Durante a operação de redes de energia de 380 Volt, são possíveis violações que afetam significativamente a qualidade da energia elétrica fornecida ao consumidor. Um desses desvios é o desequilíbrio de fase, que se manifesta em sua distribuição desigual sobre as cargas conectadas à linha. O resultado deste efeito é uma redução significativa da potência dos equipamentos incluídos na rede trifásica industrial (transformadores ou motores, em particular). Em casa, há muitos danos a eletrodomésticos conectados a uma das fases da rede elétrica de uma casa de campo. Isso se deve ao fato de que a tensão nele fica muito subestimada, ou vice-versa - excede a norma permitida. Uma série de medidas técnicas e organizacionais foram desenvolvidas para evitar as consequências negativas de diferentes tensões em fases de 380 volts.
Taxas de desalinhamento permitidas
Para limitar os desvios de tensão admissíveis devido ao desequilíbrio de fase, foram desenvolvidos padrões que regulam seus valores para redes de energia industriais. Se esses padrões forem excedidos, existe um perigo real de falha do equipamento de energia conectado a esta linha. Seus valores exatos são fornecidos nos GOSTs relevantes e outros documentos que determinam o procedimento para a operação de equipamentos elétricos (no PUE, por exemplo).
De acordo com as normas, relações fixas são estabelecidas entre as classificações de tensões e correntes nas seções menos e mais carregadas das linhas. Para quadros de distribuição de energia, não deve exceder 30%, e para insumos em residências privadas (ASU) - 15%. De acordo com os GOSTs atuais, o desequilíbrio de fase permitido para linhas individuais com correntes reversas não pode ser superior a 2 por cento, e para o condutor neutro do transformador - 4 por cento.
Causas do desequilíbrio de fase em uma rede trifásica
Existem várias razões conhecidas para o aparecimento de desequilíbrio de fase em redes trifásicas, as principais das quais são consideradas:
- Distribuição desigual da potência operacional de acordo com as cargas conectadas a cada uma das linhas de fase.
- “Zero break”, mais frequentemente manifestado na queima do neutro.
- Outras avarias no equipamento da estação ou nos consumidores locais a ela ligados.
No primeiro caso, a potência consumida pela carga linear aumenta (ou diminui) acentuadamente, o que leva a uma alteração correspondente na corrente que flui neste ramo.
Na ausência de desequilíbrio de fase, os componentes de corrente de igual magnitude fluem ao longo de cada uma das linhas conectadas de acordo com o esquema "estrela". Sua resultante em neutro devido à adição vetorial de três componentes separados deveria teoricamente ser igual a zero. Com o aumento do consumo ao longo de uma das linhas, aumentam os componentes de corrente através dela, pelo que o fio neutro não cumpre a sua função e viola a uniformidade da distribuição dos potenciais de fase.
Em caso de ruptura do neutro (zero burnout), surge um skew pelo fato da função do fio neutro ser automaticamente transferida para um dos condutores de fase; neste caso, a voltagem em todos os outros é deslocada para cima. Perturbações no funcionamento dos equipamentos da estação também levam a uma distribuição desigual ao longo das linhas de fase, mas já no lado da "estrela" do transformador, e não no objeto a ela conectado (uma casa de campo, em particular).
Violação de simetria em redes de alta tensão
Em redes de alta tensão, o aparecimento de assimetrias indesejáveis está associado à presença de potentes cargas monofásicas ou consumidores trifásicos com distribuição de fases desigual. As fontes de distorção em redes industriais de 0,38-10 kV são vários tipos de fornos elétricos de fusão (minério-térmico, indução e instalações de aquecimento semelhantes). A lista de equipamentos que criam assimetria deve incluir máquinas de solda inversora, caracterizadas por correntes de alto consumo e capazes de interromper a uniformidade de distribuição de carga.
As subestações de tração do transporte ferroviário são fontes poderosas de assimetria perigosa, uma vez que as locomotivas elétricas modernas são consumidoras monofásicas de energia elétrica. Sua potência chega a várias centenas de quilowatts, o que apenas aumenta a probabilidade de distúrbios na distribuição de cargas.
Você pode verificar sua presença com o auxílio de pinças de corrente especiais, através das quais é possível verificar circuitos que operam com sobrecarga. Se forem detectados valores de corrente em uma das fases, que excedam significativamente os valores permitidos, podemos falar com segurança da presença de uma distorção perigosa.
Efeito negativo de tensão e desequilíbrio de corrente
É necessário responder prontamente ao aparecimento de assimetria de fase pelos seguintes motivos:
- Neste caso, existe uma ameaça real de danos aos dispositivos conectados a esta rede ou uma deterioração em seu desempenho.
- Isso leva a interrupções na operação das fontes de energia (transformadores de subestação, em particular).
- Outra consequência da distribuição anormal de fases é a diminuição da vida útil do equipamento da planta.
Para o consumidor médio, as consequências da assimetria se traduzem em aumento dos custos de eletricidade, consertos de eletrodomésticos e possibilidade de acidentes. Se a inclinação da linha for causada pela destruição do fio neutro, as condições de proteção contra choque elétrico se deterioram significativamente. O barramento do dispositivo de aterramento (ZU), montado na subestação transformadora, é cortado, na ausência de um loop local o usuário fica totalmente indefeso.
Com o surgimento da assimetria nas redes industriais, o consumo de eletricidade também aumenta, e os equipamentos de linha nelas incluídos passam por severas sobrecargas. Nas subestações de distribuição, o consumo de óleo nos transformadores aumenta drasticamente e os equipamentos de controle e distribuição podem falhar. Todas essas ameaças levam, em última análise, a custos de materiais adicionais associados à necessidade de reparar ou substituir equipamentos queimados.
Para evitar tais situações, você precisará pensar com antecedência sobre medidas eficazes para ajudar a evitá-las. Se não for possível evitar o desequilíbrio de fase, você terá que usar todas as maneiras possíveis para eliminá-lo.
Métodos de proteção
Para garantir o funcionamento simétrico das redes elétricas e a normalização do valor da tensão em cada uma das linhas monofásicas, são utilizados dispositivos corretivos especiais. Esta função é mais frequentemente realizada por estabilizadores de tensão clássicos. No entanto, esses dispositivos não são capazes de eliminar completamente o desequilíbrio nos circuitos de alimentação, pois sua finalidade é estabilizar apenas uma fase. Por esse motivo, não é possível proteger toda a rede trifásica com tais dispositivos, bem como eliminar as consequências do skew.
Não são excluídas situações em que os próprios estabilizadores se tornam a causa da distribuição desigual de eletricidade em fases.
Para proteger os circuitos trifásicos da assimetria de fase, os seguintes métodos organizacionais e técnicos são usados:
- estudo de alta qualidade do projeto de alimentação, levando em consideração o desnível das cargas;
- a utilização de dispositivos especiais com os quais é possível alinhá-los automaticamente (os chamados transformadores de balanceamento);
- correção dos esquemas de consumo de energia atuais (se erros foram cometidos anteriormente).
Ajuda significativa na proteção contra assimetria é fornecida por equipamentos especiais de bloqueio (relés de monitoramento de fase e tensão, por exemplo), que desconecta a linha quando são detectadas violações.
Somente medidas oportunas permitirão eliminar o desequilíbrio de fases na rede e eliminar as consequências negativas desse fenômeno: proteger equipamentos e eletrodomésticos contra quebras.
