В современном электроснабжении чаще всего используется схема с тремя фазами и 4-мя или 5-ю проводами. В случае когда используется сеть, состоящая из пяти проводов, то три из них являются фазами, а оставшиеся два рабочими проводниками: нулевым и защитным. В сетях, состоящих из четырех проводов, три провода — это фазы, а четвертый сочетает в себе функции нулевого и защитного рабочего проводника.
Содержание:
- Как в идеале должна работать трехфазная сеть?
- Сущность явления перекоса фаз
- Причины перекоса фаз
- Последствия перекоса фаз
- Устранение перекоса фаз: традиционные способы
- Как устранить перекос фаз альтернативными способами?
- Выводы
Как в идеале должна работать трехфазная сеть?
Если рассматривать идеальную электрическую сеть, то напряжение каждой фазы относительно нулевого провода равно 220В. Линейные напряжения в такой схеме между любыми фазами равны 380В. Для наглядности можно использовать векторную диаграмму, отображающую взаимосвязь фазных и линейных напряжений.
В идеальном случае диаграмма имеет следующие свойства (зеленый цвет на диаграмме):
- Линейные напряжения тока равны между собой, их значение – 380В;
- Векторы фаз относительно друг друга сдвинуты на угол 120 градусов;
- Напряжение любой из фаз будет составлять 220В.
Эта ситуация изображена на диаграмме с равносторонним треугольником с вершинами A, B и C. Фазные напряжения NA, NB и NC равны между собой и сдвинуты друг относительно друга на угол 120°. Данная модель является идеальной и перекос фазных напряжений в ней отсутствует.
Сущность явления перекоса фаз
Перекос фаз (перекос напряжения) как явление происходит в электрической цепи, когда одна или несколько фаз испытывают большую нагрузку, относительно других. В промышленных сетях при таком явлении наблюдается снижение мощности двигателей и трансформаторов. В бытовых условиях перекос может стать причиной поломки электрических приборов, у которых преобладающей является реактивная нагрузка.
Векторная диаграмма при перекосе фаз приобретает следующие характеристики (красный цвет на диаграмме):
- Векторы фаз сдвигаются по отношению друг к другу на произвольные углы;
- Напряжение фаз имеют различные значения;
- Линейные напряжения при этом останутся прежними и равны 380В.
Причины перекоса фаз
На практике можно отметить явления внешних и внутренних перекосов. Первый из них вызван источником электроэнергии (горэлектросеть), второй вызван потребителями на предприятии.
В случае когда энергия по фазам распределяется неравномерно, возникает перекос. Однако даже при равномерной нагрузке могут возникнуть факторы, являющиеся причиной возникновения перекоса:
- Разные типы нагрузок в сети (индуктивная и емкостная);
- Энергопотребители в разные моменты времени могут потреблять различную мощность. Например, в момент запуска прибора возникают пусковые токи, увеличивающие нагрузку;
- Длительность и неравномерность включения приборов.
Тем самым, в любой трехфазной сети эффект перекоса фаз можно встретить практически всегда. Исключение составляют сети, в которых применяется симметрирующий трансформатор. Небольшие перекосы могут стать причиной уменьшения срока работы прибора, а сильные приводят к аварийным отключениям и возможным отказам.
Последствия перекоса фаз
Возникновение перекоса в работе приборов могут привести к негативным последствиям как для электроприемников и источников электроэнергии, так и для потребителей. Среди таковых могут возникнуть:
- замыкание и перегрев обмоток электродвигателей;
- потребление большего количества топлива генератором;
- аварийное отключение генератора;
- выход энергопотребителей из строя;
- отключение потребителей;
- увеличение износа техники;
- уменьшение срока службы приборов в сети;
- рост потребления энергии;
- увеличение затрат на ремонт и расходные материалы для генератора.
Устранение перекоса фаз: традиционные способы
Для повышения качества электроэнергии и обеспечения заданного напряжения тока 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.
