includere le saldatrici inverter, caratterizzate da correnti ad alto consumo e in grado di interrompere l'uniformità della distribuzione del carico.
Le sottostazioni di trazione del trasporto ferroviario sono potenti fonti di pericolosa asimmetria, poiché le moderne locomotive elettriche sono consumatori monofase di energia elettrica. La loro potenza raggiunge diverse centinaia di kilowatt, il che aumenta solo la probabilità di disturbi nella distribuzione dei carichi.
È possibile verificarne la presenza con l'ausilio di apposite pinze amperometriche, attraverso le quali è possibile verificare circuiti che funzionano in sovraccarico. Se vengono rilevati valori di corrente in una delle fasi, che superano notevolmente i valori consentiti, si può tranquillamente parlare della presenza di un pericoloso disallineamento.
Effetto negativo dello squilibrio di tensione e corrente
È necessario rispondere prontamente alla comparsa di asimmetria di fase per i seguenti motivi:
- In questo caso, esiste una reale minaccia di danni ai dispositivi collegati a questa rete o un deterioramento delle loro prestazioni.
- Ciò porta a interruzioni nel funzionamento delle fonti di alimentazione (in particolare i trasformatori di sottostazione).
- Un'altra conseguenza della distribuzione anomala delle fasi è una diminuzione della vita utile delle apparecchiature dell'impianto.
Per il consumatore medio, le conseguenze dell'asimmetria si traducono in un aumento dei costi per l'elettricità, riparazioni degli elettrodomestici e possibilità di lesioni. Se l'inclinazione nella linea è causata dalla distruzione del filo neutro, le condizioni per la protezione contro le scosse elettriche si deteriorano in modo significativo. Il bus del dispositivo di messa a terra (GD), montato alla cabina di trasformazione, viene interrotto; in assenza di un anello locale, l'utente rimane completamente indifeso.
Con la comparsa di asimmetria nelle reti industriali, aumenta anche il consumo di elettricità e le apparecchiature di linea incluse in esse subiscono gravi sovraccarichi. Nelle sottostazioni di distribuzione, il consumo di olio nei trasformatori aumenta notevolmente e le apparecchiature di controllo e distribuzione possono guastarsi. Tutte queste minacce alla fine portano a costi materiali aggiuntivi associati alla necessità di riparare o sostituire le apparecchiature bruciate.
Per prevenire tali situazioni, dovrai pensare in anticipo a misure efficaci per prevenirle. Se non è possibile evitare lo squilibrio di fase, dovrai utilizzare tutti i modi possibili per eliminarlo.
Metodi di protezione
Per garantire il funzionamento simmetrico delle reti di alimentazione e la normalizzazione del valore della tensione in ciascuna delle linee monofase, vengono utilizzati speciali dispositivi correttivi. Questa funzione viene spesso eseguita dai classici stabilizzatori di tensione. Tuttavia, questi dispositivi non sono in grado di eliminare completamente lo squilibrio nei circuiti di alimentazione, poiché il loro scopo è stabilizzare una sola fase. Per questo motivo, non è possibile proteggere l'intera rete trifase con tali dispositivi, nonché eliminare le conseguenze dello skew.
Non sono escluse situazioni in cui gli stessi stabilizzatori diventano la causa di una distribuzione irregolare dell'elettricità in fasi.
Per proteggere i circuiti trifase dall'asimmetria di fase, vengono utilizzati i seguenti metodi organizzativi e tecnici:
- studio di alta qualità del progetto di alimentazione, tenendo conto delle irregolarità dei carichi;
- l'utilizzo di appositi dispositivi con cui è possibile allinearli automaticamente (i cosiddetti trasformatori di bilanciamento);
- correzione degli attuali schemi di consumo energetico (se sono stati commessi errori in precedenza).
Un'assistenza significativa nella protezione dall'asimmetria è fornita da speciali apparecchiature di blocco (ad esempio relè di monitoraggio di fase e tensione), che disconnettono la linea quando vengono rilevate violazioni.
Solo le misure tempestive adottate elimineranno lo squilibrio di fase nella rete ed elimineranno le conseguenze negative di questo fenomeno: proteggere le apparecchiature e gli elettrodomestici dai guasti.
