Fázis-egyensúlyhiány: okok és védelem

A cikk tartalma

• Kirándulás az elektrotechnika elméletébe
• A fázista egyensúlyhiány okai és következményei
• Semleges huzal helyreállítása
• Inverter fázis stabilizátorok
• Kiegyensúlyozó transzformátorok
• Túlfeszültség védelem

Sem háztartási készülékek, sem gyártóberendezések nem működhetnek stabil tápegység nélkül. A meghibásodások és meghibásodások fő oka a terhelés és a feszültség egyensúlya vagy a fázis egyensúlyhiánya. Ezt a jelenséget le kell küzdeni és meg kell küzdeni, ami megköveteli a háromfázisú elektromos hálózat működésének szabályainak átfogó megértését.

Kirándulás az elektrotechnika elméletébe

A háromfázisú váltóáramú rendszert több mint egy évszázaddal ezelőtt vezették be az iparban, gyakorlatilag abban a formában, amelyben a mai napig fennmaradt. A háromfázisú hálózat fő fejlesztője Mihail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, a háztudós, aki Nikola Tesla ötleteit vette alapul fejlesztéseihez.

A háromfázisú hálózat előnyei nyilvánvalóak: ha a mágneses mező forgása közben egy áram szimmetrikusan és következetesen jelenik meg a generátor hárompólusú tekercsén, akkor annak alakja könnyen felhasználható az elektromos energia forgássá történő átalakításához. A tudományos és technológiai fejlődés korszakában rendkívül fontos volt az elektromos gépek szabad használatának képessége, és így is megmarad..

Garantált AGM-7,5 tápegység

A háromfázisú áramellátó rendszer azonban nem rendelkezik hátrányaival. Az egyes fázisok feszültségeit a szimmetria együtthatója köti össze. A háromfázisú hálózatban kétféle típusú elektromos feszültséget különböztetnek meg: lineáris, a fázisok között működő, és a fázist, amelyet a fázis és a semleges vezeték között mérnek. Ha az egyes fázisok terhelése azonos (szimmetrikus), akkor a hálózati feszültség v3-szorosa a fázisfeszültségnek. Tekintettel arra, hogy a feszültség polaritásának megfordítása az egyes fázisokon váltakozik a többivel és részben átfedésben van az idővel, a terheléseloszlás jelentős egyenetlensége az egész rendszer instabil működéséhez vezet..

A fázista egyensúlyhiány okai és következményei

Amikor a terhelés aszimmetriája megjelenik, az egyik fázisban fázisfeszültség veszít, miközben a hálózati feszültség állandó marad. Az a kör, amely szerint a háromfázisú terhelések össze vannak kapcsolva, feszültség-megosztónak tekinthető: annak lemerülése a legterhelt fázisban az alacsony ellenállás miatt lesz maximális, míg a legkevésbé terhelt fázisoknál a feszültség emelkedik és lineárisra hajlik. Más szavakkal, a feszültség a fázisok között a csatlakoztatott terhelés arányában oszlik meg.

Ezt megfigyeljük a háztartási villamosenergia-hálózatokban: minden fogyasztó különféle fázisokra van csatlakoztatva, de nincs garancia arra, hogy az elektromos berendezések üzemmódjainak és teljesítményének szigorú individualitása mellett a terhelés egyenletesen oszlik meg. Ezért a háromfázisú hálózatban, csillagnak nevezett, feszültség-összeköttetés leggyakoribb sémáját egy középponthoz csatlakoztatott és a földelő rendszerhez elektromosan csatlakoztatott semleges huzal egészíti ki. Ennek a kiegészítésnek köszönhetően a kiegyensúlyozatlan terhelések fázisfeszültségekre gyakorolt ​​hatása jelentősen csökken, míg a kiegyenlítési hatékonyság nagymértékben függ a semleges vezető vezetőképességétől..