В основе их принципа действия лежит реагирование на отклонения в каждой отдельно взятой фазе и поднятие или опускание напряжения до необходимого уровня в этой конкретной фазе, что провоцирует изменения напряжений на двух других фазах. Таким образом, стабилизаторы становятся 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 серьезных сервисных расходов, так как обладают низкой надежностью — и электромеханические, и электронные стабилизаторы напряжения имеют быстроизнашивающиеся и часто отказывающие детали.
Как устранить перекос фаз альтернативными способами?
Для решения задачи по устранению перекоса в трехфазной сети 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. Самым эффективным решением проблемы перекоса фаз на предприятиях является использование симметрирующего трансформатора. Принцип работы таких трансформаторов заключается в эффекте симметрирования, который заключается в распределении возникающей нагрузки на все три фазы. Тем самым нагрузка перераспределяется на соседние фазы, и трехфазная сеть приходит в равновесное состояние за счет приближению напряжения на каждой фазе к номинальному значению.
Модельный ряд изготавливаемых трансформаторов по мощности составляет от 10 КВА до 1 МВА. Также есть возможность выбора модели устройства в зависимости от его функциональных возможностей.
Преимущества симметрирования нагрузок в трехфазной сети
Установка симметрирующего трансформатора в сети принесет следующие положительные эффекты:
- Возможность подключения различных одно- или двухфазных потребителей;
- Реальность подключения однофазных потребителей к генератору, даже при условии, что мощность потребителя превышает мощность фазы генератора;
- Высокая устойчивость работы дизель-генераторов на однофазную нагрузку;
- Увеличение срока службы оборудования и его безотказной работы;
- Значительное снижение уровня потребления электроэнергии;
- Снижение износа оборудования, уменьшение расходов на его ремонт и обслуживание.
Функции симметрирующего трансформатора
Устройство имеет следующие основные функции работы:
- Равномерное токораспределение нагрузки по всем фазам, позволяющее устранить возможность образования перекоса фаз при питании от автономных источников электроснабжения с ограниченной мощностью;
- При питании потребителя от городской сети происходит равномерное распределение нагрузки по всем фазам и фазные напряжения будут симметрированы.
Выводы
Что дает технология симметрирования фаз:
Устранение перекоса фазных напряжений, т. е. выравнивание фаз сети друг относительно друга.
- Равномерное распределение нагрузок по фазам.
- Обеспечение заданной величины линейных напряжений.
- 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).
Ниже на рисунках представлены варианты подключения нагрузки без использования представленной технологии и с использованием представленной технологии.
Максимальная нагрузка на одну фазу составляет треть от трехфазной мощности источника электроэнергии.
Подключение мощного однофазного электроприемника вызывает перекос фаз и повышает риск его повреждений и повреждений других электроприемников. Если мощность такого фазного потребителя превышает треть трехфазной мощности, это вызывает его неправильную работу (сбой, отключение, отказ).
Максимальная нагрузка на одну фазу может составлять 50% от трехфазной мощности источника электроэнергии. Источник электроэнергии воспринимает нагрузку как равномерно распределенную по фазам.
Технологии симметрирования фаз позволяет подключать ту же группу электроприемников к генератору электроэнергии меньшей мощности, при этом источник электроэнергии будет воспринимать нагрузку как равномерно распределенную по фазам.
Представленная технология запатентована, не имеет аналогов в России и за рубежом. Оборудование, производимое на основе данной технологии, сертифицировано и соответствует ТУ.
Результат повышения энергоэффективности при массовом внедрении
Массовое внедрение симметрирующих трансформаторов позволит более рационально использовать электроэнергию, снизить ее потери; обеспечивать тех же потребителей (группы электроприемников) меньшим количеством электроэнергии; снизить затраты на электроэнергию, затраты на топливо, масло, охлаждающую жидкость при питании от генератора; продлить срок службы электроприемников, уменьшить их износ, обеспечить безотказную работу электроприемников; снизить расходы на источники электроэнергии, так как для той же группы электроприемников возможно использование генератора меньшей мощности.
