Энергоконтакт

Все что связано с энергетикой

Перекос Фаз (Фазных Напряжений) В Трехфазной Электрической Сети

Posted by energocontakt на Май 24, 2011

Автор: Евгения

• Сущность явления
• Причины возникновения
• Последствия
• Способы устранения перекоса фаз
• Альтернативная технология.
• Диапазон изменения фазных напряжений.
• Практическое применение.

Сущность явления

Перекос фаз проявляется в трехфазных четырех- (пяти-) проводных сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В.

Как правило, низковольтная трехфазная электрическая сеть напряжением 400 В (0,4 кВ)
содержит источники электроэнергии, обмотки которых соединены в «звезду» с выведенным нулем.

Если трехфазная сеть четырехпроводная, то нулевой проводник выполняет две функции. Первая функция: нулевой рабочий проводник служит для подключения однофазных электроприемников. Вторая функция: нулевой рабочий проводник служит для работы защиты.
В пятипроводной сети, каждой из двух перечисленных функций соответствует свой провод.
В низковольтных сетях различают первичные и вторичные источники электроэнергии (источники питания) независимо от способа получения электрической энергии.
К первичным источникам относятся те, которые непосредственно вырабатывают электроэнергию, например электрические генераторы (в качестве привода в них могут быть использованы гидроагрегаты, паровые турбины, дизели, газовые двигатели).
К вторичным источникам относятся те, которые преобразуют электрическую энергию первичных источников, как правило, это трансформаторы, установленные в трансформаторных подстанциях (ТП).

Идеальную модель, отображающую взаимосвязь и взаиморасположение фазных и линейных напряжений можно изобразить в виде равностороннего треугольника с вершинами «А», «B», «С» и центром «0».
Векторы АВ, ВС и CA (лежащие на сторонах треугольника) — это линейные напряжения (380В).
Векторы, проведенные из центра треугольника к его вершинам — 0A, 0B и 0С — это фазные напряжения.
В идеале они равны между собой 0A=0B=0С и сдвинуты друг относительно друга на угол 120°, то есть└A0B=└B0C=└C0A=120°.
Данная модель является идеальной и перекос фазных напряжений в ней отсутствует.

Так как к трансформаторам ТП подключают множество потребителей, в том числе однофазных, то в каждый случайный момент времени можно ожидать, что нагрузки в различных фазах будут различны.
Причем если даже однофазные нагрузки по величине одинаковы, то их включение под нагрузку или отключение не может происходить синхронно. Возникает ситуация RA > RB > RC ≠ 0, где «R» – это сопротивление нагрузки, и, соответственно, «RA» — это спротивление нагрузки на фазе А, «RB» — это спротивление нагрузки на фазе B, «RC» — это спротивление нагрузки на фазе C.

Различие фазных нагрузок по величине и характеру создает условия для возниконовения перекоса фазных напряжений.

Если обратиться к описанному выше равностороннему треугольнику, то графически это будет выглядеть следущим образом: точка 0 в центре треугольника, из которой исходят векторы идеальных фазных напряжений величиной 220В 0A, 0B и 0С, — смещается относительно центра треугольника. Назовем ее 0′. Смещаются и сами векторы фазных напряжений на произвольный угол друг относительно друга. Смещенные векторы фазных напряжений 0′A, 0′B и 0′С не равны между собой, 0′A ≠ 0′B ≠ 0′С.
Напряжение на каждой из фаз меняется с величины в 220 В например на 190В, 240В и 230В соответственно.

Такая ситуация называется перекосом фазных напряжений.

Если бы сопротивления нагрузки были равны, то токи, через них протекающие так же были равны между собой.
Учитывая то, что угол сдвига между ними равен 120°, то их геометрическая сумма равнялась бы нулю.

Однако при их неравенстве в результате суммирования возникает ток I00′, который называется уравнительным. А, следовательно, напряжение U00′, которое называется напряжением смещения.

