Podczas pracy sieci energetycznych 380 Volt możliwe są naruszenia, które znacząco wpływają na jakość energii elektrycznej dostarczanej do konsumenta. Jednym z takich odchyleń jest nierównowaga faz, która objawia się ich nierównomiernym rozłożeniem na obciążeniach podłączonych do linii. Efektem tego efektu jest znaczne zmniejszenie mocy urządzeń wchodzących w skład przemysłowej sieci trójfazowej (w szczególności transformatorów lub silników). W domu jest obarczony uszkodzeniami urządzeń gospodarstwa domowego podłączonych do jednej z faz sieci energetycznej wiejskiego domu. Wynika to z faktu, że napięcie w nim staje się znacznie niedoszacowane lub odwrotnie - przekracza dopuszczalną normę. Opracowano szereg środków organizacyjnych i technicznych, aby zapobiec negatywnym skutkom różnych napięć w fazach 380 woltów.
Dopuszczalne współczynniki niewspółosiowości
W celu ograniczenia dopuszczalnych odchyleń napięcia spowodowanych nierównowagą faz opracowano normy regulujące ich wartości dla przemysłowych sieci energetycznych. W przypadku przekroczenia tych norm istnieje realne niebezpieczeństwo awarii urządzeń elektroenergetycznych podłączonych do tej linii. Ich dokładne wartości podano w odpowiednich GOST i innych dokumentach, które określają procedurę działania sprzętu elektrycznego (na przykład w PUE).
Zgodnie z normami ustalone są stałe stosunki między wartościami napięć i prądów w najmniej i najbardziej obciążonych odcinkach linii. Dla tablic rozdzielczych nie powinna przekraczać 30%, a dla wejść do domów prywatnych (ASU) - 15%. Zgodnie z aktualnymi GOST dopuszczalna nierównowaga faz dla poszczególnych linii z prądami wstecznymi nie może przekraczać 2 procent, a dla przewodu neutralnego transformatora - 4 procent.
Przyczyny nierównowagi faz w sieci trójfazowej
Istnieje kilka znanych przyczyn pojawienia się nierównowagi faz w sieciach trójfazowych, z których za główne uważa się:
- Nierównomierny rozkład mocy roboczej w zależności od obciążeń podłączonych do każdej z linii fazowych.
- „Przerwa zerowa”, najczęściej objawiająca się wypaleniem neutralnego.
- Inne awarie wyposażenia stacji lub podłączonych do niej lokalnych odbiorców.
W pierwszym przypadku moc pobierana przez obciążenie liniowe gwałtownie wzrasta (lub maleje), co prowadzi do odpowiedniej zmiany prądu płynącego w tej gałęzi.
W przypadku braku nierównowagi faz, składowe prądu o jednakowej wielkości przepływają wzdłuż każdej z linii połączonych zgodnie ze schematem „gwiazdy”. Ich wypadkowa neutralna ze względu na dodanie wektora trzech oddzielnych składników powinna teoretycznie być równa zeru. Wraz ze wzrostem zużycia wzdłuż jednej z linii, składowe prądu przez nią wzrastają, w wyniku czego przewód neutralny nie spełnia swojej funkcji i narusza równomierność rozkładu potencjałów fazowych.
W przypadku przerwania przewodu neutralnego (przepalenia zerowego) powstaje skos, ponieważ funkcja przewodu neutralnego jest automatycznie przenoszona na jeden z przewodów fazowych; w tym przypadku napięcie na wszystkich innych jest przesunięte w górę. Zakłócenia w działaniu urządzeń stacyjnych prowadzą również do nierównomiernego rozkładu wzdłuż linii fazowych, ale już po stronie „gwiazdy” transformatora, a nie na podłączonym do niego obiekcie (w szczególności wiejskim domu).
Naruszenie symetrii w sieciach wysokiego napięcia
W sieciach wysokiego napięcia pojawienie się niepożądanej asymetrii wiąże się z obecnością potężnych odbiorników jednofazowych lub odbiorników trójfazowych o nierównym rozkładzie faz. Źródłem zakłóceń w sieciach przemysłowych 0,38-10 kV są różnego rodzaju elektryczne piece do topienia (instalacje cieplne rudy, indukcyjne i podobne). Na liście urządzeń tworzących asymetrię powinny znaleźć się spawarki inwertorowe, charakteryzujące się dużymi prądami poboru i mogące zakłócać równomierność rozkładu obciążenia.
