Durante il funzionamento delle reti elettriche a 380 Volt, sono possibili violazioni che incidono in modo significativo sulla qualità dell'elettricità fornita al consumatore. Una di queste deviazioni è lo squilibrio di fase, che si manifesta nella loro distribuzione irregolare sui carichi collegati alla linea. Il risultato di questo effetto è una significativa riduzione della potenza delle apparecchiature incluse nella rete trifase industriale (trasformatori o motori, in particolare). A casa, è pieno di danni agli elettrodomestici collegati a una delle fasi della rete elettrica di una casa di campagna. Questo perché la tensione in esso viene molto sottovalutata, o viceversa - supera la norma consentita. Per prevenire gli effetti negativi di diverse tensioni nelle fasi di 380 volt, sono state sviluppate una serie di misure organizzative e tecniche.
Tassi di inclinazione consentiti
Per limitare le deviazioni di tensione consentite a causa di uno squilibrio di fase, sono stati sviluppati standard che regolano i loro valori per le reti elettriche industriali. Se questi standard vengono superati, esiste il pericolo reale di guasti all'apparecchiatura elettrica collegata a questa linea. I loro valori esatti sono riportati nei relativi GOST e in altri documenti che determinano il funzionamento delle apparecchiature elettriche (nel PUE, ad esempio).
In conformità con gli standard, vengono stabiliti rapporti fissi tra i valori nominali di tensioni e correnti nelle sezioni meno e più caricate delle linee. Per le schede di distribuzione dell'alimentazione, non dovrebbe superare il 30% e per gli ingressi alle case private (ASU) - 15%. Secondo gli attuali GOST, lo squilibrio di fase consentito su singole linee con correnti inverse non può essere superiore al 2 percento e sul nucleo neutro del trasformatore - 4 percento.
Ragioni per uno squilibrio di fase in una rete trifase
Esistono diverse ragioni per la comparsa di uno squilibrio di fase nelle reti trifase, le principali delle quali sono considerate:
- Distribuzione non uniforme delle capacità esistenti sui carichi collegati a ciascuna linea di fase.
- "Zero break", il più delle volte manifestato nella combustione del neutro.
- Altri malfunzionamenti nelle apparecchiature della stazione o nei consumatori locali ad essa collegati.
Nel primo caso, la potenza consumata dal carico lineare aumenta bruscamente (o diminuisce), il che porta a un corrispondente cambiamento nella corrente che scorre in questo ramo.
In assenza di uno squilibrio di fase, componenti di corrente uguali in magnitudine scorrono lungo ciascuna delle linee incluse nello schema a "stella". Il loro risultato in neutro dovuto all'aggiunta vettoriale di tre componenti separati dovrebbe teoricamente essere uguale a zero. Con un aumento del consumo lungo una delle linee, i componenti attuali attraverso di essa aumentano, a seguito del quale il filo neutro non svolge la sua funzione e viola la distribuzione uniforme dei potenziali di fase.
In caso di interruzione del neutro (zero combustione), l'inclinazione si verifica a causa del fatto che la funzione del filo neutro viene trasferita automaticamente a uno dei conduttori di fase; in questo caso, la tensione su tutti gli altri viene spostata verso l'alto. Le violazioni nel funzionamento delle apparecchiature di stazione portano anche a una distribuzione irregolare lungo le linee di fase, ma già sul lato della "stella" del trasformatore, e non sull'oggetto ad esso collegato (una casa di campagna, in particolare).
Violazione della simmetria nelle reti ad alta tensione
Nelle reti ad alta tensione, la comparsa di asimmetria indesiderata è associata alla presenza di potenti carichi monofase o consumatori trifase con distribuzione delle fasi disuguale. Le fonti di distorsione nelle reti industriali di 0,38-10 kV sono vari tipi di forni elettrici di fusione (minerale-termico, induzione e impianti di riscaldamento simili). L'elenco delle apparecchiature che creano asimmetria dovrebbe includere le saldatrici a inverter, caratterizzate da correnti ad alto consumo e in grado di violare la distribuzione uniforme dei carichi.
Le sottostazioni di trazione del trasporto ferroviario sono potenti fonti di pericolosa asimmetria, poiché le moderne locomotive elettriche sono consumatori monofase di energia elettrica. Il loro potere raggiunge diverse centinaia di chilowatt, il che aumenta solo la probabilità di disturbi nella distribuzione dei carichi.
È possibile verificare la loro presenza con l'aiuto di speciali morsetti di misurazione della corrente, attraverso i quali è possibile controllare i circuiti che funzionano con sovraccarico. Se vengono rilevati valori correnti in una delle fasi che superano sensibilmente i valori ammessi, si può tranquillamente affermare che esiste una pericolosa inclinazione.
Effetto negativo della distorsione di tensione e corrente
L'aspetto dell'asimmetria di fase deve essere prontamente risposto per i seguenti motivi:
- In questo caso, la vera minaccia di danni ai dispositivi collegati a questa rete o di un deterioramento delle loro prestazioni.
- Ciò porta a interruzioni nel funzionamento di fonti di energia elettrica (trasformatori di sottostazione, in particolare).
- Un'altra conseguenza della distribuzione di fase anormale è una riduzione della durata delle apparecchiature dell'impianto.
Per il consumatore medio, gli effetti dell'asimmetria si traducono in un aumento dei costi per l'elettricità, le riparazioni degli elettrodomestici e il rischio di lesioni. Se l'inclinazione nella linea è causata dalla distruzione del filo neutro, le condizioni di protezione contro le scosse elettriche peggiorano notevolmente. Il bus del dispositivo di messa a terra (caricatore) montato sulla sottostazione del trasformatore si rompe; in assenza di un circuito locale, l'utente rimane completamente indifeso.
Quando le asimmetrie compaiono nelle reti industriali, aumenta anche il consumo di energia e le apparecchiature di linea incluse in esse subiscono gravi sovraccarichi. Nelle sottostazioni di distribuzione, il consumo di olio nei trasformatori aumenta notevolmente e le apparecchiature di controllo e distribuzione possono non funzionare. Tutte queste minacce alla fine comportano costi di materiale aggiuntivi associati alla necessità di riparare o sostituire le apparecchiature bruciate
Al fine di prevenire tali situazioni, sarà necessario pensare in anticipo a misure efficaci che contribuiscano alla loro prevenzione. Se non è possibile evitare lo squilibrio di fase, sarà necessario utilizzare tutti i metodi possibili per eliminarlo.
Metodi di protezione
Per garantire il funzionamento simmetrico delle reti elettriche e normalizzare il valore di tensione in ciascuna delle linee monofase, vengono utilizzati speciali dispositivi correttivi. Questa funzione viene spesso eseguita dai classici stabilizzatori di tensione. Tuttavia, questi dispositivi non sono in grado di eliminare completamente l'asimmetria nei circuiti di alimentazione, poiché il loro scopo è di stabilizzare solo una fase. Per questo motivo, non è possibile proteggere l'intera rete trifase con tali dispositivi, nonché eliminare le conseguenze dell'inclinazione.
È possibile che gli stessi stabilizzatori diventino la causa della distribuzione irregolare dell'elettricità durante le fasi.
I seguenti metodi organizzativi e tecnici sono utilizzati per proteggere i circuiti trifase dall'asimmetria di fase:
- studio di alta qualità del progetto di approvvigionamento energetico, tenendo conto del carico irregolare;
- l'uso di dispositivi speciali con i quali è possibile allinearli automaticamente (i cosiddetti trasformatori di bilanciamento);
- adeguamento degli schemi di consumo energetico esistenti (se in precedenza sono stati commessi errori).
Un aiuto significativo nella protezione dall'asimmetria è fornito da speciali apparecchiature di blocco (relè di monitoraggio di fase e tensione, ad esempio), che disconnettono la linea quando vengono rilevate violazioni.
Solo misure tempestive elimineranno gli squilibri di fase nella rete ed elimineranno le conseguenze negative di questo fenomeno: proteggere le apparecchiature e gli elettrodomestici da guasti.