Перекос фаз (фазных напряжений), как правило, характеризуется неизменностью или одинаковостью линейных напряжений источника и значительным различием по величине фазных напряжений. То есть равносторонний треугольник, образуемый векторами линейных напряжений остается равносторонним треугольником, это означает, что значение трех линейных напряжений соответствует 380В, возможны незначительные отклонения значений, которые называются являются допустимыми.
Значительно смещаются векторы фазных напряжений внутри треугольника, которые соединяют точку внутри треугольника с его вершинами, меняется величина фазных напряжений и угол сдвига между ними.

Причины возникновения перекоса фаз

Условно причины возникновения перекоса фаз можно разделить на внешние и внутренние.

Внутренние причины связаны с потребителями электроэнергии, которые неравномерно загружают фазы сети без учета мощности
однофазных электроприемников, коэффициента одновременности их включения,
подключают мощные двухфазные электроприемники к бытовым розеткам.

В реальной жизни причиной перекоса фаз является неравномерность загрузки не только по величине, но и по характеру нагрузки.
Нагрузка может быть активной (резистивной) — (R) или реактивной: индуктивной (L) или емкостной (С).

Внешние причины возникновения перекоса фаз могут быть связаны с неисправностями
в распределительной сети (например, в высоковольтных линиях электропередач (ЛЭП)
при высокой влажности и дефектах в гирляндах изоляторов или разрядников отдельных фаз) или наличием мощных потребителей, включенных на две фазы, т.е. на линейное напряжение (например, потребители тяговых сетей или электродвигатели электропоездов).

Также причины могут быть комбинированными (внешними и внутренними).

Последствия перекоса фаз

Последствия перекоса фаз проявляются в увеличении электропотребление из сети; в неправильной работе электроприемников, их сбоях, отказах, отключениях, перегорании предохранителей, износе изоляции.

Условно негативные последствия перекоса фаз можно разделить на три группы:

1. Последствия для электроприемников (приборов, оборудования), связанные с их повреждениями, отказами, увеличением износа, уменьшением периода эксплуатации.

а) последствия для однофазных электроприемников
Низкое напряжение вызывает неправильную работу однофазных потребителей: тусклый свет осветительных приборов, длительный нагрев нагревательных приборов, длительный запуск двигательных приборов, сбои в работе компьютеров и т.д. Высокое напряжение вызывает отказы электроприемников из-за износа изоляции, отключение их защитными устройствами, перегорание предохранителей.

б) последствия перекоса фаз для трехфазных электроприемников
Основную часть трехфазных потребителей (потребителей, питающихся от линейного напряжения) составляют электродвигатели, которые приводят в действие погружные и фекальные насосы, приводы автоматических ворот, станочное оборудование и т.д. 
Система управления и контроля запуска таких трехфазных потребителей, как правило, подключается к фазному напряжению. При перекосах фаз система управления запуском (СУЗ) электродвигателя, которая контролирует длительность и факт запуска, работает неустойчиво, т.е. спонтанно выдает команды на его пуск или останов.  Диапазон изменения фазного напряжения жестко регламентируется эксплуатационной документацией (как правило, не допускается перекос более ± 7,5 ÷ 10 % от номинала). Если перекос превысил допустимый предел, то СУЗ дает сбой. При восстановлении уровня фазного напряжения происходит очередной запуск и так далее.
Известно, что режим «пуска в ход» асинхронного двигателя характеризуется кратковременной работой обмоток статора в режиме короткого замыкания (КЗ), т.е. в момент включения двигатель потребляет гораздо больше энергии, чем в процессе работы. Естественно, что частые повторные пуски будут вызывать значительный перегрев изоляции и существенно увеличивать электропотребление из сети.
Возможные негативные последствия такого режима работы — либо отказ в запуске, либо отказ оборудования вследствие перегорания обмоток двигателя.

2. Последствия для источников электроэнергии: увеличение энергопотребления, увеличение потерь электроэнергии при питании от госсети; при питании от  трехфазного автономного источника – механические повреждения (повреждения подшипников валов, подшипниковых щитов генератора и приводного двигателя, закоксовывание форсунок), уменьшение периода эксплуатации источника, увеличение его износа, повышенный расход топлива, масла, охлаждающей жидкости.