Podstacje trakcyjne transportu kolejowego są potężnymi źródłami niebezpiecznej asymetrii, ponieważ współczesne lokomotywy elektryczne są jednofazowymi odbiorcami energii elektrycznej. Ich moc sięga kilkuset kilowatów, co tylko zwiększa prawdopodobieństwo zakłóceń w rozkładzie obciążeń.
Ich obecność można zweryfikować za pomocą specjalnych cęgów prądowych, dzięki którym można sprawdzić obwody pracujące z przeciążeniem. W przypadku wykrycia w jednej z faz prądów, które znacznie przekraczają wartości dopuszczalne, możemy śmiało mówić o występowaniu niebezpiecznego przekrzywienia.
Negatywny wpływ asymetrii napięć i prądów
Konieczna jest szybka reakcja na pojawienie się asymetrii fazowej z następujących powodów:
- W takim przypadku istnieje realne zagrożenie uszkodzenia urządzeń podłączonych do tej sieci lub pogorszenia ich wydajności.
- Prowadzi to do zakłóceń w pracy źródeł energii (w szczególności transformatorów podstacyjnych).
- Inną konsekwencją nieprawidłowego rozkładu faz jest skrócenie żywotności wyposażenia zakładu.
Dla przeciętnego konsumenta konsekwencje asymetrii przekładają się na wzrost kosztów energii elektrycznej, naprawy sprzętu AGD i możliwość odniesienia obrażeń. Jeżeli przekrzywienie linii spowodowane jest zniszczeniem przewodu neutralnego, warunki ochrony przed porażeniem prądem ulegają znacznemu pogorszeniu. Szyna uziemiacza (ZU) zamontowana na podstacji transformatorowej jest odcięta, przy braku pętli lokalnej użytkownik pozostaje całkowicie bezbronny.
Wraz z pojawieniem się asymetrii w sieciach przemysłowych wzrasta również zużycie energii elektrycznej, a wchodzące w ich skład urządzenia liniowe ulegają silnym przeciążeniom. W podstacjach dystrybucyjnych zużycie oleju w transformatorach gwałtownie wzrasta, a urządzenia sterujące i dystrybucyjne mogą ulec awarii. Wszystkie te zagrożenia ostatecznie prowadzą do dodatkowych kosztów materiałowych związanych z koniecznością naprawy lub wymiany wypalonego sprzętu.
Aby zapobiec takim sytuacjom, musisz wcześniej pomyśleć o skutecznych środkach, które pomogą im zapobiegać. Jeśli nie jest możliwe uniknięcie nierównowagi faz, będziesz musiał użyć wszystkich możliwych sposobów, aby ją wyeliminować.
Metody ochrony
Aby zapewnić symetryczną pracę sieci elektroenergetycznych i normalizację wartości napięcia w każdej z linii jednofazowych, stosuje się specjalne urządzenia korekcyjne. Ta funkcja jest najczęściej wykonywana przez klasyczne stabilizatory napięcia. Urządzenia te nie są jednak w stanie całkowicie wyeliminować asymetrii w obwodach zasilających, ponieważ ich zadaniem jest stabilizacja tylko jednej fazy. Z tego powodu nie jest możliwe zabezpieczenie całej sieci trójfazowej takimi urządzeniami, a także wyeliminowanie konsekwencji przekrzywienia.
Nie wyklucza się sytuacji, w których same stabilizatory stają się przyczyną nierównomiernego rozdziału energii elektrycznej w fazach.
W celu ochrony obwodów trójfazowych przed asymetrią faz stosuje się następujące metody organizacyjne i techniczne:
- wysokiej jakości opracowanie projektu zasilania z uwzględnieniem nierówności obciążeń;
- zastosowanie specjalnych urządzeń, za pomocą których możliwe jest ich automatyczne zestrojenie (tzw. transformatory balansujące);
- korekta obecnych schematów zużycia energii (jeżeli wcześniej popełniono błędy).
Istotną pomoc w ochronie przed asymetrią zapewniają specjalne urządzenia blokujące (np. przekaźniki monitorujące fazę i napięcie), które rozłączają linię w przypadku wykrycia naruszeń.
Tylko terminowe środki pozwolą wyeliminować nierównowagę faz w sieci i wyeliminować negatywne konsekwencje tego zjawiska: chronić sprzęt i urządzenia gospodarstwa domowego przed awariami.
