Tijekom rada naponskih mreža od 380 V, mogući su prekršaji koji značajno utječu na kvalitetu električne energije opskrbljene potrošačem. Jedno od tih odstupanja je neravnoteža faza, koja se očituje u neravnomjernoj distribuciji opterećenja spojenih na liniju. Rezultat ovog učinka je značajno smanjenje snage opreme uključene u industrijsku trofaznu mrežu (posebno transformatora ili motora). Kod kuće to krši oštećenja kućanskih aparata spojenih na jednu od faza električne mreže seoske kuće. To je zato što napon u njemu postaje vrlo podcijenjen, ili obrnuto - premašuje dopuštenu normu. Kako bi se spriječili negativni učinci različitih napona u fazama od 380 volti, razvijene su brojne organizacijske i tehničke mjere.
Dopuštene stope nagiba
Da bi ograničili dopuštena odstupanja napona zbog neravnoteže faza, razvijeni su standardi koji reguliraju njihove vrijednosti za industrijske elektroenergetske mreže. Ako se ovi standardi premaše, postoji realna opasnost od kvara energetske opreme spojene na ovaj vodovod. Njihove točne vrijednosti date su u odgovarajućim GOST-ovima i drugim dokumentima koji određuju rad električne opreme (na primjer, u PUE).
U skladu sa standardima, utvrđuju se fiksni omjeri između vrijednosti napona i struje u najmanje i najnapućenijim dijelovima vodova. Za razdjelnike električne energije ne smije prelaziti 30%, a za ulaze u privatne kuće (ASU) - 15%. Prema trenutnim GOST-ovima, dopuštena neravnoteža faza na pojedinim vodovima s reverznim strujama ne može biti veća od 2 posto, a na neutralnoj jezgri transformatora - 4 posto.
Razlozi neravnoteže faza u trofaznoj mreži
Postoji nekoliko razloga za pojavu neravnoteže faza u trofaznim mrežama, a glavnim se smatraju:
- Neravnomjerna raspodjela postojećih kapaciteta nad opterećenjima spojenim na svaku faznu liniju.
- "Nulta provala", koja se najčešće očituje izgaranjem neutralnog.
- Ostale neispravnosti u staničnoj opremi ili u lokalnim potrošačima koji su na nju povezani.
U prvom slučaju snaga koju troši linearno opterećenje naglo se povećava (ili smanjuje), što dovodi do odgovarajuće promjene struje koja struji u ovoj grani.
U nedostatku fazne neravnoteže, jednake po veličini strujne komponente teku duž svake linije uključene u shemu "zvijezda". Njihov rezultat u neutralan zbog vektorskog dodavanja tri odvojene komponente teoretski bi trebao biti jednak nuli. S povećanjem potrošnje duž jedne od linija, trenutne komponente kroz njega se povećavaju, što rezultira time da neutralna žica ne ispunjava svoju funkciju i krši jednoliku raspodjelu faznih potencijala.
U slučaju neutralnog prekida (izgaranje nula), nagib se događa zbog činjenice da se funkcija neutralne žice automatski prenosi na jedan od faznih vodiča; u ovom slučaju napon na svim ostalim pomiče se prema gore. Povrede u radu stanice postaje također dovode do neravnomjerne raspodjele duž faznih linija, ali već na strani zvijezde transformatora, a ne objekta spojenog na njega (posebno seoske kuće).
Kršenje simetrije u mrežama visokog napona
U visokonaponskim mrežama pojava neželjene asimetrije povezana je s prisutnošću snažnih jednofaznih opterećenja ili trofaznih potrošača s nejednakom faznom raspodjelom. Izvori pristranosti u industrijskim mrežama od 0,38-10 kV su različite vrste tališta električnih peći (rudno-termalne, indukcijske i slične grijalice). Popis opreme koji stvara asimetriju treba sadržavati inverterske aparate za zavarivanje, koje karakteriziraju velike potrošnje struje i sposobne narušiti jednoliku raspodjelu tereta.
Vučne podstanice željezničkog prometa moćan su izvor opasne asimetrije, jer su moderne električne lokomotive jednofazni potrošači električne energije. Njihova snaga doseže nekoliko stotina kilovata, što samo povećava vjerojatnost poremećaja u raspodjeli tereta.
Njihovu prisutnost možete provjeriti pomoću posebnih spojnica za mjerenje struje, pomoću kojih je moguće provjeriti krugove koji rade s preopterećenjem. Ako se tekuće vrijednosti nađu u jednoj od faza koje vidljivo premašuju dopuštene vrijednosti, sa sigurnošću se može reći da postoji opasna smetnja.
Negativni učinak izobličenja napona i struje
Pojava fazne asimetrije mora se odmah reagirati iz sljedećih razloga:
- U ovom slučaju, stvarna prijetnja oštećenja uređaja spojenih na ovu mrežu ili pogoršanje njihovih performansi.
- To dovodi do poremećaja u radu izvora električne energije (posebno transformatora podstanice).
- Druga posljedica nenormalne distribucije faza je smanjenje životnog vijeka postrojenja.
Za prosječnog potrošača učinci asimetrije pretvaraju u povećane troškove električne energije, popravke kućanskih aparata i potencijalne ozljede. Ako je iskrivljenost u liniji uzrokovana uništenjem neutralne žice, uvjeti zaštite od električnog udara primjetno se pogoršavaju. Sabirnica uzemljujućeg uređaja (punjač) montirana na transformatorskoj podstanici se pokvari, a u slučaju nepostojanja lokalnog kruga, korisnik ostaje potpuno nebranjen.
Kada se pojave asimetrije u industrijskim mrežama, povećava se i potrošnja energije, a linija opreme koja je u njima uključena doživljava velike preopterećenja. Na distribucijskim podstanicama potrošnja ulja u transformatorima naglo se povećava, a oprema za kontrolu i distribuciju ne može uspjeti. Sve ove prijetnje u konačnici dovode do dodatnih materijalnih troškova povezanih s potrebom popravka ili zamjene spaljene opreme
Da bi se spriječile takve situacije, potrebno je unaprijed razmisliti o učinkovitim mjerama koje pridonose njihovoj prevenciji. Ako nije moguće izbjeći neravnotežu faza, morat ćete koristiti sve moguće metode uklanjanja.
Metode zaštite
Da bi se osigurao simetričan rad elektroenergetskih mreža i normalizirala vrijednost napona u svakom od jednofaznih vodova, koriste se posebni korektivni uređaji. Ovu funkciju najčešće obavljaju klasični stabilizatori napona. Međutim, ti uređaji nisu u mogućnosti potpuno ukloniti asimetriju u dovodnim krugovima, jer je njihova svrha stabilizirati samo jednu fazu. Iz tog razloga nije moguće zaštititi cijelu trofaznu mrežu takvim uređajima, kao ni ukloniti posljedice iskrivljenja.
Moguće je da sami stabilizatori postanu uzrok neravnomjerne raspodjele električne energije po fazama.
Za zaštitu trofaznih krugova od fazne asimetrije koriste se sljedeće organizacijske i tehničke metode:
- kvalitetna studija projekta opskrbe energijom, uzimajući u obzir neujednačeno opterećenje;
- uporaba posebnih uređaja s kojima je moguće automatski ih poravnati (tzv. uravnotežujući transformatori);
- prilagodba postojećih programa potrošnje energije (ako su ranije napravljene pogreške).
Značajnu pomoć u zaštiti od asimetrije pruža posebna oprema za blokiranje (na primjer, releji za nadgledanje faza i napona) koji isključuju liniju kada se otkriju kršenja.
Samo će pravovremene mjere ukloniti neravnotežu faza u mreži i ukloniti negativne posljedice ovog fenomena: zaštititi opremu i kućanske uređaje od kvarova.