Ha a vezetőképesség nem kielégítő vagy a semleges vezető levágva van, a terhelés egyensúlyhiánya megint növekszik, és a fázisfeszültségek egyenetlen eloszlását okozza. Az elektromos hálózat ilyen működési módja súlyos következményekkel jár: az egyes aktív fogyasztók feszültségének növekedésével az áramszilárdság a határértékekig növekszik, az energiaátalakító készülékek kapacitív szűrői meghibásodnak, növekszik a szigetelés meghibásodásának valószínűsége, a túlmelegedés és a parazitaáramok növekedése figyelhető meg a háromfázisú motorokban. A városi hálózat zérus törése minden bizonnyal károsíthatja a nem védett ághoz csatlakoztatott elektromos készülékeket, még akkor is, ha jelenleg nem működnek. A berendezések károsodása gyakran visszafordíthatatlan, emellett a tűz valószínűsége jelentősen megnő. A fázis-egyensúlyhiány negatívan befolyásolja a háromfázisú tápegységeket is – leépülő áramváltók és háromfázisú generátorok..

Semleges huzal helyreállítása

Az elektromos áram nagy távolságra történő továbbításához kolosszális feszültségeket használnak, amelyek révén csökkenthető a vezetők keresztmetszete ésszerű értékre. A fogyasztóhoz való közeledéskor a feszültség fokozatosan csökken a teljesítménytranszformátorok segítségével, és az elektromos hálózat fokozatosan elágazik. Nem szükséges a transzformátort semleges vezetékkel csatlakoztatni, olyan csodálatos vezetővel, mint a földkéreg, tökéletesen megbirkózik ez a feladat. Ezért nulla törés csak a transzformáció végső szakaszában fordulhat elő: egy 6-0,4 kV-os lejtőállomás vagy az alacsony feszültségű elosztóhálózat bármely pontja.

Annak kitalálására, hol lehetséges a semleges vezeték megszakítása, térjünk át egy klasszikus példára – egy apartmanház háromfázisú áramellátó hálózatára. A padlófelületeket összekötő műszaki csatornába egy hárommagos kábel és egy közös földi busz szerelhető. Lehetőség van a semleges busz csatlakoztatására az alállomás földelő hurkához a kábel negyedik magja segítségével. Szinte minden esetben meglehetősen egyszerű meghatározni a törés helyét, elegendő csupán megmérni az elektromos potenciált a nulla busz és a föld között voltmérővel. Ha az eszköz a fázisfeszültség normától való eltérésének közelében lévő értékeket mutat, akkor a sérülés helyét a séma szerint korábban kell keresni, az alállomás felé haladva.

Más a helyzet a légvezetékekkel. A semleges vezeték a fázisvezetékekkel együtt az elosztó hálózat teljes hossza mentén, az alállomástól vagy a transzformátortól kezdve. Természetesen senki sem fogja függetlenül mérni a feszültséget a semleges vezető és a föld között a vezeték egyes pólusaiin. A szünet csak vizuálisan, még ennél is jobban meghatározható a mentőszolgálat erõivel. Ezen túlmenően megjegyezzük, hogy nincs értelme a semleges vezetőt önállóan földelni a felelősségi körén belül, mivel ebben az esetben a teljes hálózat kiürítése a fogyasztó vezetője mentén történik, ami azt jelenti, hogy az áram a mérőn át áramlik.

Inverter fázis stabilizátorok

Nemcsak az egyfázisú csatlakozással rendelkező fogyasztók, hanem a háromfázisú előfizetői hálózatok is, ideértve az ipari hálózatokat is, szenvednek a feszültségek és az áramok aszimmetriájától. A fázis-egyensúlyhiány probléma megoldásának egyik leghatékonyabb módja a fázis-stabilizátor telepítése. A hagyományos háztartási feszültségstabilizátorokkal ellentétben a fázisstabilizátorok kiküszöbölik az aszimmetriát a terhelés erősítése vagy újraelosztása révén..

Valójában a többfázisú kiegyensúlyozó stabilizátor funkcióját három egyfázisú feszültségstabilizátor összeállításával lehet végrehajtani. Ha azonban három eszközt kombinálnak egybe, ez jelentős előnyt jelent. A háromfázisú eszköz működésének elve abban rejlik, hogy van egy tároló és energiaátalakító eszköze, amelynek szerepe impulzus transzformátor. Röviden: az egyfázisú stabilizátort, amely a leginkább megereszkedett fázisban van, kénytelen kompenzálni a feszültség növekedését az energiafogyasztás növelésével, amelyet a konverter hatékonyságának erőteljes csökkenése kísér..

A háromfázisú stabilizátorok viszont a kiegyenlítéshez szükséges energiát azokból a fázisokból vonják ki, ahol a névlegesnél nagyobb a feszültség, amelynek következtében az átalakítási veszteségek sokkal alacsonyabbak. Ebben az esetben a terheletlen fázisokra további terhelést kell végrehajtani, vagyis nemcsak a fogyasztó, hanem részben az ellátó hálózat is stabilizálódott. A közös inverter jelenléte lehetővé teszi egy háromfázisú hálózat karbantartását, ideiglenes feszültséghiány mellett az egyik tápfázisban.

Háromfázisú feszültségstabilizátor FNEX SBW 100

Hiány nélkül. Mindenekelőtt ezek az eszköz bonyolultsága és a háromfázisú stabilizáló eszközök magas költségei. A fázisstabilizátorokat nagyrészt 80–100 kVA összteljesítményű villamos berendezésekkel felszerelt kisvállalkozások energiaellátásában használják: kazánházak, mobil bázisállomások, bútorüzletek. A nagyobb teljesítményű fogyasztók számára más stabilizációs módszereket biztosítanak.

Kiegyensúlyozó transzformátorok

Az áramok és feszültségek stabilizálására szolgáló másik típusú eszköz a balun transzformátorok. Szélesebb teljesítménytartományuk van. Legfeljebb 400 kVA energiafogyasztással rendelkező hálózatok esetén ajánlott a TST típusú alacsony feszültségű transzformátorok telepítése, a nagyobb teljesítményű – TMGSU típusú 6 / 0,4 kV-os kiegyenlítő transzformátorok beépítéséhez..

Mindkét típusú transzformátor különbözik a hagyományos teljesítménytranszformátortól abban, hogy kiegészítő tekercseléssel rendelkezik. Az elsődleges tekercsekkel párhuzamosan helyezkedik el, és a működési nulla és a transzformátor középpontjának földhurokja között van összekötve. A működés elve egyszerű: amikor a terhelések aszimmetriája megjelenik a semleges vezetékben, akkor áram keletkezik, amelyet továbbítanak a transzformátor mágneses magjába, majd felhúzza a legterhelt fázist. A kompenzációt automatikusan hajtják végre a különféle fázisok oszcillációs periódusainak különbsége miatt.

A TMGSU transzformátorok gyakorlatilag nem különböznek az alacsony feszültségű balunáktól. A fázis-kiegyensúlyozó eszköznek a lefelé történő átalakítási szakaszba történő elhelyezése egyszerűen lehetővé teszi egy további transzformációs lánc kizárását és ennek megfelelően a mágneses áramkör további veszteségeinek elkerülését. Az egyszerűség, a megbízhatóság és az alacsony költség teszi a balun transzformátorokat a legjobb megoldásnak azokban a hálózatokban, amelyek szinuszos tisztasága alacsony. A transzformátoroknak azonban nincs olyan széles körű védelme és stabilizálása, mint az inverter típusú eszközöknél..

Túlfeszültség védelem

Nos, mi lenne az egyfázisú csatlakozású fogyasztókkal? Sajnos az egyensúlyhiány valószínűségét és az ebből eredő feszültségnövekedést valamilyen módon nem befolyásolhatjuk. Ilyen időnként előfordulnak ilyen zavarok, a hiba a fő hálózatok elégtelen felszerelésében, a terhelés előrejelzéséhez nem fordított munkában és az elektromos rendszerek elnézhető műszaki állapotában rejlik..

A villamos létesítményeket azonban megóvhatja. A legegyszerűbb módszer egy feszültségrelé telepítése, amely kikapcsolja az objektum ellátását, amikor a hálózatban megjelennek a maximális működési paraméterek. Ha a létesítményben még a villamosenergia-ellátás ideiglenes hiánya is elfogadhatatlan, akkor kétféle módon lehet megvédeni a fáziskiegyenlőtlenségeket: egyfázisú stabilizátor felszerelése vagy az automatikus átviteli kapcsolók bemeneti-elosztó csoportjának felszerelése önálló áramforrással.