Conținutul articolului
- O excursie în teoria ingineriei electrice
- Cauzele și consecințele dezechilibrului de fază
- Restaurare neutră de sârmă
- Stabilizatori de fază inverter
- Transformatoare de echilibrare
- Protecție la supratensiune
Nici aparatele de uz casnic, nici echipamentele de producție nu pot funcționa fără o sursă de alimentare stabilă. Dezechilibrul de încărcare și tensiune sau dezechilibrul de fază este cauza principală a defecțiunilor și defecțiunilor. Acest fenomen poate și trebuie combătut, ceea ce necesită o înțelegere cuprinzătoare a regulilor de funcționare a unei rețele electrice trifazate.
O excursie în teoria ingineriei electrice
Sistemul trifazat de curent alternativ a fost introdus în industrie acum mai bine de un secol, practic sub forma în care a supraviețuit până în zilele noastre. Principalul dezvoltator al rețelei trifazate este considerat Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, un om de știință intern care a luat ideile lui Nikola Tesla ca bază pentru evoluțiile sale.
Avantajele unei rețele trifazate sunt evidente: dacă, în timpul rotirii câmpului magnetic, un curent apare simetric și constant pe înfășurarea pe trei poli a generatorului, forma sa poate fi utilizată cu ușurință pentru a inversa conversia energiei electrice în rotație. În era dezvoltării progresului științific și tehnologic, capacitatea de a utiliza liber mașini electrice a fost extrem de importantă și rămâne așa..
Unitate de alimentare garantată AGM-7.5
Cu toate acestea, sistemul de alimentare cu trei faze nu este lipsit de dezavantajele sale. Tensiunile din fiecare dintre faze sunt interconectate de coeficientul de simetrie. Într-o rețea trifazată, se disting două tipuri de tensiuni electrice: liniară, care acționează între faze și fază, care este măsurată între fază și firul neutru. Dacă sarcina pe fiecare fază este aceeași (simetrică), tensiunea de linie este de 3 ori mai mare decât tensiunea de fază. Având în vedere că inversarea polarității tensiunii pe fiecare fază alternează cu restul și se suprapune parțial în timp, denivelările semnificative în distribuția încărcăturilor conduc la o funcționare instabilă a întregului sistem.
Cauzele și consecințele dezechilibrului de fază
Când apare asimetria de sarcină, se observă o pierdere de tensiune de fază într-una din faze, în timp ce tensiunea de linie rămâne constantă. Circuitul conform căruia sunt conectate încărcările trifazate poate fi considerat un împărțitor de tensiune: căderea sa în faza cea mai încărcată va fi maximă datorită rezistenței scăzute, în timp ce, în cele mai puține faze, tensiunea va crește și va avea tendință liniară. Cu alte cuvinte, tensiunea în faze este distribuită proporțional cu sarcina conectată.
Observăm acest lucru în rețelele electrice menajere: toți consumatorii sunt conectați la diferite faze, dar nu există nicio garanție că, cu o individualitate strictă a modurilor de funcționare și a puterii echipamentelor electrice, sarcina va fi distribuită uniform. Prin urmare, cea mai comună schemă pentru conectarea încărcăturilor într-o rețea trifazată, numită „stea”, este completată cu un fir neutru conectat la un punct central și conectat electric la sistemul de împământare. Datorită acestei adăugări, efectul încărcărilor dezechilibrate asupra tensiunilor de fază este redus semnificativ, în timp ce eficiența egalizării depinde în mare măsură de conductivitatea conductorului neutru..
