В трехфазной электрической сети на каждой фазе должно быть одно и то же напряжение, с допустимым отклонением. Если напряжение распределено по фазам неравномерно, то возникает перекос фаз. В результате такого явления в промышленном оборудовании (электродвигатели, трансформаторы) происходит значительное уменьшение мощности. В бытовых условиях такой перекос между фазами может привести к неисправностям электрических устройств и других потребителей энергии.
Когда электрические устройства подключены на одну фазу, то есть риск возникновения перекоса между фазами. Чтобы не допускать нарушения снабжения электрической энергией, необходимо разобраться в том, от чего возникает такое отрицательное явление.
Причины возникновения
Существуют разные причины перекоса по напряжению между фазами. Основной популярной причиной стало неравномерное и неграмотное распределение нагрузки по фазам сети. При появлении перекоса на участке с трехфазным питанием, можно говорить о том, что некоторые фазы эксплуатируются с чрезмерной нагрузкой, а третья фаза нагружена незначительно.
Чаще всего однофазные нагрузки в виде бытовых электрических устройств подключают на одну фазу. Поэтому перекос фаз появляется при одновременном запуске нескольких мощных устройств. Начальными признаками перекоса являются работающие бытовые приборы, у которых заметно снизилась мощность, либо они совсем отключились. При этом приборы освещения стали выдавать тусклый свет, а лампы дневного света при этом мерцают.
Для более точного определения того, есть ли перекос фаз, нужно вызвать специалиста, и на месте провести тщательную проверку. Только путем проведения измерений можно выявить разницу в напряжении на разных фазах.
Последствия и опасность
Главная опасность этого явления состоит в некорректной работе бытовых устройств, и возникновения возможности выхода их из строя. Максимальная часть отрицательных последствий приходится на разные виды электрических двигателей, установленных в различной бытовой технике.
Отрицательные факторы влияния перекоса фаз делятся на три вида:
- Возникновение неисправностей подключенных электрических устройств, оборудования и приборов, снижение их срока эксплуатации.
- Неисправности источников электроэнергии: повреждения, повышение расхода энергии, снижение срока службы источника.
- Негативные факторы для потребителей энергии: повышение затрат на оплату электроэнергии, вероятность получения травм, необходимость проведения ремонта и обслуживания электрооборудования.
Если перекос фаз образовался на автономной отдельной электростанции, то потребление топлива и смазочных материалов в этом случае существенно повысится, а генератор может выйти из строя. Если на одной фазе напряжение выше, чем на двух других фазах, то нарушается электробезопасность, что может привести к возгоранию электропроводки и оборудования.
В результате видно, что последствия этого отрицательного явления существенные, их устранение и решение может привести к значительному материальному ущербу. Для предотвращения таких негативных ситуаций, необходимо заблаговременно принять соответствующие меры.
Способы защиты
Для нормальной эксплуатации трехфазной сети, а также чтобы напряжение на отдельной фазе соответствовала номинальному значению, необходимо применять специальные приборы и устройства. Обычно для этого подключают стабилизатор напряжения.
В быту применяются однофазные исполнения, способные защитить электрооборудование. В производственных условиях используется 3-фазный стабилизатор, включающий в себя три однофазных устройства. Однако полностью устранить фазные перекосы эти приборы не способны, так как они выравнивают напряжение в одной фазе.
Иногда такие устройства сами создают условия для неравномерного распределения электроэнергии. Эта проблема может решиться только с помощью специальных технологий, выравнивающих напряжение между всеми фазами.
Существует несколько способов защиты:
- Использование устройств, выравнивающих нагрузку по фазам в автоматическом режиме.
- Создание проекта снабжения электрической энергией объекта с учетом предполагаемых значений нагрузок.
- Изменение электрической схемы цепи с учетом мощности потребителей.
- Подключение специального реле, которое будет контролировать величину напряжения на фазах, и отключать питание при выявлении несимметрии.
Такими методами можно защитить электрические устройства от неисправностей, и исключить перекос напряжения.
Симметрирующий трансформатор
Чтобы предотвратить перекос напряжений между фазами и поддерживать определенное значение фазного напряжения, следует применять специальную технологию, позволяющую выравнивать значение напряжения не отдельно на некоторой фазе, а обеспечивать симметричность всех трех фаз, то есть всю трехфазную сеть. Такая альтернативная технология реализована в симметрирующем трансформаторе.
Диапазон измерений
Такой инновационный прибор может работать при 100-процентном перекосе напряжения и способен устранить фазный перекос напряжений в широком интервале их изменений, при любых причинах возникновения этого негативного явления:
- Перекос во входной сети пинания, возникший вследствие повреждений распределительной сети.
- Неравномерное разделение нагрузок между фазами.
- Включение в работу мощного устройства.
- Смешанные причины перекоса.
Практическое использование
Задачами, разрешаемыми путем включения в работу симметрирующего трансформатора, являются:
- Равномерное распределение потребителей между фазами.
- Устранение перекоса фазных напряжений (выравнивание всех фаз между собой в трехфазной сети).
- Поддержание заданного значения напряжения на каждой фазе.
- Преобразование трехфазной электрической сети питания в 1-фазную сеть:
— с гальванической развязкой сети питания и потребителя электроэнергии;
— без гальванической развязки;
— с изменением (повышением или снижением) напряжения на его выходе. - Преобразование трехфазной сети, состоящей из трех проводов, в трехфазную сеть с четырьмя проводами (создание рабочего нулевого провода для возможности подсоединения нагрузки на фазу).
- Возможность получения 50% 3-фазной мощности с одной фазы.
- Применение генераторов с меньшей мощностью для такой же группы потребителей.
- Включение в работу более мощных нагрузок при ограничениях на допустимую мощность из общей государственной сети, либо при работе от автономного источника.
- Во время промерзания трубопроводов или обледенения проводов возможен отогрев этих коммуникаций, а также другого оборудования.
Допустимые нормы на перекос фаз
Основным рабочим документом, регламентирующим качество электрической энергии, и нормы несимметрии в трехфазной сети считается ГОСТ13109-97, а допускаемое отклонение нагрузок определяется по документу СП31-110, в котором для вводно-распределительных устройств допускаются разница величины нагрузок между фазами не более 15%, а для распределительных щитов – не более 30%.
Похожие темы:
Приветствую, дорогой читатель! Спасибо, что проявили интерес к моему дневнику…
Перекос фаз в электросети возникает при неравномерном распределении потребителей энергии и обрыве нулевого провода. Для предупреждения аварийной ситуации и устранения опасности следует придерживаться выверенных рекомендаций и использовать специальные приборы.
Перед тем, как перейти к рассмотрению вопроса — чем же опасен перекос фаз, не помешает небольшое отступление.
В примитивном виде электросеть можно представить в виде генератора, от которого электричество поступает по двум проводам. Нагрузкой могут быть лампочки, электродвигатели и другие устройства.
Наглядным примером может служить, например, однофазный бензоэлектрический агрегат, используемый как аварийный источник электроэнергии. С появлением трехфазного электричества простейшая схема электросети усложнилась.
Родоначальником электрической сети из 3-х фаз считается Доливо-Добровольский. Ее предложил русский ученый в 1891 году. С тех пор в электроэнергетике наблюдается небывалый прорыв. В ближайшем будущем отсутствует какая-либо тенденция ее замены.
Изначально электросеть с тремя фазами создавалась как источник питания для соответствующих нагрузок. В частности, она неплохо согласуется с электродвигателями, когда все три напряжения одинаковы.
Подключение однофазных нагрузок, например, лампочек и компьютеров, к трехфазной сети создает ситуацию, когда разности потенциалов могут стать уже не одинаковыми, и возникает перекос фаз.
Напряжения в трехфазной сети
Вначале перед тем, как перейти к рассмотрению вопроса о перекосе фаз и к какой опасности он приводит, не лишним будет напоминание о видах напряжений, существующих в трехфазной сети, и некоторых других нюансах.
Разность потенциалов (токи) рассматриваемой сети, по отношению к активной нагрузке, сдвинуты по циклу на 120 градусов. Между любыми двумя фазами присутствует линейное напряжение, величина которого составляет 380 В. Провод любой из них, по отношению к нулевому проводу, имеет значение 220 В, которое называется фазным напряжением.
В современных электрических кабелях жилы имеют цветовую окраску, в соответствии с которой принято их подключать к электросети. Нулевой проводник всегда обозначается синим цветом, а «земляной» — желтым с зелеными полосками.
Для подключения линейного напряжения используются любые другие цвета, кроме отмеченных двух. В зависимости от производителя кабелей набор цветных проводников, подключаемых к фазным шинам, может варьироваться в различных сочетаниях.
Если потребитель электроэнергии нуждается в однофазном напряжении, то он аналогично и называется. К нему подводится как минимум два провода: от нейтрали и провода фазного напряжения (220 В), не считая «земляной» шины. Потребители электроэнергии считаются трехфазными, если для питания требуют разность потенциалов 380 вольт.
Если суммарная мощность электроэнергии составляет меньше 10 кВт, то к таким потребителям, по большей части, подводят однофазное напряжение. Когда в дом введено такая разность потенциалов и нейтральный проводник, то следует обязательно позаботиться об оборудовании надежного контура заземления. Иначе, вероятная возможность фазового перекоса может вызвать необратимые последствия с печальным исходом.
О перекосе фаз «на пальцах»
Перекос напряжений в первом приближении можно сопоставить с шариком, который положен на рычажные весы с коромыслом. Вес шарика можно отождествить с потребляемой мощностью.
