Počas prevádzky napájacích sietí s napätím 380 V sú možné porušenia, ktoré významne ovplyvňujú kvalitu elektriny dodávanej spotrebiteľovi. Jednou z takýchto odchýlok je fázová nerovnováha, ktorá sa prejavuje ich nerovnomerným rozložením nad záťažami spojenými s vedením. Výsledkom tohto účinku je výrazné zníženie výkonu zariadení zahrnutých do priemyselnej trojfázovej siete (najmä transformátorov alebo motorov). Doma je plný poškodenia domácich spotrebičov pripojených k jednej z fáz elektrickej siete vidieckeho domu. Je to spôsobené tým, že napätie v ňom sa veľmi podceňuje alebo naopak - prekračuje prípustnú normu. Bolo vyvinutých množstvo organizačných a technických opatrení na zabránenie negatívnym dôsledkom rôznych napätí pri 380 voltových fázach.
Prípustné miery vychýlenia
Na obmedzenie prípustných odchýlok napätia v dôsledku fázovej nerovnováhy boli vyvinuté normy, ktoré regulujú ich hodnoty pre priemyselné energetické siete. Ak dôjde k prekročeniu týchto noriem, existuje skutočné nebezpečenstvo poruchy energetického zariadenia pripojeného k tomuto vedeniu. Ich presné hodnoty sú uvedené v príslušných GOST a iných dokumentoch, ktoré určujú postup pri prevádzke elektrických zariadení (napríklad v PUE).
V súlade s normami sú stanovené pevné pomery medzi hodnotami napätia a prúdov v najmenej a najviac zaťažených úsekoch vedení. Pre dosky na distribúciu energie by nemala presiahnuť 30% a pre vstupy do súkromných domov (ASU) - 15%. Podľa súčasných GOST nemôže byť prípustná fázová nerovnováha pre jednotlivé vedenia so spätnými prúdmi viac ako 2 percentá a pre nulový vodič transformátora - 4 percentá.
Príčiny fázovej nerovnováhy v trojfázovej sieti
Existuje niekoľko známych dôvodov pre vznik fázovej nerovnováhy v trojfázových sieťach, z ktorých hlavné sa považujú za:
- Nerovnomerné rozloženie prevádzkového výkonu podľa zaťaženia pripojeného ku každej z fázových liniek.
- „Zero break“, najčastejšie sa prejavujúci vyhorením neutrálu.
- Iné poruchy vo vybavení stanice alebo u miestnych spotrebiteľov, ktorí sú k nej pripojení.
V prvom prípade sa energia spotrebovaná lineárnym zaťažením prudko zvýši (alebo zníži), čo vedie k zodpovedajúcej zmene prúdu prúdiaceho v tejto vetve.
Pri absencii fázovej nerovnováhy pretekajú zložky prúdu rovnakej veľkosti pozdĺž každej z vedení pripojených podľa „hviezdnej“ schémy. Ich výslednica v neutrále kvôli vektorovému pridaniu troch samostatných zložiek by sa teoreticky mala rovnať nule. So zvýšením spotreby pozdĺž jednej z vedení sa zvyšujú prúdové zložky, ktoré vedú, v dôsledku čoho neutrálny vodič neplní svoju funkciu a porušuje rovnomernosť rozloženia fázových potenciálov.
V prípade prerušenia neutrálu (nulové vyhorenie) vznikne zošikmenie v dôsledku skutočnosti, že funkcia nulového vodiča sa automaticky prenáša na jeden z fázových vodičov; v takom prípade sa napätie na všetkých ostatných posúva nahor. Poruchy v činnosti staničného zariadenia tiež vedú k nerovnomernému rozloženiu pozdĺž fázových vedení, ale už na strane „hviezdy“ transformátora, a nie na predmete s ním spojenom (najmä vidiecky dom).
Porušenie symetrie vo sieťach vysokého napätia
Vo vysokonapäťových sieťach je výskyt nežiaducej asymetrie spojený s prítomnosťou výkonných jednofázových záťaží alebo trojfázových spotrebiteľov s nerovnomerným rozložením fáz. Zdrojmi skreslenia v priemyselných sieťach 0,38 - 10 kV sú rôzne typy elektrických taviacich pecí (rudné tepelné, indukčné a podobné vykurovacie zariadenia). Zoznam zariadení, ktoré vytvárajú asymetriu, by mal obsahovať invertorové zváracie stroje, ktoré sa vyznačujú vysokými prúdmi spotreby a sú schopné narušiť rovnomernosť rozloženia záťaže.
