Перекос фаз: рассматриваем вопрос

В однофазном режиме значение напряжения должно составлять 220 вольт, а при трёхфазном — 380 вольт. Но в реальности эти числа практически не встречаются. Поэтому проверив значение напряжения в розетке, можно наглядно убедиться в существовании перекоса фаз. Чтобы приблизить значение напряжения к стандартным значениям, необходимо понимать, что подразумевается под словосочетанием «перекос фаз», его причинами и возможными способами устранения.

Что это такое, и как его исправить?

Что такое перекос фаз: Перекос фаз – это состояние электрической сети, при котором одна или две из трех фаз нагружены сильнее, чем остальные. При этом наблюдается значительное снижение мощности трехфазных электрических приборов, преимущественно двигателей и трансформаторов. Но это, что касается промышленных сетей.

В бытовых условиях перекос наблюдается более выражено, при этом может даже возникать риск выхода из строя электроприборов с преобладающей реактивной нагрузкой. К таким относятся компрессоры холодильников, вентиляторы, приборы с простыми силовыми трансформаторными источниками питания. То все то, что не имеет четкой гальванической развязки с сетью и схему защиты от перенапряжений и просадок.

Следует отметить, что существуют разные виды перекоса в электросети. В зависимости от типа проблемы, выбирается наиболее оптимальный способ ее решения. Остановимся на наиболее распространенной и, в то же время, самой простой ситуации – перекос фаз, вызванный неравномерным распределением внутрисетевой нагрузки.

Большинство сетей являются трехфазными. Если в них нагрузка распределена неравномерно, в следствии чего одна или две фазы перегружены, а третья (или же две) недогружена, происходит перекос. На практике это может выглядеть следующим образом: подавляющее большинство однофазных нагрузок питаются от одной фазы, тогда как остальные могут быть вовсе не задействованы либо использоваться по минимуму.

Наиболее часто встречаются ситуации неисправности, в которых при подключении электропитания к трансформаторам не учитывается их потребляемая мощность. Таким образом, бывает, что физически фазы имеют приблизительно одинаковое количество подключений, но вот потребляемая этими подключениями мощность существенно отличается.

Сосредоточие на одной из фаз приборов с высоким потреблением электричества неизбежно вызывает неравномерную нагрузку между фазами. То же самое можно сказать и об общественных и промышленных объектах – во всех случаях очень важно следить за равномерным распределением нагрузки между имеющимися фазами, это позволит предотвратить возникновение сложностей.

Суть понятия

Фаза — это электрическая цепь с некоторым значением синусоидальной электродвижущей силы.

Трёхфазная цепь, в свою очередь, состоит из трёх электрических цепей, которые владеют синусоидальной электродвижущей силой с одинаковой амплитудой и частотой тока.

Трёхфазная сеть состоит из трёх синусоидальных токов или напряжений, которые имеют одну частоту и сдвинуты по фазе на угол, равный 120 градусам.

Если потребителей электрической энергии подключить к фазам сети неравномерно — например, большинство сосредоточить в одной, а в двух других их будет гораздо меньше — это приведёт к асимметрии напряжения. При этом в трёхфазных четырёхпроводных сетях несимметричность параметров будет менее заметна, так как нулевой провод выравнивает неравномерность напряжения по фазам.

Так как на практике добиться идеальной симметричности невозможно, некоторое отличие значений напряжений является допустимым. Значения токов в каждой из фаз могут отличаться не более, нежели в три раза (а именно 30%) в распределительных щитах. Во вводных панелях распределительных устройств разница параметров должна отличаться не более чем в 6,5 раз (15%).

Допустимые нормы значений перекоса

Поскольку в трехфазных сетях предотвратить и полностью устранить перекосы невозможно, существуют нормы несимметрии, в которых установлены допустимые отклонения. В первую очередь это ГОСТ 13109 97, ниже приведена вырезка из него (п. 5.5), чтобы избежать разночтения документа.