В состоянии равновесия шарик будет находиться посредине. Если же коромысло наклонится, то шарик начнет скатываться. Чем ближе шарик к концу коромысла, тем труднее восстановить равновесие таких весов.
В трехфазной электросети относительно перекоса складывается примерно такая же ситуация. С одной стороны, проблема осложняется тем, что вес шарика неизвестен, и он к тому же движется. С другой стороны, у весов коромысло уже с тремя плечами.
Поэтому, по какому коромыслу покатится шарик не понятно. Если вовремя шарик не остановить, то он с конца коромысла упадет на чашу весов, и без вмешательства извне установить весы в равновесие не удастся.
Для выравнивания разности потенциалов в трехфазную сеть был добавлен дополнительный провод, который назвали нулевым или «нейтралью». Величина тока, присутствующая в нейтральной шине, осуществляет компенсацию разности токов отдельных фаз, которые могут существенно отличаться своими значениями. Вследствие этого выравнивается фазовая разность потенциалов.
На графике этот процесс можно изобразить, например,так:
Линии зеленого цвета показывают состояние равновесия. Красным цветом отображены примерные изменения напряжения, которые могут возникнуть при перекосе напряжений в случае трехфазной сети.
Если величина вектора «Фаза С — точка N’» будет больше 300 вольт, то возникает аварийная ситуация. При совпадении точки N с «фазой А» либо с «Фазой В» (предельные значения аварийного положения), то перекос фаз (отрезок N – N’) приблизится к своему крайнему значению и составит 220 вольт в этом случае вектор «Фаза С – N’» будет соответствовать напряжению 380 вольт, взамен номинальных 220 вольт.
Как создается перекос фаз?
Трехфазная электросеть включает в себя высоковольтную и низковольтную части. На границе разделения этих частей сети устанавливаются, как правило, электрические подстанции с трехфазными трансформаторами, которые понижают высоковольтное напряжение.
В первой половине сети перекос напряжений в принципе, нереален, потому что все три фазные шины нагружены равномерно. Поэтому электроэнергия передается по трем проводам, надобность в четвертом дополнительном проводнике отпадает, что составляет существенную экономию.
Электрическая подстанция распределяет энергию между потребителями. В этой части электросети используются напряжения до 1 тысячи вольт.
Чаще всего аварийная ситуация в виде перекоса напряжений возникает именно в этой части, когда подключаемая нагрузка распределена между фазными шинами неравномерно или при обрыве нулевого проводника. Она объясняется особенностями распределения мощности между однофазным электрооборудованием.
Неравномерное подключение нагрузки
Подавляющая доля мощности электросети потребляется практически трехфазными нагрузками, в качестве которых выступают электродвигатели, индукционные печи и т. д. Нагрузки подобного рода воздействует на все основные элементы электросети одинаково. Когда же львиная доля мощности потребляется однофазным электрооборудованием, то нагрузку между фазами стремятся распределять более-менее равномерно.
В соответствии с руководящими документами допускается отклонение в соотношении нагрузок между тремя проводами в распределительных щитах не более 30%, а напряжение не должно отклоняться от своего номинального значения в пределах ±10%. Тогда ток в нейтральном проводнике не превысит этого значения от среднего тока в фазных проводах.
По этой причине допускается использовать сечение провода нейтрали меньше, чем у остальных проводников. При этом экономия дорогой меди налицо и нулевой провод обычно не представляет повышенной опасности, потому что ток, присутствующий в нем невелик.
Известно, что при касании нулевого проводника электросети, функционирующей в нормальном режиме, особой угрозы не представляет. Однако перекос напряжений создает потенциальную угрозу для жизни. С возникновением такой ситуации не исключено короткое замыкание с массой электрооборудования или его возгорание.
Неисправность электросети также может оказаться причиной перекоса. К широко распространенным дефектам следует отнести выбор сечения кабеля ниже допустимого, замыкание проводов на землю или неисправность из-за ветхости электропроводки. Отсюда очевидно снижение напряжения в одной или двух фазных шинах. Вследствие этого возрастают значения напряжения в других проводах.
Импульсные блоки питания
Массовое распространение электрических приборов, которые конструктивно включают в себя импульсные блоки питания, в частности компьютеры, внесли дополнительные проблемы, связанные с перекосом. В чем же суть этих проблем?
Теоретически электрические колебания переменного тока, снимаемые с выхода генератора гармонические и их можно представить в виде синусоиды. На самом же деле графическое изображение переменного напряжения или тока могут отклоняться от идеальной синусоиды.
Если, например, лампы накаливания представляют собой линейные элементы, то они никоим образом не влияют на изменение формы электрических колебаний. В отличие от таких элементов, импульсные блоки питания, то есть ИБП представляют уже нелинейную нагрузку.
Тогда после подключения, например, компьютера к источнику напряжения, имеющего синусоидальную форму тока, он будет изменяться со временем совсем по другому закону.
График на рисунке наглядно показывает, ток потребляется ИБП, когда только разность потенциалов в электросети приближается к своему максимальному значению. Когда же напряжение снижается до минимальной величины, то блок питания вообще не потребляет тока. Поэтому заранее предсказать поведение нескольких ИБП в трехфазной электросети затруднительно, что увеличивает вероятность ее асимметрии.
Методы защиты
Несимметрия токов и напряжений в электросети прямым образом оказывает влияние не только на однофазные потребители электроэнергии, но и на трехфазные, не исключая промышленные электросети.
Какие же последствия следует ожидать от перекоса фаз?
- Возрастает потребление электроэнергии электрическими приборами, а функционирование с предельно допустимыми параметрами снижает их ресурс.
- При значительном превышении напряжения на одной из фазных шин большинство электроприборов, включенных в розетки, могут оказаться неисправными, Устройства защиты снижают такой риск.
- Снижение напряжения способствует увеличению нагрузки на электродвигатели – возрастают их токи пуска и падает мощность. Электронные устройства в состоянии выключаться. Их включение возможно только после устранения перекоса фаз.
- Возникает повышенная температура в нулевом проводнике, что не исключает его перегорание и возникновение пожара.
- По причине перегрузки нейтрали вершина кривой напряжения становится более плоской, что приводит к изменению характеристик картинки на мониторе.
- На нулевом проводнике небольшого сечения при увеличенных значениях токов разность потенциалов может составить несколько десятков вольт, что опасно для жизни.
Как уже упоминалось, вероятность возможного возникновения перекоса фаз резко снижается, если выбран электрический кабель подходящего сечения. Такой кабель должен быть рассчитан на максимальную величину потребляемого тока.
Также продуманное равномерное распределение потребителей электроэнергии по фазным проводам играет немаловажную роль. В существующей электросети ошибки проектирования нередко исключаются путем изменения в самых критических ситуациях порядка снабжения электроэнергией потребителей и подводимой мощности потребления.
Дополнением к этому не менее эффективным считается установка стабилизатора фаз. Он от обычного бытового стабилизатора отличается тем, что устраняет не симметрию в сети посредством перераспределения нагрузки либо путем ее усиления.
Учет предполагаемых нагрузок позволяет осуществить правильное проектирование электросети. Следствие такого подхода наблюдается в сбалансированном потреблении электроэнергии так, что участвующие в электропитании объекта фазные шины имеют равномерную нагрузку.
В бытовых условиях монтаж реле контроля фаз позволяет более просто снять возникшую проблему. Оно монтируется после электросчетчика и имеет примерно следующий вид.
В комплексе с этим устройством можно задействовать стабилизаторы напряжения трех фаз. Они позволяют улучшить качество подводимой электроэнергии. Однако это не панацея от всех бед, так как они способны дополнительно нарушать симметрию сети и на них возникают потери. Лучшим вариантом для симметрии разности потенциалов будет специальный трансформатор.
Проблема подключения компьютеров
В целях экономии заземление компьютеров осуществляется нередко посредством подсоединения «земли» к нулевому проводнику в распределительном щите. Ниже рисунок демонстрирует схему примерно такого подключения.
Из рисунка следует, что в нулевом проводнике за счет протекания по нему тока между двумя и более такими «землями» распределительных щитов здания, установленных на разных этажах, создается определенное значение некоторого напряжения.
Тогда этот тип помехи в местной вычислительной сети действует практически между сетевыми картами системных блоков компьютеров, принадлежащих территориально разным этажам. В конечном итоге, такой перекос фаз приводит к сбою передачи сигналов, а также к неисправности составных частей или самих компьютеров. Метод защиты – устройство дополнительного заземления, не привязанного к нейтрали.
Обрыв нейтрального проводника
Обрыв нулевого провода в 3-х фазной электрической сети самая неприятная авария, которая вызывает немедленно перекос фаз. Она является непосредственной причиной выхода из строя однофазного электрооборудования.
В этом случае величина напряжения становится 380 В, вместо положенных 220 В, что будет катастрофой для электроприбора, рассчитанного на данное напряжение.
На электрических подстанциях в силовых согласующих трансформаторах 3 имеющихся обмотки, соединены по схеме «звезда». Из общей точки их подключения исходит нулевой проводник. В случае его обрыва в электросети создается несимметрия напряжений, то есть перекос фаз, который находится в прямой зависимости от подключенной нагрузки. Ниже рисунок демонстрирует такую ситуацию.
Рисунок показывает: если все нагрузки RH одинаковы, то наиболее загруженной окажется фаза C, а разгруженная – фаза А. Обрыв нейтрального проводника вызывает неуправляемый процесс.
