Počas prevádzky 380 V elektrických sietí sú možné porušenia, ktoré významne ovplyvňujú kvalitu elektriny dodávanej spotrebiteľovi. Jednou z týchto odchýlok je fázová nerovnováha, ktorá sa prejavuje v nerovnomernom rozložení zaťažení pripojených na vedenie. Výsledkom tohto efektu je výrazné zníženie výkonu zariadení zahrnutých v priemyselnej trojfázovej sieti (najmä transformátorov alebo motorov). Doma je plná škôd na domácich spotrebičoch pripojených k jednej z fáz elektrickej siete vidieckeho domu. Dôvodom je skutočnosť, že napätie v ňom je veľmi podceňované alebo naopak - prekračuje povolenú normu. Aby sa zabránilo negatívnym účinkom rôznych napätí vo fázach 380 voltov, bolo vyvinutých množstvo organizačných a technických opatrení.
Prípustné hodnoty zošikmenia
Aby sa obmedzili prípustné odchýlky napätia v dôsledku fázovej nerovnováhy, boli vyvinuté normy, ktoré regulujú ich hodnoty pre priemyselné energetické siete. Pri prekročení týchto noriem existuje reálne nebezpečenstvo poruchy napájacieho zariadenia pripojeného k tomuto vedeniu. Ich presné hodnoty sú uvedené v príslušných GOST a iných dokumentoch, ktoré určujú činnosť elektrických zariadení (napríklad v PUE).
V súlade s normami sú stanovené pevné pomery medzi hodnotami napätia a prúdov v najmenej a najviac zaťažených úsekoch tratí. V prípade rozvádzačov energie by nemala prekročiť 30% a pri vstupoch do súkromných domov (ASU) - 15%. Podľa súčasných GOST nemôže byť povolená fázová nerovnováha na jednotlivých vedeniach s reverznými prúdmi väčšia ako 2 percentá a na neutrálnom jadre transformátora - 4 percentá.
Dôvody fázovej nerovnováhy v trojfázovej sieti
Existuje niekoľko dôvodov na objavenie sa fázovej nerovnováhy v trojfázových sieťach, z ktorých hlavné sa považujú za:
- Nerovnomerné rozdelenie existujúcich kapacít cez záťaže spojené s jednotlivými fázovými vedeniami.
- „Nulová prestávka“, ktorá sa najčastejšie prejavuje pálením neutrálnych látok.
- Iné poruchy vo vybavení stanice alebo u miestnych spotrebiteľov, ktorí sú k nemu pripojení.
V prvom prípade sa energia spotrebovaná lineárnym zaťažením prudko zvyšuje (alebo znižuje), čo vedie k zodpovedajúcej zmene prúdu tečúceho v tejto vetve.
V prípade absencie fázovej nerovnováhy tečú pozdĺž každej z línií zahrnutých v schéme „hviezd“ rovnaké zložky prúdu. Ich výsledná neutrálnosť v dôsledku vektorového pridania troch samostatných zložiek by sa teoreticky mala rovnať nule. So zvyšovaním spotreby pozdĺž jednej z línií sa zvyšujú súčasné zložky prúdu, čo vedie k tomu, že neutrálny vodič nespĺňa svoju funkciu a narúša rovnomerné rozdelenie fázových potenciálov.
V prípade neutrálneho prerušenia (nulové horenie) dôjde k zošikmeniu v dôsledku skutočnosti, že funkcia neutrálneho vodiča sa automaticky prenesie na jeden z fázových vodičov; v tomto prípade je napätie na všetkých ostatných posunuté smerom nahor. Porušenie prevádzky stacionárneho zariadenia tiež vedie k nerovnomernému rozdeleniu pozdĺž fázových línií, ale už na strane transformátora „hviezdy“, a nie k nemu pripojenému objektu (najmä vidiecky dom).
Porušenie symetrie vo vysokonapäťových sieťach
V sieťach vysokého napätia je výskyt nežiadúcej asymetrie spojený s prítomnosťou výkonných jednofázových záťaží alebo trojfázových odberateľov s nerovnomerným rozdelením fáz. Zdrojom systematického zaťaženia v priemyselných sieťach 0,38 - 10 kV sú rôzne typy taviacich elektrických pecí (rudy - tepelné, indukčné a podobné teplárne). Zoznam zariadení, ktoré vytvárajú asymetriu, by mal obsahovať invertorové zváracie stroje, ktoré sa vyznačujú vysokou spotrebou prúdu a sú schopné narušiť rovnomerné rozloženie zaťaženia.