Dacă conductivitatea este insuficientă sau conductorul neutru este întrerupt, dezechilibrul de sarcină crește din nou și determină o distribuție neuniformă a tensiunilor de fază. Un astfel de mod de funcționare a rețelei de energie electrică este plin de consecințe grave: cu o creștere a tensiunii la fiecare consumator activ, puterea curentă crește până la valorile limită, filtrele capacitive ale dispozitivelor de conversie a puterii defecționează, probabilitatea de avarie a izolației crește, supraîncălzirea și o creștere a curenților paraziți sunt observate la motoarele trifazate. O întrerupere zero în rețeaua orașului va cauza cu siguranță daune aparatelor electrice conectate la o sucursală neprotejată, chiar dacă nu funcționează în acest moment. Adesea, deteriorarea echipamentelor este ireversibilă, în plus, probabilitatea unui incendiu crește semnificativ. Dezechilibrul de fază afectează, de asemenea, negativ sursele de alimentare trifazate – transformatoare de reducere a puterii și generatoare trifazate..
Restaurare neutră de sârmă
Pentru a transmite electricitatea pe distanțe lungi, se utilizează tensiuni colosale, datorită cărora este posibilă reducerea secțiunii transversale a conductoarelor la valori rezonabile. Pe măsură ce ne apropiem de consumator, există o scădere treptată a tensiunii cu ajutorul transformatoarelor de putere și o ramificare treptată a rețelei electrice. Nu este nevoie să conectați transformatoarele cu un fir neutru, un conductor atât de minunat, precum scoarța pământului face față perfect acestei sarcini. Prin urmare, o rupere zero poate avea loc numai în etapa finală a transformării: o stație de descărcare de 6-0,4 kV sau în orice punct al rețelei de distribuție de joasă tensiune.
Pentru a ne da seama unde este posibilă o rupere a cablului neutru, să ne întoarcem la un exemplu clasic – o rețea trifazată de alimentare a unei clădiri de apartamente. În canalul tehnic care leagă zonele podelei se poate pune un cablu cu trei nuclee și un autobuz de împământare comun. De asemenea, este posibil să conectați magistrala neutră la bucla de împământare a stației de subsol folosind al patrulea miez al cablului. În aproape toate cazurile, este destul de simplu să se determine locația pauzei, este suficient doar pentru a măsura potențialul electric dintre magistrală zero și sol cu un voltmetru. Dacă dispozitivul prezintă valori apropiate de abaterea tensiunii de fază de la normă, atunci locul deteriorarii trebuie să fie căutat mai devreme conform schemei, îndreptându-se către stație.
Situația este diferită în cazul liniilor electrice aeriene. Firul neutru urmează împreună cu cele faze de-a lungul întregii lungimi a rețelei de distribuție, pornind de la sub-stație sau transformator. În mod natural, nimeni nu va măsura în mod independent tensiunea dintre conductorul neutru și sol la fiecare pol al liniei de transmisie aeriene. Pauzele pot fi determinate doar vizual, și chiar mai bine – de forțele lucrătorilor serviciilor de urgență. În plus, observăm că nu are sens să împământăm independent conductorul neutru în zona dvs. de responsabilitate, deoarece în acest caz, descărcarea întregii rețele va avea loc de-a lungul conductorului consumatorului, ceea ce înseamnă că curentul va curge prin contor.
Stabilizatori de fază inverter
Nu numai consumatorii cu o conexiune monofazată, ci și rețelele de abonați trifazate, inclusiv cele industriale, suferă de asimetria tensiunilor și curenților. Unul dintre cele mai eficiente moduri de a rezolva problema dezechilibrului de fază este instalarea unui stabilizator de fază. Spre deosebire de stabilizatorii convenționali de tensiune, stabilizatorii de fază elimină asimetria prin amplificarea sau redistribuirea sarcinii..
De fapt, funcția unui stabilizator de echilibrare polifazic poate fi îndeplinită de un ansamblu de trei stabilizatori monofazati de tensiune. Cu toate acestea, dacă trei dispozitive sunt combinate într-unul singur, acest lucru poate promite beneficii semnificative. Principiul funcționării unui dispozitiv trifazat constă în faptul că are un singur dispozitiv de stocare și conversie de energie, în rolul căruia este un transformator de impulsuri. Pe scurt: un stabilizator monofazat, instalat în faza cea mai slabă, este obligat să compenseze creșterea tensiunii prin creșterea consumului de energie electrică, care este însoțit de o scădere puternică a eficienței convertizorului.
