Mi a fázis egyensúlyhiánya?

Ezt a kifejezést olyan hálózati állapot leírására használják, amelyben a fázisok között egyenetlen terhelések lépnek fel, ami egyensúlyhiányhoz vezet. Ha elkészít egy ideális háromfázisú hálózat vektordiagramját, akkor az úgy néz ki, mint az alábbi ábrán látható.

Feszültségdiagram ideális háromfázisú hálózatokban

Mint az ábrán látható, ebben az esetben mind a hálózati feszültség (AB = BC = CA = 380,0 V), mind a fázisfeszültség (AN = BN = CN = 220,0 V) megegyezik. Sajnos a gyakorlatban irreális az ilyen ideális egyenlőség elérése. Vagyis a hálózat vonalas feszültsége általában egybeesik, miközben vannak eltérések a fázisfeszültségekben. Bizonyos esetekben túlléphetik a megengedett határt, ami vészhelyzethez vezet.

Példa egy feszültségdiagramra, amikor ferde helyzet fordul elő

A fázis egyensúlyhiány problémájának megoldása

Az alábbiakban bemutatott speciális eszközöket bizonyos teljesítménytartalékkal (20-25%) választják meg. Ez meghosszabbítja a berendezés élettartamát, megkönnyíti a berendezések mozgatását és az új rakományok csatlakoztatását. Pénzt takaríthat meg, ha csak bizonyos fogyasztói csoportok számára hozhat létre védelmet.

Lásd még: Kandallók javítása: a leggyakoribb meghibásodások kiküszöbölésének jellemzői

Stabilizátor

Az ilyen eszközök használhatók egy adott feszültségszint fenntartására egy vagy három fázisban. Általános szabályként az impulzus zaj szűrését is biztosítják. A drága modellek a kimeneten jelet képeznek, minimális szinuszos torzítással.

Modern elektronikus stabilizátor a működési paraméterek kijelzésével az LCD képernyőn

Kiegyensúlyozó transzformátor

Ennek a kategóriának a megfelelő kialakítású készülékeit egy- és háromfázisú hálózatokban használják. Segítségével:

• biztosítja az áramellátás azonos terheléseloszlását, függetlenül az áramok tényleges eloszlásától a fázisvonalakon;
• megakadályozza a feszültségesést (kisimítsa a tranzienset), amikor erős motorokat és más induktív jellemzőkkel rendelkező termékeket csatlakoztat;
• optimalizálja az energiafogyasztást, amikor a terhelés eltér a belső ellenállás kifejezett reaktív paramétereitől.

A kiegyenlítő transzformátor helyett kondenzátor készleteket használnak a ferdeség kiküszöbölésére. Kapacitív / induktív kompenzációs elemek kombinált összekapcsolását is használják.

Az eltérési értékek megengedett normái

Mivel lehetetlen megakadályozni és teljesen megszüntetni az egyensúlyhiányokat a háromfázisú hálózatokban, vannak olyan egyensúlyhiányos normák, amelyekben megengedett eltéréseket állapítanak meg. Először is ez a GOST 13109 97, az alábbiakban egy kivágás található belőle (5.5. Pont) a dokumentumban szereplő zavart elkerülése érdekében.

A feszültség kiegyensúlyozatlanságának normái GOST 13109-97

Mivel a fázisok kiegyensúlyozatlanságának fő oka közvetlenül összefügg a terhelések helytelen elosztásával, arányukra vonatkozóan vannak normák, amelyeket az SP 31 110 előír. Az e szabályrendszerből kivonatot adunk az eredetiben is.

Vágás SP 31-110-től (9.5. Tétel)

A terminológia tisztázása itt szükséges. A kiegyensúlyozatlanság leírására három komponenst használnak, ezek előre, nulla és reverz szekvencia. Az elsőt tekintjük a főnek, ez határozza meg a névleges feszültséget. Az utóbbi kettő olyan interferenciának tekinthető, amely megfelelő EMF kialakulásához vezet a terhelési áramkörökben, amelyek nem vesznek részt a hasznos munkában.

A jelenség okai

Ennek az akciónak számos oka van. Az egyensúlyhiány bekövetkezésének fő oka a terhelés helytelen és egyenetlen eloszlása ​​a belső elektromos hálózatban, amikor az egyik fázis túlterhelést kap. Ennek eredményeként a második és a harmadik jelentős alulterheléssel fog működni.

Egy olyan hálózatban, ahol csak egy fázis van, a terhelés is növekedhet. Ez akkor fordul elő, ha nagyszámú háztartási készüléket kapcsolnak be. Ezután a ferdeség észrevehetővé válik, mivel csökken az áram és az eszközök nem működnek.

Annak a ténynek köszönhetően, hogy a háztartási készülékek nem megfelelően működnek, ez meghibásodáshoz vezethet. Általános szabályként a motorokat a legtöbb eszköz gyenge pontjának tekintik. Ezért ők buknak meg. Egy speciális eszközzel (áramkapocs) ellenőrizheti, hogy hol van eltérés, ami segít meghatározni, hogy melyik áramkörön van túlterhelés.

A háromfázisú hálózat szilárdan megalapozott semleges. Ő egyenlíti ki az egyenetlen feszültségelosztást az elektromos áramkörben. De nulla törés esetén az egyik fázis átveszi a semleges szerepét. Ekkor a rajta lévő feszültség elérheti a 380 voltot, a többin pedig 127 volt és annál alacsonyabb lesz.

Lásd még: Hogyan készítsünk manzárdtetős szarufákat – a szarufa rendszer telepítésének jellemzői

A fázis egyensúlyhiányának okai egy háromfázisú hálózatban

Mint fent említettük, az elektromos hálózat ilyen állapotát leggyakrabban a terhelés egyenetlen összekapcsolása a fázisokkal és a nullában való törés okozza. Leggyakrabban ez 1 kV-ig terjedő hálózatokban nyilvánul meg, ami összefügg az egyfázisú elektromos vevők közötti villamosenergia-elosztás sajátosságaival.

A háromfázisú transzformátor tekercsek csillagkapcsolásúak. A tekercsek csomópontjából egy negyedik vezetéket vesznek ki, amelyet nulla vagy semlegesnek neveznek. Ha a semleges vezetékben szakadás következik be, akkor a hálózat feszültség-kiegyensúlyozatlansága következik be, és az egyensúlyhiány közvetlenül függ az aktuális terheléstől. Az alábbiakban egy ilyen helyzetre mutatunk be példát. Ebben az esetben az RH a terhelések ellenállása, amelyek értéke azonos.

A nyitott semleges által okozott fázis egyensúlyhiány

Ebben a példában az A fázishoz kapcsolt terhelés feszültsége meghaladja a normát, és lineáris lesz, a C fázisban pedig a megengedett határ alá esik. A megállapított norma feletti terhelés egyensúlyhiány hasonló helyzethez vezethet. Ebben az esetben a túlterhelt fázisok feszültsége megnő, a túlterhelt fázisokon pedig csökken.

A feszültség-egyensúlyhiányt a hálózat nyitott fázisú üzemmódban történő működése is okozza, amikor a fázisvezető testzárlatos. Vészhelyzetekben megengedett a hálózat működtetése olyan üzemmódban, amely biztosítja a fogyasztók áramellátását.

A fentiek alapján a fázis egyensúlyhiányának három fő oka állítható:

1. Egyenetlen terhelés a háromfázisú hálózat vonalon.
2. Amikor a semleges megtörik.
3. Az egyik fázisvezeték testzárlattal.

A fázis egyensúlyhiányáról "az ujjakon"

Első közelítésben a feszültség-egyensúlyhiány összehasonlítható egy gömbbel, amelyet egy lengőkarral a gerendamérlegre helyeznek. Az izzó súlya az energiafogyasztással azonosítható.

Egyensúlyi állapotban a labda középen lesz. Ha a hintázó billent, akkor a labda gurulni kezd. Minél közelebb van a labda a gerenda végéhez, annál nehezebb helyreállítani az ilyen súlyok egyensúlyát.

Egy háromfázisú villamosenergia-hálózatban körülbelül ugyanaz a helyzet alakul ki a ferde helyzet tekintetében. A problémát egyrészt bonyolítja az a tény, hogy a labda súlya nem ismert, és ez is mozog. Másrészt a mérlegnek már három karja van.