Последствия обрыва нулевого проводника
В конечном результате неуправляемого процесса последует перераспределение в фазных шинах разности потенциалов. Проводник фазы, которая подвержена наибольшей загрузке, будет выполнять роль нейтрального провода и напряжение в нем увеличится до 380 вольт. В фазной шине, загруженной по минимуму, напряжение «проседает» до 127 вольт и ниже.
Тогда, если в домашней электросети будут включены электроприборы, то индикатор будет показывать наличие в розетках двух фаз, то есть 380 В. Все потребители электроэнергии будут запитаны по принципу «Звезда без нуля».
Отсюда следует, что выйдут из строя первыми потребители энергии с двигателями. К их числу следует отнести: холодильники, вентиляторы, сплит-системы, стиральные машины, кондиционеры.
За ними последуют ИБП и приборы, в конструкцию которых включены нагревательные элементы. Точная радиоэлектронная аппаратура, которая содержит элементы локальной защиты пострадает меньше всего. Современный телевизор, скорее всего, отключится, но сгореть не должен.
В худшем положении окажутся потребители электроэнергии, находящиеся «в конце» данной цепочки. На этом участке сети будет наблюдаться превышение допустимых величин нагрузки и положение усугубляется тем, что далеко не все автоматы сработают в штатном режиме.
Тогда возрастает вероятность возгораний источников потребляемой мощности и электропроводки. В этом состоит исключительный эпизод перекоса фаз. Полная асимметрия напряжений сети приводит к поражению электрическим током, если к тому же отсутствует надежное дополнительное заземление.
Методы защиты
Одна из причин обрыва нейтрали указывает на неверное подсоединение нулевого проводника либо нарушение последовательности подключений проводов электриком. Однако аварийная ситуация также может создастся и без человеческого фактора.
Так, например, не исключено «отгорание» нейтрального проводника на электроподстанции или в силовом распределительном щите, обрыв жилы в электрическом кабеле и др. Когда нулевой проводник не надежно закреплен, то он нагревается, окисляется и в конечном итоге перегорает.
Использование больших номиналов предохранителей также может привести к аналогичному результату. Частенько нулевая жила обрывается от обледенений, проведения некачественных ремонтных работ, от сильного ветра и др.
Единственный выход из такого аварийного положения просматривается в немедленном отключении питающего напряжения. Это действие доступно сделать вручную, но не всегда можно успеть. С подобной задачей на высоком уровне справляются автоматические устройства защиты, которые способны моментально отключить сеть при возникновении в ней перенапряжения.
К таким устройствам относятся стабилизаторы, УЗО, в которых предусмотрена защита от повышенного напряжения, дифференциальные автоматы, реагирующие на обрыв нейтрали, автоматические выключатели.
Возможности автоматических выключателей расширяются, если совместно с ними используются расцепители напряжения, срабатывающие от допустимой максимальной и минимальной величины разности потенциалов. Нередко для предупреждения аварийных ситуаций используются специализированные реле напряжения.
Эффективен также ограничитель перенапряжения УЗИП. Он отключает электросеть при перенапряжении в электрической проводке, которое возникает из-за обрыва либо «отгорании» нейтрального проводника, при попадании разряда молнии и по ряду других причин. Часто используется в частных домовладениях.
Заключение
Таким образом, несмотря на массу выпускаемых приборов, полностью застраховаться от аварийных ситуаций, возникающих при эксплуатации электросетей, все-таки не удается.
Даже при безукоризненно выполненной электропроводке на даче, в частном доме или в квартире, нейтраль может обгореть или оборваться по причинам, независимым от нас.
Тогда перекос фаз неизбежен и возникает серьезная опасность. Отсюда очевидно, что для защиты собственной жизни, своей бытовой техники и радиоэлектроники следует позаботиться заранее.
P.S. Проблема перекоса напряжений возникает всегда, когда к электросети подключается разнородная нагрузка. Поэтому важно, чтобы это явление не превышало допустимых пределов. Дополнения, уточнения и пожелания обязательно оставляйте в комментариях. Я постараюсь ответить и исключить неоднозначное понимание сложившейся ситуации.
P.P.S. Основным инструментом заработка в сети и не только является компьютер. Как придать ему надежность, сделав быстрым и бессмертным, а также ускорить его работу до 30 раз приводится в следующей рассылке: barabyn.ru/wp/computer.
Что такое перекос фаз, как устранить, в чем кроется опасность?
Наверняка некоторые из вас наблюдали картину, когда напряжение в сети сильно скачет, слишком низкое или наоборот, составляет 250 и более вольт. Перекос фаз — это когда одна из линий нагружена больше, чем вторая. Результатом этого являются «прыжки» напряжения, когда одна из фаз вдруг становится слишком перегруженной или наоборот.
Перекос фаз, это очень опасно. В первую очередь для работы оборудования с электродвигателями: холодильники, кондиционеры и т. д. Кроме этого, данное явление способно повлечь за собой выход из строя и другой техники, которая капризна к сильным перепадам напряжения.
Что такое перекос фаз и в чем кроется опасность?
Перекос фаз может привести к возникновению следующих проблем:
- Росту потребления электроэнергии;
- К выходу из строя обмотки электродвигателей;
- К выходу из строя некоторых энергопотребителей;
- Стать причиной увеличения износа техники;
- Ведет к уменьшению срока эксплуатации электроприборов.
Перекос фаз возникает по разным причинам. Самой распространённой является неграмотное и неравномерное распределение нагрузки в трёхфазовой сети. При этом одна или две фазы эксплуатируются с чрезмерно большой нагрузкой, а третья фаза нагружена незначительно. Здесь-то мы и может наблюдать скачки высокого напряжения, которое составляет более 250 Вольт.
Вообще, высокое напряжение в сети, свыше 250 Вольт, является поводом задуматься именно о перекосе фаз. И если у вас стабильно несколько раз в день отключается реле защиты (на 260 Вольт верхний предел), то есть серьёзный повод обратиться в РЭС.
Ярким примером перекоса фаз может служить подключение сразу нескольких мощных электроприборов. При этом по одной из фаз будет слишком большая просадка напряжения, а на другой, при выключении электроприборов, слишком большой скачок электричества, из-за чего и будет выбивать реле защиты или стабилизатор напряжения.
Как устранить перекос фаз
Перекос фаз нужно устранять на трансформаторной подстанции, а сделать это самостоятельно нельзя. Можно обеспечить стабильное напряжение в домашней сети, если использовать симметрирующий трансформатор. Он позволяет выровнять напряжение на отдельной фазе или же сразу на всех.
Следует знать, что допустимой нормой перекоса фаз считается величина нагрузок между каждой фазой не более чем в 15%. Все, что выше уже является перекосом фаз и должно немедленно устраняться электриками на подстанциях.
К сожалению, самостоятельно выровнять перекос фаз не получится. Однако можно использовать всевозможные способы защиты, для того, чтобы защитить технику от преждевременного выхода из строя. Одной из таких защит, является стабилизатор, который поможет сгладить скачки напряжения в электросети.
О плюсах и минусах стабилизаторов напряжения можно прочесть в этой статье сайта elektriksam.ru
Что такое перекос фаз, как исправить эту проблему.
Одним из выдающихся благ цивилизации является электричество. Благодаря тому, что это открытие в наше время так распространено, жизнь общества в целом, и каждого человека в отдельности, значительно упростилась и стала более комфортной.
Вместе с тем, время от времени, в электросети могут возникать трудности, требующие решения. Одной из проблем многих частных владений, общественных заведений и производственных мощностей является перекос фаз.
Что это такое, и как его исправить?
Что такое перекос фаз: Перекос фаз – это состояние электрической сети, при котором одна или две из трех фаз нагружены сильнее, чем остальные. При этом наблюдается значительное снижение мощности трехфазных электрических приборов, преимущественно двигателей и трансформаторов. Но это, что касается промышленных сетей.
В бытовых условиях перекос наблюдается более выражено, при этом может даже возникать риск выхода из строя электроприборов с преобладающей реактивной нагрузкой. К таким относятся компрессоры холодильников, вентиляторы, приборы с простыми силовыми трансформаторными источниками питания. То все то, что не имеет четкой гальванической развязки с сетью и схему защиты от перенапряжений и просадок.
Следует отметить, что существуют разные виды перекоса в электросети. В зависимости от типа проблемы, выбирается наиболее оптимальный способ ее решения. Остановимся на наиболее распространенной и, в то же время, самой простой ситуации – перекос фаз, вызванный неравномерным распределением внутрисетевой нагрузки.
Большинство сетей являются трехфазными. Если в них нагрузка распределена неравномерно, в следствии чего одна или две фазы перегружены, а третья (или же две) недогружена, происходит перекос. На практике это может выглядеть следующим образом: подавляющее большинство однофазных нагрузок питаются от одной фазы, тогда как остальные могут быть вовсе не задействованы либо использоваться по минимуму.
Наиболее часто встречаются ситуации неисправности, в которых при подключении электропитания к трансформаторам не учитывается их потребляемая мощность. Таким образом, бывает, что физически фазы имеют приблизительно одинаковое количество подключений, но вот потребляемая этими подключениями мощность существенно отличается.
Сосредоточие на одной из фаз приборов с высоким потреблением электричества неизбежно вызывает неравномерную нагрузку между фазами. То же самое можно сказать и об общественных и промышленных объектах – во всех случаях очень важно следить за равномерным распределением нагрузки между имеющимися фазами, это позволит предотвратить возникновение сложностей.