Нормы несимметрии напряжения  ГОСТ 13109-97

Поскольку, основная причина перекоса фаз напрямую связана с неправильным распределением нагрузок, существуют нормы их соотношения, прописанные в СП 31 110. Вырезку из этого свода правил также приведем в оригинале.

Вырезка из СП 31-110 (п 9.5)

Здесь необходимы пояснения в терминологии. Для описания несимметрии используются три составляющих, это прямая, нулевая и обратная последовательность. Первая считается основной, она определяет номинальное напряжение. Две последние можно рассматривать в качестве помех, которые приводят к образованию в цепях нагрузки соответствующих ЭДС, которые не участвуют в полезной работе.

От чего зависит симметрия напряжений

Симметрия напряжения системы между распредсетями и потребителями электроэнергии зависит от:

• импеданса силовой цепи;
• напряжений на выводах генератора;
• тока, протекающего через приемники, сети передачи и распределения (распределение мощности в системе).

Напряжения на выходных контактах генераторов, как правило, симметричны из-за конструктивных особенностей и эксплуатационных характеристик синхронных машин, применяемых для выработки электроэнергии на электрических станциях. В случаях задействования асинхронных агрегатов, например, в ветряных установках, также получается симметричное трехфазное напряжение.

В локальных сетях генерации и распределения энергии, созданных со стороны потребителя, могут наблюдаться отличающиеся процессы. Многие из этих небольших блоков, например, фотоэлектрические элементы, подключенные к низковольтной сети силовой электроникой, имеют относительно высокий импеданс, что вызывает усиливающийся дисбаланс напряжения.

Сопротивление части энергосистемы неодинаково для отдельных фаз. Геометрическое расположение линий с асимметрией относительно земли вызывает различия и в их электрических параметрах. В целом, эти отклонения очень малы и могут быть незначительными при использовании превентивных мер.

Асимметрия на стороне нагрузки

Наиболее распространенными являются случаи перекоса фаз на стороне нагрузки. Приемниками, вызывающими асимметрию в сети, являются:

• блоки однофазных нагрузок, подключенных к трехфазной, например, индукционные печи, сварочный трансформатор;
• трехфазные приемники, работающие с периодической асимметрией (дуговые печи);
• множество неравномерно распределенных однофазных нагрузок, включенных между фазными и нейтральными проводниками, например, у муниципальных потребителей в низковольтных сетях.

Асимметрия нагрузок по фазам

Важно! Неисправность системы также является причиной перекоса фаз. Распространенными случаями являются замыкания на землю, неисправности проводов. Такие дефекты вызывают падения напряжения в одной-двух фазах, что может способствовать перенапряжению в других фазах.

Последствия перекоса фаз:

1. Снижение эксплуатационного срока электрооборудования;
2. Увеличение энергопотребления;
3. Нарушения в работе двигателей и генераторов, снижение их мощности;
4. Возможность повреждения электроприборов и устройств.

Причины возникновения

Нарушение симметричности напряжений в трёхфазной цепи — нежелательная ситуация. Поэтому для того чтобы её устранить, необходимо понять, почему она может возникнуть. Причины перекоса фаз в трёхфазной сети сводятся к основным трём обстоятельствам:

• неравномерное группирование потребителей;
• отсоединение нулевого провода;
• замыкание фазного провода на землю.

При неправильном распределении потребителей в трёхфазной трёхпроводной цепи, напряжение на них будет существенно отличаться. Потребители, обладающие наименьшим сопротивлением, окажутся под повышенным напряжением. Токоприёмники с большим значением сопротивления будут иметь напряжение, не достигающее оптимального значения.

Неравномерное распределение нагрузки оказывает влияние как на источники и приёмники электрической электроэнергии, так и на потребителей. Для электроприёмников перекос грозит снижением срока службы их работы.

На источниках электроэнергии неравномерное распределение напряжения по фазам скажется в виде увеличенного потребления энергии, повреждений изоляции, износа, сокращение срока службы. При использовании автономного дизельного генератора увеличится расход топлива и охлаждающего вещества.

