Durante a operação de redes de energia de 380 volts, são possíveis violações que afetam significativamente a qualidade da eletricidade fornecida ao consumidor. Um desses desvios é o desequilíbrio de fase, que se manifesta em sua distribuição desigual pelas cargas conectadas à linha. O resultado desse efeito é uma redução significativa na potência dos equipamentos incluídos na rede trifásica industrial (transformadores ou motores, em particular). Em casa, está repleto de danos nos eletrodomésticos conectados a uma das fases da rede elétrica de uma casa de campo. Isso ocorre porque a tensão nela se torna muito subestimada, ou vice-versa - excede a norma permitida. Para evitar os efeitos negativos de diferentes tensões nas fases de 380 volts, várias medidas técnicas e organizacionais foram desenvolvidas.
Taxas de inclinação admissíveis
Para limitar os desvios de tensão permitidos devido ao desequilíbrio de fase, foram desenvolvidos padrões que regulam seus valores para redes de energia industrial. Se esses padrões forem excedidos, há um risco real de falha do equipamento elétrico conectado a esta linha. Seus valores exatos são dados nos GOSTs relevantes e em outros documentos que determinam a operação de equipamentos elétricos (na PUE, por exemplo).
De acordo com os padrões, relações fixas são estabelecidas entre as classificações de tensões e correntes nas seções menos e mais carregadas das linhas. Para quadros de distribuição de energia, não deve exceder 30%, e para insumos para residências particulares (ASUs) - 15%. De acordo com os GOSTs atuais, o desequilíbrio de fase permitido em linhas individuais com correntes reversas não pode ser superior a 2% e no núcleo neutro do transformador - 4%.
Razões para o desequilíbrio de fase em uma rede trifásica
Existem várias razões para o aparecimento de desequilíbrio de fase em redes trifásicas, as principais das quais são consideradas:
- Distribuição desigual das capacidades existentes nas cargas conectadas a cada uma das linhas de fase.
- "Zero break", mais frequentemente manifestado na queima de neutro.
- Outras falhas no equipamento da estação ou nos consumidores locais conectados a ela.
No primeiro caso, a energia consumida pela carga linear aumenta acentuadamente (ou diminui), o que leva a uma mudança correspondente na corrente que flui nesse ramo.
Na ausência de desequilíbrio de fase, componentes de corrente iguais em magnitude fluem ao longo de cada uma das linhas incluídas no esquema "estrela". Seu resultado em neutro devido à adição de vetor de três componentes separados deve teoricamente ser igual a zero. Com o aumento do consumo ao longo de uma das linhas, os componentes atuais através dela aumentam, resultando em que o fio neutro não cumpre sua função e viola a distribuição uniforme dos potenciais de fase.
No caso de uma interrupção neutra (queima zero), a inclinação ocorre devido ao fato de que a função do fio neutro é automaticamente transferida para um dos condutores de fase; neste caso, a tensão em todos os outros é deslocada para cima. As violações na operação do equipamento da estação também levam a uma distribuição desigual ao longo das linhas de fase, mas já no lado da “estrela” do transformador, e não no objeto conectado a ele (uma casa de campo, em particular).
Violação de simetria em redes de alta tensão
Em redes de alta tensão, o aparecimento de assimetria indesejada está associado à presença de cargas monofásicas poderosas ou de consumidores trifásicos com distribuição de fase desigual. As fontes de viés nas redes industriais de 0,38 a 10 kV são vários tipos de fornos elétricos de fusão (minério-térmico, indução e instalações de aquecimento similares). A lista de equipamentos que criam assimetria deve incluir máquinas de solda inversora, diferenciadas por correntes de alto consumo e capazes de violar a distribuição uniforme de cargas.
Subestações de tração do transporte ferroviário são fontes poderosas de assimetria perigosa, uma vez que as locomotivas elétricas modernas são consumidoras monofásicas de energia elétrica. Sua potência atinge várias centenas de quilowatts, o que apenas aumenta a probabilidade de distúrbios na distribuição de cargas.
Você pode verificar sua presença com a ajuda de pinças especiais de medição de corrente, através das quais é possível verificar os circuitos que funcionam com sobrecarga. Se os valores atuais forem encontrados em uma das fases que excedem sensivelmente os valores permitidos, pode-se dizer com segurança que há uma inclinação perigosa.
Efeito negativo da distorção de tensão e corrente
O aparecimento de assimetria de fase deve ser prontamente respondido pelos seguintes motivos:
- Nesse caso, a ameaça real de danos aos dispositivos conectados a esta rede ou uma deterioração no desempenho deles.
- Isso leva a interrupções na operação de fontes de energia elétrica (transformadores de subestações, em particular).
- Outra conseqüência da distribuição de fase anormal é uma redução na vida útil do equipamento da planta.
Para o consumidor médio, os efeitos da assimetria se traduzem em aumento de custos de eletricidade, reparos em eletrodomésticos e o potencial de ferimentos. Se a inclinação da linha for causada pela destruição do fio neutro, as condições de proteção contra choques elétricos são visivelmente piores. O barramento do dispositivo de aterramento (carregador) montado na subestação do transformador quebra; na ausência de um circuito local, o usuário permanece completamente indefeso.
Quando as assimetrias aparecem nas redes industriais, o consumo de energia também aumenta e o equipamento de linha incluído nelas sofre sobrecargas severas. Nas subestações de distribuição, o consumo de óleo nos transformadores aumenta acentuadamente e os equipamentos de controle e distribuição podem falhar. Todas essas ameaças levam a custos adicionais de materiais associados à necessidade de reparar ou substituir equipamentos queimados
Para evitar tais situações, será necessário pensar antecipadamente em medidas efetivas que contribuam para sua prevenção. Se não for possível evitar o desequilíbrio de fase, você precisará usar todos os métodos possíveis para eliminá-lo.
Métodos de proteção
Para garantir a operação simétrica das redes de energia e normalizar o valor da tensão em cada uma das linhas monofásicas, são utilizados dispositivos corretivos especiais. Esta função é mais frequentemente realizada por estabilizadores de tensão clássicos. No entanto, esses dispositivos não são capazes de eliminar completamente a assimetria nos circuitos de alimentação, pois seu objetivo é estabilizar apenas uma fase. Por esse motivo, não é possível proteger toda a rede trifásica com esses dispositivos, bem como eliminar as conseqüências da inclinação.
É possível que os próprios estabilizadores se tornem a causa da distribuição desigual de eletricidade ao longo das fases.
Os seguintes métodos organizacionais e técnicos são usados para proteger os circuitos trifásicos da assimetria de fase:
- estudo de alta qualidade do projeto de fornecimento de energia, levando em consideração a carga desigual;
- o uso de dispositivos especiais com os quais é possível alinhá-los automaticamente (os chamados transformadores de balanceamento);
- ajuste dos esquemas de consumo de energia existentes (se erros foram cometidos anteriormente).
Ajuda significativa na proteção contra a assimetria é fornecida por equipamento de bloqueio especial (relés de monitoramento de fase e tensão, por exemplo), que desconecta a linha quando são detectadas violações.
Somente medidas oportunas eliminarão o desequilíbrio de fase na rede e as conseqüências negativas desse fenômeno: proteger equipamentos e eletrodomésticos de avarias.