Trakčné stanice železničnej dopravy sú silným zdrojom nebezpečnej asymetrie, pretože moderné elektrické lokomotívy sú jednofázovými odberateľmi elektrickej energie. Ich výkon dosahuje niekoľko stoviek kilowattov, čo iba zvyšuje pravdepodobnosť porúch v rozložení záťaže.
Ich prítomnosť môžete overiť pomocou špeciálnych prúdových svoriek, cez ktoré je možné skontrolovať obvody, ktoré pracujú s preťažením. Ak sú v jednej z fáz zistené aktuálne hodnoty, ktoré významne prekračujú prípustné hodnoty, môžeme pokojne hovoriť o prítomnosti nebezpečného skreslenia.
Negatívny vplyv nerovnováhy napätia a prúdu
Na vznik fázovej asymetrie je potrebné pohotovo reagovať z nasledujúcich dôvodov:
- V takom prípade existuje reálna hrozba poškodenia zariadení pripojených k tejto sieti alebo zhoršenia ich výkonu.
- To vedie k prerušeniu prevádzky zdrojov energie (najmä transformátorov rozvodne).
- Ďalším dôsledkom abnormálneho fázového rozdelenia je zníženie životnosti zariadenia zariadenia.
Pre priemerného spotrebiteľa sa dôsledky asymetrie premietajú do vyšších nákladov na elektrinu, opráv domácich spotrebičov a možnosti úrazu. Ak je skosenie v línii spôsobené zničením nulového vodiča, podmienky na ochranu pred úrazom elektrickým prúdom sa výrazne zhoršujú. Zbernica uzemňovacieho zariadenia (GD) namontovaná na trafostanici je prerušená; pri absencii miestneho vedenia zostáva používateľ úplne bezbranný.
S objavením sa asymetrie v priemyselných sieťach sa zvyšuje aj spotreba elektrickej energie a linkové zariadenie, ktoré je v nich zahrnuté, čelí veľkému preťaženiu. V rozvodných staniciach spotreba oleja v transformátoroch prudko rastie a môže dôjsť k poruche riadiacich a distribučných zariadení. Všetky tieto hrozby nakoniec vedú k ďalším materiálovým nákladom spojeným s potrebou opravy alebo výmeny zhoreného zariadenia.
Aby ste takýmto situáciám predišli, budete musieť vopred myslieť na účinné opatrenia, ktoré im pomôžu predchádzať. Ak nie je možné vyhnúť sa fázovej nerovnováhe, budete musieť použiť všetky možné spôsoby jej eliminácie.
Ochranné metódy
Na zabezpečenie symetrickej prevádzky energetických sietí a normalizácie hodnoty napätia v každom z jednofázových vedení sa používajú špeciálne nápravné zariadenia. Túto funkciu najčastejšie vykonávajú klasické stabilizátory napätia. Tieto zariadenia však nie sú schopné úplne eliminovať nevyváženosť napájacích obvodov, pretože ich účelom je stabilizácia iba jednej fázy. Z tohto dôvodu nie je možné takýmito zariadeniami chrániť celú trojfázovú sieť, ako aj eliminovať následky vychýlenia.
Nie sú vylúčené situácie, keď sa samotné stabilizátory stanú príčinou nerovnomerného rozdelenia elektrickej energie vo fázach.
Na ochranu trojfázových obvodov pred fázovou asymetriou sa používajú nasledujúce organizačné a technické metódy:
- kvalitná štúdia projektu napájania, berúc do úvahy nerovnomernosť zaťaženia;
- použitie špeciálnych zariadení, s ktorými je možné ich automatické vyrovnanie (tzv. vyvažovacie transformátory);
- korekcia súčasných schém spotreby energie (ak sa chyby stali skôr).
Významnú pomoc pri ochrane pred asymetriou poskytuje špeciálne blokovacie zariadenie (napríklad relé na sledovanie fázy a napätia), ktoré pri zistení porušenia odpojí vedenie.
Iba včasné prijaté opatrenia odstránia fázovú nerovnováhu v sieti a odstránia negatívne dôsledky tohto javu: chrániť zariadenia a domáce spotrebiče pred poruchami.