Снижение качества электрической изоляции для потребителей чревато такими последствиями:

• повреждение, поломка бытовых приборов или электрической проводки;
• возникновение пожара;
• получение травм;
• выход из строя электроприборов.

Опасность и последствия перекоса

Чем опасен перекос фаз в электросети? Условно негативные моменты можно разделить на три группы:

1. Вред для электрических приемников (приборов, оборудования): их повреждение, уменьшение срока использования.
2. Вред для источников электроэнергии: механические повреждения, увеличение потребления электроэнергии, уменьшения срока эксплуатации источника.
3. Последствия для потребителей: увеличение расходов на электричество, необходимость ремонта электрооборудования, возможное получение травм.

Из-за того что электроэнергия распределяется по проводникам неравномерно, в электросети значительно увеличивается потребление электричества. Трехфазная сеть, у которой образовалась несимметрия, может снизить срок эксплуатации электроприборов и бытовой техники.

Если это автономная электростанция, то расход масла и топлива при такой ситуации значительно увеличивается, а генератор может сломаться. В случае, когда одна фаза получает больше напряжения, чем две другие, электробезопасность нарушается. А это может привести к различным электротравмам, а также к возгоранию электрических бытовых приборов и самой проводки.

Как видно последствия такого явления значительные и их решение и устранение может привести к большим материальным затратам. Для того чтобы избежать подобной неприятной ситуации, следует заранее принимать определенные меры.

Видео

Защитные методы

Существует несколько способов защиты низковольтных потребительских сетей от перекоса фазных напряжений. Первым способом является расчет нагрузочных токов и конструктивное планирование их с целью обеспечения равномерности распределения мощностей.

Нагрузки со стороны низкого напряжения, такие как бытовые электроприборы или осветительные сети, обычно однофазные, что затрудняет гарантию симметрии. При планировании электрической сети, содержащей такие типы электроприемников, отдельные схемы должны быть равномерно распределены между тремя фазами, например, одна фаза на этаж. Мерой по защите от перекоса фаз может служить и изменение рабочих параметров нагрузок в существующих сетях.

Важно! Несмотря на распределение, баланс нагрузок в центральном трансформаторе варьируется из-за изменения статистических циклов работы оборудования.

Другие защитные методы:

1. Применение релейной аппаратуры, фиксирующей напряжение и автоматически срабатывающей на отключение при появлении асимметрии выше заданного показателя. При выравнивании значений напряжения подается сигнал на обратное включение;

Реле контроля напряжения

2. Переустройство схемы фазных соединений при значительных изменениях характера нагрузки;
3. Применение стабилизаторов напряжения, трансформаторов для симметрирования нагрузочных токов и другого оборудования.

Стабилизатор

Бытовое применение стабилизаторов предназначено для обеспечения неизменных показателей напряжения одной питающей фазы. Но они не влияют на перекос фаз в трехфазной сети. В промышленности применяют трехфазные устройства.

Стабилизатор напряжения

Основная функция аппарата – обеспечить выходное напряжение, питающее подсоединенные к нему устройства. Большинство стабилизаторов имеет электронные фильтры, целью которых является подавление шума и пикового напряжения. Стабилизатор защищает как от пониженного напряжения, так и от перенапряжения.

Симметрирующий трансформатор

Эти трехфазные устройства подключаются для питания потребительских электросетей и обладают рядом полезных функций:

• симметрируют нагрузку в питающей сети, независимо от фазных токов электроприемников;
• при подсоединении электрооборудования с мощным потреблением сглаживают просадку напряжения;
• уменьшают потери электроэнергии.

Симметрирующие трансформаторы возможно использовать, как для питания трехфазной нагрузки, так и для создания однофазных схемных конфигураций. В случае наличия трехфазной системы без нейтрального проводника устройство преобразует ее в четырехпроводную систему с N-проводом.

Альтернативные способы устранения фазных перекосов – использование конденсаторных батарей с треугольным соединением, включение специальных трансформаторов с дополнительной нагрузкой в виде конденсатора и индуктивности и другие.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (7 голосов, среднее: 4.3 из 5) Загрузка...