Что же собой представляет перекос фаз с точки зрения электротехники?
Трехфазную электрическую сеть в идеале можно представить равносторонним треугольником с нейтральной точкой в его середине. Он отражает работу силового трансформатора на подстанции, которая установлена в каждом микрорайоне города и предназначена для равномерного распределения электричества по всем потребителям. Стороны этого треугольника – это векторные линии, соединяющие его вершины. Обозначив вершины точками A, B, C и нейтралью N, можно составить таблицу напряжений и зависимость между ними:
AB=BC=CA=380 В;
AN=BN=CN=220 В.
При этом напряжения AB, BC, CA в 1,73 раза больше напряжений AN, BN, CN.
Идеальный трехфазный генератор, который обычно используется для питания всех бытовых приборов и промышленных сетей, должен обеспечивать эти уровни напряжений в широком диапазоне нагрузок.
Чем опасен перекос фаз.
Во время перекоса наблюдается неравномерная нагрузка на фазы – на задействованной напряжение падает ниже нормы, тогда как недогруженная фаза испытывает скачок напряжения, превышающий допустимые показатели. Результаты такого положения могут быть плачевными для многих электроприборов. Это вызвано тем, что отдельный прибор может либо недополучать требующейся мощности, либо получать ее в избытке. Особенно такое положение опасно для приборов, потребляющих много энергии: двигателей для ворот, насосов, оборудования, использующегося в бассейнах и при поливе.
Вернемся: как исправит проблему с перекосом фаз?
Предотвратить негативные последствия для оборудования от перекоса между фазами позволяет трехфазный автомат. Если мощность в одной фазе превышаю предусмотренную нагрузку, автоматически отключается электричество во всем доме/линии. Это не является решением ситуации, потому что лишь подобный подход не позволяет использовать всю доступную мощность. К примеру, при трехфазном автомате на 16А, при превышении нагрузки на одной фазе 16А – система отключится, но это не позволяет полностью использовать всю возможную мощность 48А (16Х3).
Идеальным вариантом является планирование всех мощностей на начальном этапе проектирования здания, таким образом можно равномерно распределить напряжение между всеми фазами, предотвратив тем самым перекос. Если же здание уже сдано в эксплуатацию – можно замерить напряжение на каждой фазе в отдельности, для этого используется вольтметр, и при необходимости осуществить перераспределение.
Реальные рабочие условия
При стандартном распределении на дом с тремя подъездами обычно одна фаза используется для питания одного подъезда, вторая для второго и третья, соответственно, для третьего. Это позволяет равномерно нагрузить развязывающий понижающий трансформатор на подстанции и обеспечить ему оптимальные режимы работы. Но это справедливо, только если нагрузка примерно одинакова, притом как в активной, так и реактивной составляющей.
Но, к сожалению, потребителю не объяснишь, что необходимо придерживаться норм расхода электричества, а если рассматривать сельскую местность, то многие умельцы в сеть подключают очень большую активную нагрузку, что существенно ухудшает условия работы трансформатора на подстанции. Через одно плечо начинает течь больший ток, чем через остальные, тем самым разогревая магнитопровод, а это приводит к возникновению в нем паразитных вихревых токов, нарушающих режим работы источника еще сильнее.
Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.
Поделиться ссылкой:
В однофазном режиме значение напряжения должно составлять 220 вольт, а при трёхфазном — 380 вольт. Но в реальности эти числа практически не встречаются. Поэтому проверив значение напряжения в розетке, можно наглядно убедиться в существовании перекоса фаз. Чтобы приблизить значение напряжения к стандартным значениям, необходимо понимать, что подразумевается под словосочетанием «перекос фаз», его причинами и возможными способами устранения.
Блок: 1/5 | Кол-во символов: 447
Источник: https://220v.guru/fizicheskie-ponyatiya-i-pribory/prichiny-i-posledstviya-perekosa-faz.html
Что это такое, и как его исправить?
Что такое перекос фаз: Перекос фаз – это состояние электрической сети, при котором одна или две из трех фаз нагружены сильнее, чем остальные. При этом наблюдается значительное снижение мощности трехфазных электрических приборов, преимущественно двигателей и трансформаторов. Но это, что касается промышленных сетей.
В бытовых условиях перекос наблюдается более выражено, при этом может даже возникать риск выхода из строя электроприборов с преобладающей реактивной нагрузкой. К таким относятся компрессоры холодильников, вентиляторы, приборы с простыми силовыми трансформаторными источниками питания. То все то, что не имеет четкой гальванической развязки с сетью и схему защиты от перенапряжений и просадок.
Следует отметить, что существуют разные виды перекоса в электросети. В зависимости от типа проблемы, выбирается наиболее оптимальный способ ее решения. Остановимся на наиболее распространенной и, в то же время, самой простой ситуации – перекос фаз, вызванный неравномерным распределением внутрисетевой нагрузк
Рассмотренное в этой публикации явление уменьшает КПД подключенного оборудования, провоцирует аварии. В некоторых ситуациях создает угрозу для жизни и здоровья пользователей. Устранить перекос фаз и обеспечить безопасную эксплуатацию техники можно с помощью комплекса специальных мероприятий.
Типичная причина подобных аварийных ситуаций – перекос фаз
Основные понятия перекоса фаз и параметров сети
Что делать, если перегорел электрический чайник? Замена ТЭНа сопоставима с покупкой нового изделия, поэтому правильное решение кажется очевидным. Однако до посещения магазина следует уточнить, почему произошла авария. Такой подход позволит выявить причину неисправности. Устранение негативных воздействий предотвратит повреждение стиральной машины, кондиционера, телевизора, другой дорогой техники.
Принципиальная схема подключения нагрузок
Электропитание частного дома, как правило, организуют по трехфазной схеме. На рисунке показано типовое распределение подключаемых устройств на несколько групп. Такой способ применяют для равномерного распределения нагрузки. Камины, станки, насосы подключают к трем фазам с учетом высокой потребляемой мощности.
Специальные клещи пригодятся для измерения тока в отдельных линиях без нарушения целостности цепей. С помощью мультиметра можно проверить напряжение в контрольных точках. Результаты исследования помогут исправить ошибки.
Диаграммы напряжений
В идеальной ситуации соблюдается равенство фазных напряжений. На второй части рисунка показан типичный перекос. Открыв инструкцию производителя, можно узнать рекомендованные технические параметры (220-240 V). Таким образом, при подключении техники в линию А-N допустимый максимум будет превышен почти на 20%: (285-240)/2,4 = 18,75. В этих условиях сильный ток способен вызвать чрезмерный нагрев ТЭНа, вплоть до разрушения.
К сведению. Подобное нарушение правил эксплуатации лишает прав на получение компенсации по официальным гарантиям.
Допустимые значения
Действующими правилами ПУЭ и стандартами ГОСТ 32144-2013 установлены предельные отклонения по несимметричному распределению напряжений в сетях 380 V. Контрольные параметры определяются специальными коэффициентами. Предельные значения не должны превышать 2% (4 %) для нулевой (обратной) последовательности, соответственно.
К сведению. Отмеченные определения выражают в векторной форме. В формулах для расчетов реальную систему с имеющимися отклонениями представляют как сумму симметричных компонентов.
Также для контроля применяют максимальное допустимое отклонение измеренных фазных токов. Отдельные нормы утверждены для типовых распределительных устройств:
- ВРУ – 15%;
- ЩР – 30%.
Причины возникновения явления
Кроме различных нагрузок, опасный режим эксплуатации может возникать при обрыве нулевого провода. Эту ситуацию можно рассмотреть на примере типового силового трансформатора, обмотки которого соединены по схеме «звезда».
Обрыв нейтрали
Если разорвать цепь, обозначенную на рисунке стрелкой, линия фазы «С» фактически будет выполнять функции нулевого проводника. Именно в этом участке для прохождения тока создаются самые благоприятные условия. По классическим формулам можно посчитать эквивалентное электрическое сопротивление при параллельном соединении нагрузок:
Rэкв = R1*R2*R3/(R1*R2 + R2*R3 + R1*R3).
Если использовать для примера одинаковую величину Rн = 50 Ом, для этого участка Rэкв = 125 000 / (2 500 + 2 500 + 2 500) ≈ 17 Ом.
В новой «нейтрали» напряжение может увеличиться до максимального уровня 380 V. На такой уровень типовая бытовая техника не рассчитана. Одновременно может уменьшиться до 130 V и даже ниже напряжение в связанном контуре линии «А».
Третья типовая причина несимметричности – короткое замыкание фазы на корпус или другую часть конструкции электроустановки, соединенной с заземлением.
Несимметрия в высоковольтных сетях
На выходах генератора, созданного по схемотехнике синхронной машины, стабильность рабочих параметров обеспечивается принципом работы соответствующего оборудования. Однако в некоторых случаях не исключены искажения. Асинхронные ветрогенераторы, например, создают разные уровни напряжений.
В распределительных устройствах подобный дисбаланс – редкое явление. Однако воздушные линии электропередач не создают идеально симметричными. При больших расстояниях увеличивается длина проводников, возрастает разница электрических сопротивлений. Для корректировки по специальной технологии транспозиции устанавливают особые опорные элементы.
Надо отметить! С целью экономии средств подобные конструкции применяют редко.
Асимметрия на стороне нагрузки
В этой части системы однофазный сварочный аппарат или промышленная плавильная установка способна провоцировать рассматриваемые искажения. В частном домохозяйстве нагрузки не подключают с учетом соблюдения правильной пропорциональности.