La rândul lor, stabilizatorii trifazici atrag energia necesară pentru egalizare din fazele în care tensiunea este mai mare decât cea nominală, datorită căreia valoarea pierderilor de conversie este mult mai mică. În acest caz, se realizează o sarcină suplimentară pe fazele descărcate, adică nu numai consumatorul, ci și parțial rețeaua de alimentare este stabilizată. Prezența unui invertor comun vă permite, de asemenea, să mențineți o rețea trifazată cu o lipsă temporară de tensiune pe una din fazele de putere.
Stabilizator de tensiune trifazat FNEX SBW 100
Nu fără defecte. În primul rând, aceasta este complexitatea dispozitivului și costul ridicat al dispozitivelor de stabilizare trifazate. În mare parte, stabilizatorii de fază sunt folosiți la sursa de energie a întreprinderilor mici echipate cu echipamente electrice cu un consum total de energie de până la 80-100 kVA: case de cazane, stații de bază pentru comunicații mobile, magazine de mobilier. Pentru consumatorii mai puternici, sunt furnizate alte metode de stabilizare.
Transformatoare de echilibrare
Un alt tip de dispozitiv pentru stabilizarea curenților și tensiunilor sunt transformatoarele balun. Au o gamă de putere mai largă. Pentru rețele cu un consum de energie de până la 400 kVA, se recomandă instalarea transformatoarelor de joasă tensiune de tip TST, pentru mai puternice – transformatoare de echilibrare de 6 / 0,4 kV de tip TMGSU.
Ambele tipuri de transformatoare diferă de transformatoarele de putere convenționale prin faptul că au o înfășurare suplimentară. Acesta este situat în paralel cu înfășurările primare și este conectat între zero de lucru și bucla de masă a punctului mijlociu al transformatorului. Principiul de funcționare este simplu: atunci când apare o asimetrie de sarcini în firul neutru, apare un curent, care este transmis către miezul magnetic al transformatorului, apoi trage în faza cea mai încărcată. Compensarea se efectuează automat datorită diferenței dintre perioadele de oscilație ale diferitelor faze.
Transformatoarele TMGSU practic nu diferă de baloanele de joasă tensiune. Plasarea dispozitivului de echilibrare a fazelor pe stadiul de transformare descendentă face pur și simplu posibilă excluderea unui lanț de transformare suplimentar și, în consecință, evitarea pierderilor suplimentare în circuitul magnetic. Simplitatea, fiabilitatea și costurile reduse fac din transformatoarele balun cea mai bună soluție pentru rețelele cu cerințe mici de puritate sinusoidală. Cu toate acestea, transformatoarele nu au o gamă atât de largă de funcții de protecție și stabilizare pe care le au dispozitivele de tip inverter..
Protecție la supratensiune
Ei bine, ce zici de consumatorii cu conexiune monofazată? Din păcate, nu este posibil să influențăm cumva probabilitatea de dezechilibrului și creșterea rezultată a tensiunii. Astfel de fenomene se întâmplă periodic, defectul este în echipamentul insuficient al rețelelor de portbagaj, lipsa de lucru la prognozarea încărcărilor și starea tehnică deplorabilă a sistemelor de electrificare.
Cu toate acestea, vă puteți proteja în continuare propriile instalații electrice. Cel mai simplu mod este să instalați un releu de tensiune, care va opri alimentarea obiectului atunci când parametrii de funcționare maximă apar în rețea. Dacă chiar o lipsă temporară de alimentare a instalației este inacceptabilă, există două modalități de protecție împotriva dezechilibrului de fază: instalarea unui stabilizator monofazat sau echiparea grupului de distribuție de intrare a comutatoarelor automate de transfer cu o sursă de alimentare autonomă.
Ce sunt principalele cauze ale dezechilibrului de fază și ce măsuri de protecție pot fi luate pentru a evita această situație în instalațiile electrice?
Ce sunt cauzele principale ale dezechilibrului de fază și cum putem proteja echipamentele electrice împotriva acestuia?