Hnacie stanice železničnej dopravy sú silnými zdrojmi nebezpečnej asymetrie, pretože moderné elektrické rušne sú jednofázovými spotrebiteľmi elektrickej energie. Ich výkon dosahuje niekoľko stoviek kilowattov, čo iba zvyšuje pravdepodobnosť porúch pri rozdeľovaní záťaže.
Ich prítomnosť môžete overiť pomocou špeciálnych svoriek na meranie prúdu, pomocou ktorých je možné skontrolovať obvody, ktoré pracujú s preťažením. Ak sa aktuálne hodnoty nachádzajú v jednej z fáz, ktoré výrazne prekračujú povolené hodnoty, je možné bezpečne povedať, že existuje nebezpečný skosenie.
Negatívny vplyv skreslenia napätia a prúdu
Vzhľad fázovej asymetrie sa musí okamžite reagovať z týchto dôvodov:
- V takom prípade skutočná hrozba poškodenia zariadení pripojených k tejto sieti alebo zhoršenie ich výkonu.
- To vedie k prerušeniu činnosti zdrojov elektrickej energie (najmä transformátorové stanice).
- Ďalším dôsledkom abnormálnej distribúcie fázy je zníženie životnosti zariadenia.
Účinky asymetrie sa pre priemerného spotrebiteľa premietajú do zvýšených nákladov na elektrinu, opravy domácich spotrebičov a možného zranenia. Ak je zošikmenie v linke spôsobené zničením neutrálneho vodiča, podmienky na ochranu pred zásahom elektrickým prúdom sa výrazne zhoršia. Autobus uzemňovacieho zariadenia (nabíjačky) namontovaného na transformátorovej stanici sa preruší, v neprítomnosti lokálneho obvodu zostáva užívateľ úplne bezbranný.
Keď sa v priemyselných sieťach objavia asymetrie, zvýši sa aj spotreba energie a traťové vybavenie, ktoré je v nich zahrnuté, čelí vážnemu preťaženiu. Na distribučných stanícch sa spotreba oleja v transformátoroch prudko zvyšuje a môže dôjsť k zlyhaniu ovládacích a distribučných zariadení. Všetky tieto hrozby v konečnom dôsledku vedú k ďalším nákladom na materiál súvisiacim s potrebou opravy alebo výmeny spáleného zariadenia
Aby sa zabránilo takýmto situáciám, bude potrebné vopred premyslieť účinné opatrenia, ktoré prispejú k ich prevencii. Ak nie je možné vyhnúť sa fázovej nerovnováhe, budete ju musieť odstrániť všetkými možnými spôsobmi.
Metódy ochrany
Na zabezpečenie symetrickej prevádzky energetických sietí a normalizáciu hodnoty napätia v každom jednofázovom vedení sa používajú špeciálne nápravné zariadenia. Túto funkciu najčastejšie vykonávajú klasické stabilizátory napätia. Tieto zariadenia však nie sú schopné úplne vylúčiť asymetriu v napájacích obvodoch, pretože ich účelom je stabilizácia iba jednej fázy. Z tohto dôvodu nie je možné takýmito zariadeniami chrániť celú trojfázovú sieť, ako aj eliminovať následky zošikmenia.
Je možné, že samotné stabilizátory sa stanú príčinou nerovnomerného rozdelenia elektriny po fázach.
Na ochranu trojfázových obvodov pred fázovou asymetriou sa používajú tieto organizačné a technické metódy:
- kvalitná štúdia projektu dodávok energie s prihliadnutím na nerovnomerné zaťaženie;
- použitie špeciálnych zariadení, pomocou ktorých je možné ich automaticky vyrovnať (takzvané vyrovnávacie transformátory);
- úprava existujúcich schém spotreby energie (ak došlo k chybám skôr).
Významnú pomoc pri ochrane pred asymetriou poskytujú špeciálne blokovacie zariadenia (napríklad relé na kontrolu fázy a napätia), ktoré pri zistení porušenia odpojia vedenie.
Iba včasné opatrenia odstránia fázovú nerovnováhu v sieti a odstránia negatívne dôsledky tohto javu: chránia zariadenia a domáce spotrebiče pred poruchami.