Асимметричное распределение потребителей электроэнергии по фазам
Опасность и последствия перекоса
Очевидные неприятности, которые провоцирует перекос фаз в трехфазной сети, следует дополнить особенностями эксплуатируемого оборудования. Автономный генератор в таком режиме работы будет выполнять свои функции с худшим КПД. Увеличение компенсационного тока сопровождается дополнительным расходом энергии (топливных ресурсов).
Отклонение напряжения от номинала проявляется следующим образом:
- высокий уровень провоцирует короткое замыкание, срабатывание защитных автоматов, ухудшает состояние изоляционных оболочек;
- низкий – уменьшает мощность силовых агрегатов, увеличивает пусковые токи, нарушает функциональность электронных схем.
Отдельно следует подчеркнуть опасные последствия перекоса, если через цепь проходит слишком высокий ток. Чрезмерный нагрев на открытых участках – типичная причина пожаров. Восстановление испорченной проводки в глубине строительных конструкций сопровождается значительными затратами.
Меры защиты
Как бороться с негативными проявлениями, станет понятно после детального изучения определенного проекта. Общая рекомендация – обеспечение равномерного распределения (подключения) нагрузок. Но выполнить это условие не всегда возможно. Наличие разнообразных однофазных потребителей значительно усложняет задачу.
Защита от перекоса фаз в трехфазной сети
Эффективный и достаточно простой способ защиты – специализированное реле. Это устройство в непрерывном режиме контролирует состояние отдельных фаз. При выходе параметров за границы определенного диапазона источник питания отключается.
Регулировка напряжения в трехфазном реле
Дополнительные функции прибора пригодятся на практике. Динамический контроль подключения отдельных фаз (очередности) окажет помощь при работе с асинхронными электродвигателями. Эта опция предотвратит вращение ротора в обратную сторону. Автоматическое отключение источника при разрыве цепи исключит рассмотренные выше аварийные ситуации.
Защита в однофазной сети
Эта часть системы не способна оказать корректирующее влияние на электроснабжение. Для защиты нагрузок по току (напряжению) устанавливают защитные автоматы. Чтобы поддерживать электрические параметры питания на оптимальном уровне, применяют стабилизаторы.
Как исправить проблему с перекосом фаз
Представленные ниже специализированные устройства выбирают с определенным запасом по мощности (20-25%). Это продлит срок службы оборудования, упростит перемещение техники и подключение новых нагрузок. Для экономии средств можно создать защиту только для отдельных групп потребителей.
Стабилизатор
Такие аппараты можно использовать для поддержания заданного уровня напряжения в одной или трех фазах. Как правило, дополнительно обеспечивается фильтрация импульсных помех. Дорогие модели формируют на выходе сигнал с минимальными искажениями синусоиды.
Современный электронный стабилизатор с индикацией рабочих параметров на ЖКИ экране
Симметрирующий трансформатор
Технику этой категории в соответствующем исполнении применяют в одно,- и трехфазных сетях. С ее помощью:
- обеспечивают одинаковое распределение нагрузки для источника электропитания вне зависимости от реального распределения токов по фазным линиям;
- предотвращают падение напряжения (сглаживают переходной процесс) при подключении мощных двигателей и других изделий с индуктивными характеристиками;
- оптимизируют потребление электроэнергии, когда нагрузка отличается выраженными реактивными параметрами внутреннего сопротивления.
Вместо симметрирующего трансформатора для устранения перекоса применяют комплекты конденсаторов. Также используют комбинированное включение емкостных/ индуктивных компенсационных элементов.
Видео
Нормы на перекос фаз
Перекос фаз явление в электротехнике встречающееся довольно часто. Практики хорошо знакомы с ним и знают его последствия. А вот причина негативных его проявлений далеко не всем понятна.
Кабельная линия, проверка на перекос фаз
Сначала давайте определимся в терминах. Речь идет о разнице напряжений, между фазами в трехфазной сети или фазными и нулевым проводником в той же трехфазной цепи. Под перекосом мы будем понимать различие этих напряжений.
Напомним, что любая трехфазная цепь может быть выполнена с «глухо заземлённой нейтралью» либо с «изолированной нейтралью». Первая имеет три фазных проводника и, так называемый, нулевой провод. Вторая только три фазных проводника. Соответственно, потребители в первой цепи могут быть соединены как в треугольник, так и на звезду. Во второй только в треугольник. В сети 380/220 В с глухо заземлённой нейтралью потребители, в подавляющем большинстве случаев, подключены по схеме «звезда». Это относится как к асинхронным двигателям, так и к «осветительным нагрузкам». О таких случаях мы будем вести речь в дальнейшем. Сделаем одно замечание. Сопротивление питающих линий является конечным, носит омический характер и должно учитываться при расчете трехфазной цепи.
Так называемый перекос фаз, является отклонением от нормальной разницы между мгновенными значениями линейных напряжений, либо результатом изменения фазового угла между линейными напряжениями. Последний случай можно исключить из рассмотрения, так как он встречается крайне редко.
Когда мы определились с терминами можно перейти к рассмотрению вопроса по существу. И тут становиться всё просто. Предположим, что все нагрузки у нас осветительные. Под этим термином понимают активные нагрузки, например в виде ламп накаливания. Ещё, предположим, что к одной из фаз подключено лампочек значительно больше чем к остальным. Токи, протекающие через них, по законам Кирхгофа будут протекать не только через нулевой проводник но, и через других потребителей. В результате падение напряжения на потребителях других фаз неизбежно вырастет. Это и вызывает перекос фаз.
Щит электрический, питающий кабель, проверка на перекос фаз
Все это можно объяснить и через напряжения. Большой ток одной из фаз создает небольшое, но вполне реальное падение напряжения в нулевом проводе. Это напряжение сдвинуто на угол 120о относительно других фаз. Поэтому напряжение, приложенное к их нагрузкам, является суммой фазного напряжения и напряжения на нулевом проводе.
Крайним случаем перекоса фаз является однофазное замыкание на «землю». В этом случае токи короткого замыкания будут протекать и через потребителей, питающихся от двух других фаз что, неизбежно, вызовет перенапряжение в них.
Ещё одним из случаев того же порядка является обрыв нулевого провода. При этом также нарушается баланс токов в нагрузках. Напряжения в сети могут изменяться крайне непредсказуемо, в зависимости от величины нагрузки на каждую из фаз. Практики знают, что напряжения в бытовых розетках, в этих условиях могут достигать даже линейных значений. Ещё перекос фаз возникает при обрыве одного из фазных проводников. Такой режим называется неполнофазным.
В любом случае перекос фаз ведёт к экономическим потерям, связанным с протеканием токов в нулевом проводнике. В теоретических основах электротехники (ТОЭ) для таких расчётов вводят понятия токов прямой, обратной и нулевой последовательностей.
Ещё раз. Существенное увеличение тока одной из фаз трехфазной сети, потребители которой соединены в звезду, незамедлительно ведёт за собой увеличение напряжения на нагрузках других фазных проводов. При этом напряжение перегруженной фазы относительно нулевого провода понижается. Чем это чревато? У ламп накаливания значительно сокращается срок службы либо светоотдача, у асинхронных двигателей, подключенных к такой сети, ухудшается КПД. В конце концов, повышенное напряжение может вывести из строя электронные приборы.
Ещё одно негативное явление это появление гармоник высших порядков при питании различных электрических машин от несбалансированной сети. Речь идет о двигателях, трансформаторах и генераторах. Это связанно с процессами, протекающими в их магнитопроводах. Гармоники высших порядков часто вызывают сбои в работе электронного оборудования. Поэтому при проектировании электрических сетей необходимо равномерно распределять нагрузки по фазам. Своды правил по проектированию считают предельным разброс нагрузок в 30% в распределительных щитках, а для вводных распредустройств 15%.
Какие требования предъявляются к перекосу фаз нормативными документами? Основным документом, определяющим качество электроэнергии, является ГОСТ 13109-97. Его требования выражаются в терминах нулевых и обратных последовательностей. Не уверены, что стоит грузить читателя столь сложными материями.
Конечно, выявить перекос фаз не сложно с помощью простейших приборов не прибегая к посторонней помощи. Но провести анализ причин перекоса фаз, выработать конкретные рекомендации по его устранению могут только профессиональные специалисты. Наша электролаборатория выполняет любые электротехнические измерения. Мы прошли государственную аккредитацию и имеем соответствующие документы. Мы с радостью поможем решить ваши проблемы.
Похожие статьи
| Поддержите наш проект, поделитесь ссылкой! |
ОСНОВЫ КАЧЕСТВА МОЩНОСТИ: НАПРЯЖЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
Дисбаланс напряжения (или дисбаланс) определяется IEEE как отношение компонента отрицательной или нулевой последовательности к компоненту положительной последовательности. Проще говоря, это изменение напряжения в энергосистеме, в которой величины напряжения или разности фаз между ними не равны. Отсюда следует, что эта проблема качества электроэнергии затрагивает только многофазные системы (например, трехфазные). Напряжения редко точно сбалансированы между фазами.Однако, когда дисбаланс напряжения становится чрезмерным, это может создать проблемы для многофазных двигателей и других нагрузок. Более того, приводы с регулируемой скоростью (ASD) могут быть даже более чувствительными, чем стандартные двигатели. Дисбаланс напряжений в основном связан с неравными нагрузками на распределительных линиях или в пределах объекта. Другими словами, напряжения отрицательной или нулевой последовательности в энергосистеме обычно возникают в результате несбалансированных нагрузок, вызывающих протекание токов отрицательной или нулевой последовательности.| Дисбаланс напряжений |
Причины и источники
Утилита может быть источником несбалансированных напряжений из-за неисправности оборудования, включая перегоревшие конденсаторные предохранители, регуляторы с открытым треугольником и трансформаторы с открытым треугольником.Оборудование с открытым треугольником может быть более восприимчивым к дисбалансу напряжения, чем оборудование с закрытым треугольником, поскольку они используют только две фазы для выполнения своих преобразований.
Кроме того, дисбаланс напряжения также может быть вызван неравномерным распределением однофазной нагрузки между тремя фазами — вероятным виновником дисбаланса напряжения менее 2%. Кроме того, серьезные случаи (более 5%) могут быть связаны с однофазным распределением в боковых питателях распределительного устройства из-за перегоревшего предохранителя из-за неисправности или перегрузки на одной фазе.Объект, в котором находится двигатель, также может создавать несбалансированные напряжения, даже если напряжения, поставляемые коммунальным предприятием, хорошо сбалансированы. Опять же, это может быть вызвано неисправным оборудованием или даже несоответствующими трансформаторными отводами и импедансами. Как и в случае с коммунальными предприятиями, плохое распределение нагрузки внутри установки может создать проблемы с дисбалансом напряжения. Сам двигатель также может быть источником дисбаланса напряжения. Резистивные и индуктивные дисбалансы в моторном оборудовании приводят к несбалансированным напряжениям и токам.Дефекты в цепях силовой цепи, контактах двигателя или обмотках ротора и статора могут привести к неравномерному импедансу между фазами в двигателе, что приводит к несбалансированным условиям. Несбалансированные системы указывают на наличие отрицательной последовательности, которая вредна для всех многофазных нагрузок, особенно трехфазных индукционных машин. Основным эффектом дисбаланса напряжения является повреждение двигателя из-за перегрева. Дисбаланс напряжения может создать дисбаланс тока в 6-10 раз превышающий величину дисбаланса напряжения.В свою очередь, текущий дисбаланс производит тепло в обмотках двигателя, что ухудшает изоляцию двигателя, вызывая кумулятивное и постоянное повреждение двигателя. Этот сценарий может привести к дорогостоящим простоям оборудования из-за неисправностей двигателя. На приведенном ниже графике показана взаимосвязь между дисбалансом напряжения и повышением температуры, которая приблизительно увеличивается вдвое по сравнению с процентом процента дисбаланса напряжения.| Дисбаланс напряжения и повышение температуры |
ANSI C84.1-2006
Дуган Р., МакГранаган М., Сантосо С. и Беати Х.В. (2004). Электроэнергетические системы качества (2 и изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. IEEE 1159-1995. Рекомендуемая практика контроля качества электроэнергии . Публикация № Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA)MG 1-1998 Motors and Generators ,Дисбаланс напряжения в 3-фазных системах
В рамках моей продолжающейся серии электрической диагностики для систем кондиционирования воздуха, в этой публикации мы обсудим дисбаланс напряжения в 3-фазных системах.
Большинство технических специалистов знают, что низкого напряжения вызывает проблемы с двигателями, компрессорами и другими компонентами в системе HVAC. Поскольку низкое напряжение может привести к увеличению силы тока и повышению температуры двигателя, я подумал, что было бы хорошо написать сообщение о проблемах, вызванных дисбалансом напряжения в 3-фазных системах.
В то время как низкое напряжение всегда является проблемой, дисбаланс напряжения является более тонкой проблемой. Это условие, когда напряжение на основных трехфазных компонентах существенно различается между тремя фазами. Когда дисбаланс напряжения слишком отличается, вы можете иметь чрезмерную температуру компонентов и даже перегорание.
Многие компрессоры и двигатели заменяются без определения причины неисправности. Зачастую причиной является , напряжение , , дисбаланс в 3-фазном питании.
Итак, что такое дисбаланс напряжения ? Трехфазный источник питания состоит из 3 «горячих» проводов, каждый из которых имеет полное линейное напряжение относительно двух других. Эти три напряжения должны быть почти, если не точно, равны по напряжению друг другу. Если напряжение слишком сильно нарушено, компоненты (например, двигатели и компрессоры) начнут перегреваться. Двигатели и компрессоры, работающие со слишком высоким дисбалансом напряжения, могут продолжать работать, но при повышенной температуре обмотки двигателя. Это, в свою очередь, сократит срок службы этого компонента.Общепринято, что максимальный допустимый дисбаланс напряжения составляет , что составляет два процента.
Дисбаланс напряжения может значительно повысить температуру обмотки двигателя. Температура обмотки увеличивается в 2 раза по отношению к квадрату процента дисбаланса, как показано в следующей таблице:
Как видно из таблицы, небольшой дисбаланс напряжения приведет к тому, что обмотки двигателя будут работать при сильно повышенных температурах по сравнению с нормальными рабочими температурами, тем самым сокращая срок службы двигателя.
Итак, зная, что дисбаланс напряжения может привести к перегреву двигателей и в конечном итоге к выходу из строя, как мы можем проверить, есть ли в нашей системе дисбаланс напряжения?
Дисбаланс напряжения может возникнуть в любом месте электрической цепи к компоненту. Это может произойти только на двигателе, ниже двигателя на контакторе или пускателе, при отключении или при обслуживании, поступающем в пространство. Например, если дисбаланс существует на стороне нагрузки контактора или пускателя, но отсутствует на стороне линии контактора или стартера , источником дисбаланса является контактор или пускатель.Падение напряжения на контактах указывает на плохое соединение контактов. Это можно исправить, заменив контактор или стартер и сохранив двигатель или компрессор.
Чтобы фактически проверить наличие дисбаланса напряжения, необходимо выполнить измерения напряжения на ветвях A, B и C в нескольких местах, чтобы определить, где существует дисбаланс напряжения. Это фактическое напряжение должно быть сделано с хорошим цифровым вольтметром, чтобы получить точные показания (см. Иллюстрацию ниже)
После получения этих показаний вы можете рассчитать дисбаланс напряжения по следующей формуле:
% дисбаланс напряжения = максимальное отклонение от среднего ÷ среднее × 100
Давайте сделаем пример
Если ваши показания напряжения были 221 Вольт от А до В, 224 Вольт от А до С и 215 В от В до С, первое, что мы делаем, это , добавляем эти 3 показания вместе и делим на 3, чтобы получить наши средние напряжение для этой точки.221 + 224 + 215 = 660 ÷ 3 = 220 вольт. Максимальное отклонение от среднего значения — это измеренное значение напряжения, наиболее удаленное от среднего значения . Разница между 221 и 220 составляет 1 вольт. Разница между 224 и 220 составляет 4 вольт. Разница между 215 и 220 составляет 5 вольт. Таким образом, максимальное отклонение в этом примере составляет 5 вольт. Теперь мы используем уравнение:
% дисбаланс напряжения = 5 В ÷ 220 В = .0227 × 100 = 2,27%
Дисбаланс напряжения означает, что двигатель будет работать 10.На 31% на больше, чем обычно, на , и срок службы двигателя будет соответственно уменьшен, если обратиться к таблице выше.
Так, что могло вызвать этот дисбаланс напряжения? Как я уже говорил ранее в этом посте, это может быть где-нибудь в цепи. Это может быть плохое подключение проводки. Такие соединения могут быть на главной силовой панели, разъединении, контакторе (на стороне линии или на стороне нагрузки) на двигателе или в любой другой точке 3-фазной системы. Плохие контакты являются точками электрического сопротивления и вызывают падение напряжения.Провода разных размеров, особенно на длинных отрезках, падение напряжения. Когда 3-фазные провода не имеют одинаковый размер (калибр провода), меньшие провода будут падать больше напряжения, создавая дисбаланс. И, наконец, это может быть мотор или компрессор. Частичная обмотка или короткая обмотка может вызвать дисбаланс напряжения. Если вы помните, при отключении любого 3-фазного двигателя все обмотки должны отображаться одинаково.
Помните об этом тесте при устранении неполадок и неисправностей компонентов в трехфазных устройствах.Многие двигатели и компрессоры вышли из строя из-за этого предотвратимого состояния. Проверка дисбаланса напряжения должна быть регулярной частью обслуживания на трехфазных устройствах. Особенно это следует делать, если у вас есть двигатель или компрессор, который вышел из строя, чтобы у нового не было той же проблемы в будущем!
Нравится:
Нравится Загрузка …
Похожие
О yorkcentraltechtalk
Я был в промышленности HVAC большую часть моей жизни.Я 25 лет работал на подрядчиков на все, от жилых до крупных коммерческих котлов и электрических конфорок. Последние 23 с лишним года я работал в Йоркском международном отделе UPG (подразделение Johnson Controls) в качестве менеджера по технической поддержке / обслуживанию, но сейчас я на пенсии. Одна из моих целей всегда заключалась в том, чтобы «обучить» дилеров и подрядчиков. Причиной создания этого блога было поделиться некоторыми знаниями, мыслями, идеями и т. Д. Со всеми, кто нашел время для его прочтения. Содержимое этого блога является моим собственным мнением, мыслями, опытом и никоим образом не должно истолковываться как мнение Johnson Controls York UPG.Я надеюсь, что вы найдете эту помощь. Я всегда приветствую комментарии и предложения для публикаций и сделаю все возможное, чтобы ответить на любые мысли, вопросы или темы, которые вы можете услышать. Спасибо, что нашли время, чтобы прочитать мои сообщения! Майк Бишоп ,Дисбаланс напряжения — нарушение напряжения
В трехфазных системах дисбаланс напряжения или дисбаланс напряжения возникает, когда напряжение фазы или линии отличается от номинального сбалансированного состояния. Нормальное сбалансированное состояние — это когда трехфазные напряжения одинаковы по величине, а фазовые углы смещены на 120 градусов по вектору. Дисбаланс может быть вызван из-за разницы в величине напряжения или фазового угла или обоих . С точки зрения надежности и качества электроэнергии первостепенное значение имеет хороший баланс напряжения в системе.
Векторы сбалансированного и несбалансированного напряжения
Ниже приведены некоторые факторы, которые могут способствовать дисбалансу напряжения:
- Источник напряжения от электросети несбалансированный
- Неравномерное сопротивление трехфазной распределительной системы
- Несбалансированная нагрузка на конденсаторы коррекции коэффициента мощности [Как плавкий предохранитель на одной фазе]
- Неравномерное распределение однофазных нагрузок
- Несбалансированные нагрузки даже при трехфазном подключении
- Несоответствующие трансформаторные отводы
Ниже приведены некоторые из эффектов наличия дисбаланса напряжения.
- Увеличенный нагрев и сокращенный срок службы асинхронных двигателей
- Сокращенный срок службы входных диодов VFD и / или конденсаторов шины.
- В зависимости от типа нагрузки снижение напряжения может привести к увеличению тока в одной или нескольких фазах и, следовательно, к увеличению потерь.
Вышеуказанные пункты будут подробно обсуждаться после введения определения дисбаланса напряжения.
Определение дисбаланса напряжения или дисбаланса напряжения:
В отрасли существует два широко используемых определения дисбаланса напряжения.Это:
NEMA Определение : NEMA означает Национальную ассоциацию производителей оборудования в США. НЕМА определение напряжения дисбаланса дается:
Определение NEMA также называется коэффициентом дисбаланса напряжения сети (LVUR), поскольку линейные напряжения (то есть фазно-фазовые напряжения) используются только для расчета . Не следует использовать напряжение от линии к нейтрали, поскольку компоненты нулевой последовательности могут давать неправильные результаты. Кроме того, фазовые углы не включены в уравнение.Как можно заметить, расчет дисбаланса напряжения NEMA является относительно простым.
Следующий калькулятор можно использовать для расчета дисбаланса напряжения на основе метода NEMA.
,Балансировка элементов и выравнивание батареи
В многоэлементных батареях из-за большего количества используемых элементов мы можем ожидать, что они будут подвержены более высокому уровню отказа, чем одноэлементные батареи. Чем больше ячеек используется, тем больше вероятность выхода из строя и тем хуже надежность.
Батареи, такие как те, которые используются для приложений EV и HEV, состоят из длинных цепочек элементов, соединенных последовательно, для достижения более высоких рабочих напряжений от 200 до 300 Вольт или более, особенно уязвимы.Проблемы могут усугубляться, если для достижения желаемой емкости или уровней мощности требуются параллельные группы ячеек. С батареей, состоящей из n элементов, частота отказов для батареи будет в n раз больше отказов отдельных элементов.
Все ячейки не созданы равными
Потенциальная частота отказов еще хуже, однако, из-за возможности взаимодействия между ячейками.Из-за производственных допусков, неравномерного распределения температуры и различий в характеристиках старения отдельных ячеек возможно, что отдельные ячейки в последовательной цепочке могут стать перегруженными, что приведет к преждевременному выходу ячейки из строя. Во время цикла зарядки, если в цепи есть поврежденный элемент с уменьшенной емкостью, существует опасность того, что, как только он достигнет полного заряда, он будет подвергаться перезарядке, пока остальные элементы в цепи не достигнут своего полного заряда. ,Результатом является повышение температуры и давления и возможное повреждение ячейки. С каждым циклом зарядки-разрядки более слабые элементы будут становиться слабее, пока батарея не выйдет из строя. Во время разряда самая слабая ячейка будет иметь наибольшую глубину разряда и будет иметь тенденцию выходить из строя раньше других. Возможно даже изменение напряжения на более слабых элементах, когда они полностью разряжаются до того, как остальные элементы также приводят к преждевременному выходу элемента из строя. Различные методы балансировки клеток были разработаны для решения этой проблемы путем выравнивания нагрузки на клетки.
Self Балансировка
Несбалансированное старение представляет меньшую проблему для параллельных цепей, которые, как правило, являются самобалансирующимися, поскольку параллельное соединение удерживает все элементы на одном и том же напряжении и в то же время позволяет перемещать заряд между элементами независимо от того, подается ли внешнее напряжение. Однако могут возникнуть проблемы с такой конфигурацией ячеек, если в одной из ячеек произойдет короткое замыкание, поскольку остальные параллельные ячейки будут разряжаться через неисправную ячейку, что усугубит проблему.
См. Взаимодействия между клетками для получения более подробной информации.
Проблемы, вызванные этими различиями между ячейками, преувеличиваются, когда элементы подвергаются циклам быстрой зарядки и разрядки (микроциклы), обнаруживаемым в применениях HEV.
Хотя литиевые батареи более терпимы к микроциклам, они менее терпимы к проблемам, вызванным различиями между ячейками.
Поскольку свинцово-кислотные и никель-металлогидридные элементы могут выдерживать уровень перенапряжения без постоянного повреждения, естественная степень балансировки элементов или выравнивания заряда может быть достигнута с помощью этих технологий, просто продлевая время зарядки, поскольку полностью заряженные элементы будут выделять энергию при выделении газа пока более слабые клетки не достигнут своего полного заряда. Это невозможно с литиевыми элементами, которые не переносят перенапряжения.Хотя эта проблема уменьшается для свинцово-кислотных никель-металлогидридных батарей и некоторых других химических элементов, она не устранена полностью, и необходимо найти решения для большинства многоклеточных применений.
После того, как батарея вышла из строя, необходимо заменить всю батарею, и последствия будут чрезвычайно дорогостоящими. Замена отдельных поврежденных клеток не решает проблему, так как характеристики свежей клетки будут сильно отличаться от старых клеток в цепи, и вскоре произойдет сбой.Некоторая степень восстановления возможна за счет каннибализации аккумуляторов аналогичного возраста и использования, но она никогда не сможет достичь уровня соответствия элементов и надежности, возможного с новыми элементами.
Уравнение предназначено для предотвращения большого долгосрочного дисбаланса, а не небольших краткосрочных отклонений
Выбор ячейки
Первый подход к решению этой проблемы должен состоять в том, чтобы избегать , если это возможно, путем выбора соты.Батареи должны быть изготовлены из соответствующих элементов, предпочтительно из одной и той же производственной партии. Тестирование может быть использовано для классификации и отбора ячеек в группы с более узким разбросом толерантности, чтобы минимизировать изменчивость внутри групп.
Большие и маленькие клетки
Высокая емкость накопления энергии, необходимая для тяговых и других аккумуляторных батарей большой мощности, может быть обеспечена за счет использования больших ячеек большой емкости или большого количества параллельно соединенных маленьких ячеек, чтобы обеспечить такую же емкость, как и у более крупных ячеек.В обоих случаях большие элементы или параллельные блоки небольших элементов должны быть соединены последовательно, чтобы обеспечить требуемое высокое напряжение аккумулятора.
- Использование больших ячеек сводит к минимуму количество соединений между ячейками, что упрощает мониторинг и управление электроникой и снижает затраты на сборку. До тех пор, пока электромобили не займут значительную долю рынка транспортных услуг, крупные ячейки, в которых они нуждаются, будут по-прежнему изготавливаться в относительно небольших количествах, часто с использованием полуавтоматических или ручных методов производства, что приводит к высоким затратам, широкой изменчивости процесса и, как следствие, широкой производительности. толерантность распространяется.Когда элементы используются в последовательной цепи, балансировка элементов важна для выравнивания нагрузки на элементы, вызванной этими производственными отклонениями, чтобы избежать преждевременных отказов элементов.
- Безопасность
- Использование небольших ячеек , соединенных параллельно, для обеспечения того же напряжения и емкости, что и у более крупных ячеек, приводит к большему количеству соединений, большим затратам на сборку и, возможно, более сложной электронике управления.Небольшие цилиндрические ячейки на 2 или 3 ампер-часа, такие как промышленный стандарт 18650, используемые в бытовой электронике, производятся в объемах в сотни миллионов в год в гораздо лучше контролируемых производственных помещениях без ручного вмешательства на высокоавтоматизированном оборудовании. Плюс в том, что удельные затраты, следовательно, очень низкие, а надежность гораздо выше. Когда большое количество ячеек соединено в параллельный блок, производительность блока будет стремиться к среднему значению процесса ячеек компонента, и эффект самобалансировки будет стремиться удерживать его там.Параллельные блоки все равно необходимо будет соединять последовательно, чтобы обеспечить более высокое напряжение батареи, но разброс допусков блоков в последовательной цепочке будет меньше, чем разброс допусков альтернативных ячеек большой емкости, оставляя функцию балансировки ячеек с меньшим количеством работы. делать.
- Безопасность
Есть также проблемы безопасности, связанные с ячейками большой емкости. Одна 200-амперная литий-кобальтовая ячейка, обычно используемая в электромобилях, хранит 2664000 Джоулей энергии. Если в результате аварии происходит сбой или короткое замыкание или повреждение элемента, эта энергия внезапно высвобождается, что часто приводит к взрыву и интенсивному пожару, эвфемистически известному как «событие» в аккумуляторной промышленности.Когда такое событие происходит в батарейном блоке, существует высокая вероятность того, что повреждение в результате пожара и давления в результате отказа элемента приведет к тому, что соседние элементы выйдут из строя аналогичным образом, что в конечном итоге повлияет на все элементы в пакете с катастрофическими последствиями.
На переднем крае безопасности более надежные ячейки с низкой емкостью имеют гораздо меньшую вероятность выхода из строя, и если сбой происходит, накопленная энергия, выделяемая любой ячейкой, составляет только одну сотую часть энергии, выделяемой ячейкой на 200 ампер-час.Это более низкое выделение энергии намного легче сдерживать, и вероятность того, что событие распространяется через пакет, значительно снижается или исключается. Это, пожалуй, самое важное преимущество конструкций с использованием ячеек меньшей емкости.
См. Также, что Джоуль может сделать
Пакет строительный
Другое важное предотвращающее действие — всегда обеспечивать равномерное распределение температуры по всем элементам батареи.Обратите внимание, что в применениях на легковых автомобилях EV или HEV температура окружающей среды в моторном отсеке, салоне и багажнике или багажнике может существенно различаться, и рассеивание ячеек по всему транспортному средству для распределения механической нагрузки может привести к несбалансированной тепловой работе. условия. С другой стороны, если ячейки сконцентрированы в одном большом блоке, внешние ячейки, контактирующие с окружающим воздухом, могут работать холоднее, чем внутренние ячейки, которые окружены более теплыми ячейками, если не предпринимаются шаги для обеспечения потока воздуха (или другой охлаждающей жидкости). чтобы удалить тепло из более горячих клеток.После выбора элементов выравнивание температуры в аккумуляторном блоке должно быть первым соображением, чтобы минимизировать необходимость балансировки элементов. См. Также Управление температурным режимом (равномерное распределение тепла)
Выравнивание ячеек
Чтобы обеспечить динамическое решение этой проблемы, которое учитывает старение и условия работы ячеек, BMS может включать схему балансировки ячеек, чтобы предотвратить чрезмерную нагрузку на отдельные ячейки.Эти системы отслеживают состояние заряда (SOC) каждой ячейки или, для менее критичных, недорогих приложений, просто напряжение на каждой ячейке в цепи. Коммутационные цепи затем управляют зарядом, приложенным к каждой отдельной ячейке в цепи во время процесса зарядки, чтобы выровнять заряд на всех ячейках в упаковке. В автомобильной промышленности система должна быть рассчитана на повторяющиеся импульсы зарядки высокой энергии, такие как импульсы от рекуперативного торможения, а также на нормальный процесс подзарядки.
Было предложено несколько схем балансировки ячеек, и есть компромисс между временем зарядки, потерями эффективности и стоимостью компонентов.
Активная балансировка
Методы активной балансировки элементов снимают заряд с одного или нескольких элементов с высоким уровнем заряда и доставляют заряд одному или нескольким элементам с низким уровнем заряда.Поскольку практически невозможно обеспечить независимую зарядку для всех отдельных элементов одновременно, балансировочный заряд должен применяться последовательно. Принимая во внимание время зарядки для каждой ячейки, процесс выравнивания также очень трудоемкий с временем зарядки, измеренным в часах. Некоторые схемы активной балансировки элементов предназначены для прекращения зарядки полностью заряженных элементов и продолжения зарядки более слабых элементов до тех пор, пока они не достигнут полной зарядки, тем самым максимизируя зарядную емкость аккумулятора.
- Charge Shuttle (Flying Capacitor) Распределение заряда
- Распределение заряда с индуктивным шаттлом
С помощью этого метода конденсатор последовательно включается через каждую ячейку в последовательной цепи. Конденсатор усредняет уровень заряда на элементах, собирая заряд с элементов с напряжением выше среднего и сбрасывая заряд в элементы с напряжением ниже среднего. В качестве альтернативы процесс может быть ускорен путем программирования конденсатора для многократной передачи заряда от элемента с самым высоким напряжением к элементу с самым низким напряжением.Эффективность снижается по мере уменьшения разности напряжения элемента. Метод довольно сложный с дорогой электроникой.
В этом методе используется трансформатор с его первичной обмоткой, подключенной к батарее, и вторичной обмоткой, которая может переключаться между отдельными элементами. Он используется для получения импульсов энергии, требуемых от полной батареи, а не небольших различий в заряде от одного элемента для пополнения оставшихся элементов.Он усредняет уровень заряда, как и в случае с летающим конденсатором, но устраняет проблему небольших перепадов напряжения в элементе и, следовательно, намного быстрее. Эта система, очевидно, нуждается в хорошо сбалансированных вторичных обмотках трансформатора, иначе это будет способствовать возникновению проблемы.
Пассивная балансировка
Диссипативные методы находят элементы с наивысшим зарядом в упаковке, на что указывает более высокое напряжение элементов, и удаляют избыточную энергию через шунтирующий резистор, пока напряжение или заряд не совпадут с напряжением на более слабых элементах.Некоторые схемы пассивного балансирования прекращают зарядку полностью, когда первый элемент полностью заряжен, затем разряжают полностью заряженные элементы в нагрузку, пока они не достигнут того же уровня заряда, что и более слабые элементы. Другие схемы предназначены для продолжения зарядки до полной зарядки всех элементов, но для ограничения напряжения, которое может быть приложено к отдельным элементам, и для обхода элементов после достижения этого напряжения.
Этот метод выравнивает вниз, и поскольку он использует низкие токи байпаса, время выравнивания очень велико.Производительность блока определяется самым слабым элементом и имеет потери из-за потери энергии в резисторах байпаса, которая может разрядить аккумулятор при непрерывной работе. Это, однако, самый дешевый вариант.
Шунтирование заряда
Напряжение на всех элементах выравнивается вверх до номинального напряжения хорошего элемента. Как только номинальное напряжение на элементе будет достигнуто, полный ток обходит полностью заряженные элементы, пока более слабые элементы не достигнут полного напряжения.Это быстро и обеспечивает максимальное накопление энергии, однако для этого требуются дорогие сильноточные переключатели и резисторы с высокой рассеиваемой мощностью.
Ограничение заряда
Грубый способ защиты батареи от влияния дисбаланса элементов состоит в том, чтобы просто отключить зарядное устройство, когда первый элемент достигнет напряжения, которое соответствует его полностью заряженному состоянию (4,2 В для большинства литиевых элементов), и отсоединить аккумулятор, когда самый низкий уровень заряда напряжение на элементе достигает своей точки отсечки 2 В при разряде.К сожалению, это приведет к прекращению зарядки до того, как все элементы полностью зарядятся, или преждевременно отключит питание во время разряда, оставив неиспользуемую емкость в хороших элементах. Таким образом, это уменьшает эффективную емкость батареи. Без преимуществ балансировки ячеек срок службы цикла также может быть уменьшен, однако для хорошо подобранных ячеек, работающих в равномерной температуре, эффект этих компромиссов может быть приемлемым.
Балансировка без потерь
Последние разработки позволили создать превосходный способ балансировки ячеек с помощью программного управления, который является одновременно более простым и без потерь и позволяет избежать различных проблем каждого из вышеуказанных методов.См. Software Configurable Battery.
Все эти методы балансировки зависят от способности определять состояние заряда отдельных ячеек в цепи. Несколько методов определения состояния заряда описаны на странице SOC.
Самый простой из этих методов использует напряжение элемента в качестве индикации состояния заряда. Основным преимуществом этого метода является то, что он предотвращает перезарядку отдельных ячеек, однако он может быть подвержен ошибкам.Элемент может достигать своего напряжения отключения раньше других в цепи, не потому, что он полностью заряжен, а потому, что его внутренний импеданс выше, чем у других элементов. В этом случае элемент действительно будет иметь более низкий заряд, чем другие элементы. Таким образом, он будет подвергаться большему стрессу во время разряда, и повторные циклы в конечном итоге вызовут выход из строя элемента.
Более точные методы используют подсчет Кулона и учитывают температуру и возраст элемента, а также напряжение элемента.
Redox Shuttle (Химическая балансировка клеток)
В свинцово-кислотных батареях перезарядка вызывает выделение газа, что по совпадению уравновешивает элементы. Redox Shuttle — это попытка обеспечить химическую защиту от перезаряда в литиевых элементах с использованием эквивалентного метода, что позволяет избежать необходимости балансировки электронных элементов. Химическая добавка, которая подвергается обратимому химическому воздействию, поглощая избыточный заряд выше заданного напряжения, добавляется в электролит.Химическая реакция меняется, когда напряжение падает ниже заданного уровня.
Для аккумуляторов с количеством элементов менее 10, где низкая начальная стоимость является основной целью или когда стоимость замены вышедшей из строя батареи не считается чрезмерно высокой, балансировка элементов иногда полностью обходится, а длительный срок службы достигается путем ограничения допустимого DOD , Это позволяет избежать затрат и сложности электроники балансировки ячеек, но компромиссом является неэффективное использование емкости ячеек.
Независимо от того, использует ли батарея балансировку элементов, в нее всегда должны входить отказоустойчивые схемы защиты элементов.
,Похожие записи