Ezért nem világos, hogy melyik rockeren gurul a labda. Ha a labdát nem állítják meg időben, akkor a billenőkar végéről a mérlegre esik, és a mérleget nem lehet egyensúlyba hozni külső beavatkozás nélkül.

A potenciálkülönbség kiegyenlítése érdekében a háromfázisú hálózathoz további vezetéket adtak, amelyet nulla vagy "semleges" néven neveztek el. A semleges buszban jelenlévő áram mennyisége kompenzálja az egyes fázisok közötti áramok különbségét, amelyek értékeiben jelentősen eltérhetnek. Ennek eredményeként a fázispotenciál különbség kiegyenlítődik.

A grafikonon ez a folyamat például így ábrázolható:

Lásd még: Barkács-alagsor átfedés: monolit, előre gyártott vagy előre gyártott-monolit, fa szerkezetek

A zöld vonalak mutatják az egyensúly állapotát. A piros szín mutatja a hozzávetőleges feszültségváltozásokat, amelyek háromfázisú hálózat esetén feszültség-egyensúlyhiány esetén jelentkezhetnek.

Ha a "C fázis – N pont" vektor értéke meghaladja a 300 voltot, akkor vészhelyzet áll elő. Ha az N pont egybeesik az "A fázissal" vagy a "B fázissal" (a vészhelyzet szélsőértékei), akkor a fázis kiegyensúlyozatlansága (N – N ‘szegmens) megközelíti a szélső értékét, és ebben az esetben 220 volt lesz. , a "Phase C – N ‘" vektor a névleges 220 volt helyett 380 volt feszültségnek felel meg.

Kiegyensúlyozatlanság a nagyfeszültségű hálózatokban

Néha a hozzá kapcsolt berendezések hasonló állapotot okozhatnak a 6,0-10,0 kV-os hálózatban, tipikus példaként ívolvasztó kemencét lehet említeni. Annak ellenére, hogy nem tartozik az egyfázisú berendezések közé, az íváramot fázisokban vezérlik benne. Az olvadás során aszimmetrikus rövidzárlat is előfordulhat. Figyelembe véve, hogy vannak ívolvasztó berendezések, amelyek 330,0 kV feszültségről táplálkoznak, kijelenthető, hogy ezekben a hálózatokban lehetséges a fázis egyensúlyhiány.

A nagyfeszültségű hálózatokban a fázis egyensúlyhiányt a távvezeték tervezési jellemzői, nevezetesen a fázisok eltérő ellenállása okozhatja. A helyzet orvoslása érdekében a fázisvezetékeket átültetik, ehhez speciális tartóelemeket helyeznek el. Ezek a drága szerkezetek nem különösebben tartósak. Az ilyen támaszokat nem különösebben kívánják felszerelni, inkább a villamos energia minőségét áldozzák fel, mint az elektromos vezetékek megbízhatóságát.

Fázis egyensúlyhiány: definíció, előfordulásának okai és a védekezés módszerei

Egyfázisú üzemmódban a feszültségértéknek 220 voltnak, háromfázisú módban pedig 380 voltnak kell lennie. De a valóságban ezek a számok gyakorlatilag nem fordulnak elő.

Ezért a kimenet feszültségértékének ellenőrzésével egyértelműen ellenőrizheti a fázishelyzet fennállását.

Ahhoz, hogy a feszültség értéke közelebb kerüljön a standard értékekhez, meg kell értenie, mit jelent a "fázishelyzet" kifejezés, annak okai és a lehetséges orvoslások.

• A koncepció lényege
• Az előfordulás okai
• Védelmi módszerek
• A ferdeség következményei

A fázis egy elektromos áramkör, amelynek értéke szinuszos elektromotoros erővel bír.

A háromfázisú áramkör viszont három elektromos áramkörből áll, amelyek szinuszos elektromotoros erővel rendelkeznek, az áram azonos amplitúdójával és frekvenciájával.

A háromfázisú hálózat három szinuszos áramból vagy feszültségből áll, amelyek frekvenciája azonos és 120 fokos szöget zárnak be.

Ha az elektromos energia fogyasztói egyenetlenül kapcsolódnak a hálózat fázisaihoz – például a többség az egyikbe koncentrálódik, a másik kettőben pedig sokkal kevesebb lesz belőlük -, ez feszültség aszimmetriához vezet. Ugyanakkor a háromfázisú négyvezetékes hálózatokban a paraméterek aszimmetriája kevésbé lesz észrevehető, mivel a semleges vezeték kiegyenlíti a fázisokban a feszültség egyenetlenségeit.

Veszélyek és következmények

Úgy gondolják, hogy a kiegyensúlyozatlanság legjelentősebb hatásai a gyenge energiaminőséghez kapcsolódnak. Ez minden bizonnyal igaz, de nem szabad megfeledkeznünk egyéb negatív hatásokról sem. Ide tartozik a kiegyenlítő áramok képződése, ami növeli az elektromos energia fogyasztását. Háromfázisú autonóm villamos generátor esetén ez a dízel vagy benzin megnövekedett fogyasztásához is vezet.

A terhelés egyenletes összekapcsolása esetén a rajta áthaladó áramok geometriai összege közel lenne a nullához. Ha ferde helyzet lép fel, akkor a kiegyenlítő áram és az eltolt feszültség nő. Az első növekedése a veszteségek növekedéséhez vezet, a második – a háztartási gépek vagy egyéb berendezések instabil működéséhez, a védőeszközök beindításához, az elektromos szigetelés gyors romlásához stb.

Soroljuk fel, milyen következmények várhatók, ha ferdeség jelenik meg:

1. Fázisfeszültség-eltérés. A terhelések megoszlásától függően két lehetőség lehetséges:

• A feszültség magasabb, mint a névleges. Ebben az esetben a háztartási aljzathoz csatlakoztatott elektromos készülékek többsége valószínűleg meghibásodik. Amikor a védelem beindul, az eredmény kevésbé lesz tragikus.
• A feszültség a normálérték alá csökken. Az elektromos motorok terhelése növekszik, az elektromos gépek teljesítménye csökken, és az indító áramok nőnek. Elektronikai hibákat észlelnek, az eszközök kikapcsolódhatnak és nem kapcsolhatnak be, amíg az egyensúlyhiány megszűnik.

1. A berendezések villamosenergia-fogyasztása növekszik.
2. Az elektromos berendezések rendellenes működése az élettartam csökkenéséhez vezet.
3. A felszerelés erőforrása csökken.

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy az egyensúlyhiány életveszélyes lehet. A névleges feszültség túllépése esetén a rövidzárlat valószínűsége a vezetékekben nem nagy, feltéve, hogy nem kopott el, és a kábelt helyesen választották meg. Ebben az esetben veszélyesebbek a hálózathoz csatlakoztatott elektromos készülékek. Ha ferde helyzet jelenik meg, rövidzárlat keletkezhet a tokban vagy tűz keletkezhet egy elektromos készülékben.

A fáziskiegyenlítés alternatív technológiája a fázisfeszültség egyensúlyhiányának kiküszöbölésére

A fázisfeszültségek egyensúlyhiányának kiküszöbölése és az adott fázisfeszültség biztosításának problémájának megoldása érdekében olyan technológiát kell használni, amely lehetővé teszi a feszültség kiegyenlítését nem az egyes fázisok külön-külön, hanem a fázisok kiegyensúlyozását, a teljes háromfázisú rendszer kiegyensúlyozása. Egy ilyen kiegyenlítő transzformátor eszköz sokkal nagyobb hatékonysággal rendelkezik, nemcsak maga fogyaszt kevesebb áramot, hanem csökkenti a hálózatból származó energiafogyasztást az energiafogyasztók számára.

A fáziskiegyensúlyozó technológia használatának előnyei:

Jövedelmezőség:

• a hálózat energiafogyasztásának csökkentése a terhelés fenntartása mellett;
• az elektromos fogyasztók áramellátásának költségeinek csökkentése;
• a villamos energia és más erőforrások fogyasztásának csökkentése a fázisfeszültségek előírt értékének biztosítása érdekében;
• az üzemanyag, az olaj és a hűtőfolyadék költségeinek csökkentése, ha generátorról hajtják őket;
• a generátor költségeinek csökkentése, mivel a technológia lehetővé teszi alacsonyabb teljesítményű generátor használatát ugyanarra az eszközcsoportra;
• a fázis egyensúlyhiány miatt megsérült elektromos vevőkészülékek javítási, szerviz- és vásárlási költségeinek csökkentése;
• az adott feszültségérték biztosítására tervezett, alacsony megbízhatóságú és alacsony hatásfokú eszközök (például elektromechanikus és elektronikus háromfázisú feszültségstabilizátorok) javítási, szerviz- és beszerzési költségeinek csökkentése.
• a háromfázisú energia 50% -áig terjedő kapacitású fázisfogyasztók csatlakoztatásának lehetősége.

Megbízhatóság

• Az elektromos vevők megbízhatósága. Védelem, stabil és problémamentes működésük biztosítása.
• Az eszköz megbízhatósága a fázisterhelések kiegyenlítésére és a fázisfeszültség egyensúlyhiányának kiküszöbölésére. A készülék működési elve a tekercsek mágnesezettségének megfordításán alapul. A mozgó és elektronikus alkatrészek hiánya rendkívül megbízhatóvá, gyakorlatilag problémamentessé teszi a készüléket.
• Az áramforrás megbízhatósága. A generátor védelme a generátor tengelyeinek és a hajtómotor csapágyainak mechanikai károsodása ellen a fázishelyzet miatt.

Biztonság

• Védelem az elektromos sérülések, az elektromos vezetékek vagy az elektromos vevők tüze ellen, amelyet a szigetelés romlása okoz a fázis egyensúlyhiánya miatt.
• Biztonság biztosítása földelő védőintézkedések alkalmazásával.

Védelem a fázis egyensúlyhiánya ellen egy háromfázisú hálózatban

A fent leírt eltérés negatív következményeinek minimalizálására a legegyszerűbb, de ennek ellenére hatékony módszer egy fázisfigyelő relé telepítése. Az ilyen eszköz megjelenése és csatlakoztatásának példája (ebben az esetben háromfázisú mérő után) az alábbiakban található.

Fázisvezérlő relé (A) és példa csatlakozására (B)

Ennek a háromfázisú gépnek a következő funkciói lehetnek:

1. Figyelje az elektromos áram amplitúdóját. Ha a paraméter kívül esik a beállított határokon, akkor a terhelés lekapcsolódik az áramellátásról. Általános szabály, hogy az eszköz választerülete a hálózat jellemzőinek megfelelően állítható be. Ez az opció minden ilyen típusú eszközhöz elérhető.
2. Az összekötő fázisok sorrendjének ellenőrzése. Ha a váltakozás helytelen, akkor az áramellátás megszakad. Ez a típusú vezérlés fontos lehet bizonyos berendezéseknél. Például háromfázisú aszinkron elektromos gépek csatlakoztatásakor attól függ, hogy a tengely melyik irányba fog forogni.
3. Egy nyitott áramkör ellenőrzése egyes fázisokban, ha ilyeneket észlelnek, a terhelés lekapcsolódik a hálózatról.
4. A funkció figyeli a hálózat állapotát, amint megjelenik az egyensúlyhiány, ez kiválik.

A fázisvezérlő relékkel együtt háromfázisú feszültségstabilizátorok használhatók, amelyek segítségével kissé javíthatja az áram minőségét. De ez a lehetőség nem különbözik hatékonyságában, mivel az ilyen eszközök maguk is felhívhatják a szimmetria megsértését, emellett veszteségek jelentkeznek a stabilizátorokon.

A fázisok kiegyensúlyozásának legjobb módja egy erre a célra szolgáló transzformátor használata. Ez a fázisbeállítási lehetőség eredményeket adhat, mind az egyfázisú terhelések helytelen elosztása mellett egy autonóm háromfázisú villamosenergia-termelő számára, mind pedig komolyabb skálán.

Lásd még: Seek Thermal CompactXR: hőkamerás melléklet okostelefonokhoz

Védelmi intézkedések

A negatív megnyilvánulások kezelése egy adott projekt részletes tanulmányozása után válik egyértelművé. Általános ajánlás a terhelések egyenletes eloszlásának (összekapcsolásának) biztosítása. De ezt a feltételt nem mindig lehet teljesíteni. A különféle egyfázisú fogyasztók jelenléte jelentősen bonyolítja a feladatot.

Védelem a fázis egyensúlyhiánya ellen egy háromfázisú hálózatban

A védelem hatékony és meglehetősen egyszerű módja egy speciális relé. Ez az eszköz folyamatosan figyeli az egyes fázisok állapotát. Amikor a paraméterek meghaladnak egy bizonyos tartományt, az áramellátás kikapcsol.

Feszültségszabályozás háromfázisú relében

Az eszköz további funkciói hasznosak a gyakorlatban. Az egyes fázisok (szekvencia) összekapcsolásának dinamikus vezérlése segítséget nyújt aszinkron motorokkal történő munkavégzés során. Ez az opció megakadályozza a rotor ellentétes irányú forgását. A forrás automatikus lekapcsolása nyitott áramkör esetén kiküszöböli a fenti vészhelyzeteket.

Védelem egyfázisú hálózatban

A rendszer ezen része nem képes korrekciós hatással lenni az áramellátásra. Az áram (feszültség) terhelésének védelme érdekében védőkapcsolókat helyeznek el. A tápegység elektromos paramétereinek optimális szinten tartása érdekében stabilizátorokat használnak.

Védelem egyfázisú hálózatban

Ebben az esetben nem lehet befolyásolni az áramellátó rendszer külső megnyilvánulásait, például ha a fázisok túlterheltek, az áramfogyasztók nem tudják kijavítani a helyzetet. Mindössze annyit lehet tenni, hogy az elektromos berendezéseket feszültség relé és egyfázisú stabilizátor felszerelésével rögzítik.

Van értelme egy közös stabilizáló készüléket telepíteni az egész lakáshoz vagy házhoz. Ebben az esetben ki kell számolni a maximális terhelést, majd hozzá kell adni egy 15-20% -os tartalékot. Ez a jövőbeni tartalék, mivel az idő múlásával az elektromos berendezések mennyisége növekedhet.

Egyáltalán nem szükséges minden berendezést csatlakoztatni a hálózati stabilizátorhoz, bizonyos típusú készülékek (például elektromos kemencék vagy kazánok) közvetlenül csatlakoztathatók a feszültség reléhez (AB-n keresztül). Ez pénzt takarít meg, mivel az alacsonyabb fogyasztású készülékek olcsóbbak.

A rossz minőségű villamosenergia-problémák megoldásának hagyományos módjai

Az egyes fázisokhoz adott feszültség biztosításához hagyományosan feszültségstabilizátorokat használnak. Háztartási körülmények között egyfázisú feszültségstabilizátorokat használnak, amelyek védelmet nyújtanak az egyes elektromos fogyasztóknak vagy azok kis csoportjának. Ipari körülmények között háromfázisú, különböző kapacitású feszültségstabilizátorokat használnak, amelyek szerkezetileg három egyfázisú feszültségstabilizátort tartalmaznak.

Működési elvük olyan, hogy reagálnak az egyes fázisok eltéréseire, és a fázisukban a szükséges szintre emelik vagy csökkentik a feszültséget, provokálva a feszültségváltozásokat a másik két fázisban, és ezáltal a fázis egyensúlyhiányának másodlagos oka.

A fentiek alapján egyértelmű, hogy a háromfázisú feszültségstabilizátorok valójában nem oldják meg a számukra felvetett problémát, mivel maguk provokálják a háromfázisú rendszer aszimmetriáját. Fő hátrányuk mellett a háromfázisú feszültségstabilizátorok jelentős mennyiségű villamos energiát fogyasztanak és jelentős szervizköltségeket igényelnek, mivel alacsony a megbízhatóságuk – mind az elektromechanikus, mind az elektronikus feszültségstabilizátorok gyorsan kopó és gyakran hibás alkatrészekkel rendelkeznek.

A fázisvezérlő relé fényképe

Olvassa el itt! Ellenállás – alapvető paraméterek, a jelölés dekódolása és a modern típusú készülékek (Utasítás + táblázat)