3. Последствия для потребителей, связанные с безопасностью, так как ухудшение качества изоляции может привести к:
- электротравматизму;
- возгоранию электропроводки или электроприемников;
а также последствия, связанные с увеличением расходов на:
- электроэнергию;
- расходные материалы для генератора;
- ремонт электроприемников, поврежденных вследствие перекоса фаз;
- приобретение новых электроприемников, отказавших вследствие перекоса фаз.

Способы устранения перекоса фаз

Централизованное решение, позволяющее устранить перекос фаз, отсутствует, так как невозможно обязать всех потребителей подключать одновременно нагрузки, равные по величине и характеру.

Традиционно для обеспечения заданного напряжения на каждой из фаз традиционно используются стабилизаторы напряжения. В бытовых условиях применяют однофазные стабилизаторы напряжения, которые обеспечивают защиты отдельных электроприемников или небольшой их группы.
В промышленных условиях используются трехфазные стабилизаторы напряжения различной мощности, которые  конструктивно состоят из трех однофазных стабилизаторов напряжения.
Принцип их действия таков, что они реагируют на отклонения на каждой отдельно взятой фазе и поднимают или опускают напряжение до необходимого уровня на своей фазе, провоцируя изменения напряжений на двух других фазах и являясь, таким образом, вторичной причиной возникновения перекоса фаз.
Из изложенного выше ясно, что трехфазные стабилизаторы напряжения фактически не решают поставленную перед ними задачу, так как сами провоцируют несимметрию трехфазной системы. Помимо своего основного недостатка трехфазные стабилизаторы напряжения потребляют значительное количество электроэнергии и требуют значительных сервисных расходов, так как обладают низкой надежностью – и электромеханические, и электронные стабилизаторы напряжения  имеют быстроизнашивающиеся и часто отказывающие детали.

Альтернативная технология

Для решения задачи по устранению перекоса фазных напряжений и обеспечения заданного фазного напряжения необходимо использовать технологию, которая позволит выравнивать напряжение не на каждой из фаз по отдельности, а симметрировать фазы между собой, то есть симметрировать всю трехфазную систему — симметрируюзщий трансформатор.
Такое устройство обладает значительно большей эффективностью, оно не только само потребляет меньше электроэнергии, но и снижает электропотребление из сети для электроприемников.

Диапазон изменения фазных напряжений

Симметрирующий трансформатор допускает 100%-ый перекос нагрузки и устраняет перекос фазных напряжений во всем диапазоне их изменений независимо от причины перекоса:
(1) перекос в подводящей питающей сети, вызванный неисправностями в распределительной сети,
(2) неравномерное распределение фазных нагрузок,
(3) подключение мощного потребителя,
(4) комбинированные причины.

Практическое применение

Прикладные задачи, решаемые с помощью применения симметрирующего трансформатора:

• Устранение перекоса фазных напряжений, т.е. выравнивание фаз сети друг относительно друга.
• Равномерное распределение нагрузок по фазам.
• Обеспечение заданной величины фазных напряжений.
• Преобразование трехфазной сети в одно-(двух)фазную:
- с гальванической развязкой
- без гальванической развязки питающей сети и потребителя;
- с изменением (увеличением или уменьшением) выходного напряжения;
• Преобразование трехфазной трехпроводной сети в трехфазную четырехпроводную (т.е. формирование нулевого рабочего проводника для возможности подключения фазной нагрузки).
• Возможность снимать до 50% трехфазной мощности с одной фазы.
• Возможность использования менее мощных генераторов для той же группы потребителей.
• Возможность подключать более мощные электропримники при питании от автономного источника либо при ограничениях на потребляемую мощность из госсети.
• Отогрев конструкций и коммуникаций (при обледенении проводов, промерзании трубопроводов и т.д.).

http://www.rusarticles.com/oborudovanie-statya/perekos-faz-faznyx-napryazhenij-v-trexfaznoj-elektricheskoj-seti-4503817.html

Об авторе

военный энергетик, кандидат технических наук Евдокимов Владимир Викторович

About these ads

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s

 
Отслеживать

Get every new post delivered to your Inbox.

%d bloggers like this: