Fasobalans: orsaker och skydd

Varken hushållsapparater eller produktionsutrustning kan fungera utan en stabil strömförsörjning. Last- och spänningsobalans eller fasobalans är den främsta orsaken till fel och haverier. Detta fenomen kan och bör bekämpas, vilket kräver en omfattande förståelse av driftsreglerna för ett trefas elektriskt nät.

En utflykt till teorin om elektroteknik

Det trefasiga växelströmssystemet infördes i industrin för mer än hundra år sedan, praktiskt taget i den form det har överlevt till denna dag. Huvudutvecklaren av trefasnätet är Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky – en inhemsk forskare som tog idéerna om Nikola Tesla som grund för sin utveckling.

Fördelarna med ett trefasnät är uppenbara: om en ström under rotationen av magnetfältet uppträder symmetriskt och konsekvent på den trepoliga lindningen av generatoren, kan dess form lätt användas för att vända omvandlingen av elektrisk energi till rotation. I en tid med utvecklingen av vetenskapliga och tekniska framsteg var förmågan att fritt använda elektriska maskiner extremt viktig, och det är fortfarande så..

Garanterad strömförsörjningsenhet AGM-7.5

Trefasströmförsörjningssystemet är dock inte utan nackdelar. Spänningarna i var och en av faserna är sammankopplade av symmetriekoefficienten. I ett trefasnät skiljer man två typer av elektriska spänningar: linjär, som verkar mellan faser och fas, som mäts mellan fas och neutraltråd. Om belastningen på varje fas är densamma (symmetrisk) är linjespänningen v3 gånger fasspänningen. Med tanke på att vändningen av spänningspolariteten i varje fas växlar med resten och delvis överlappar i tid, leder betydande ojämnheter i fördelningen av laster till instabil drift av hela systemet.

Orsaker och konsekvenser av fasobalans

Med utseendet på lastasymmetri observeras en fasspänningsförlust i en av faserna, medan linjespänningen förblir konstant. Kretsen enligt vilken trefasbelastningar är ansluten kan betraktas som en spänningsdelare: dess fall vid den mest belastade fasen kommer att vara maximalt på grund av lågt motstånd, medan spänningen i de minst belastade faserna kommer att stiga och tenderar att vara linjär. Med andra ord fördelas spänningen över faserna i proportion till den anslutna belastningen.

Vi observerar detta i hushållens elnät: alla konsumenter är anslutna till olika faser, men det finns ingen garanti för att med en strikt individualitet av driftslägen och kraften i elektrisk utrustning kommer lasten att fördelas jämnt. Därför kompletteras det vanligaste schemat för anslutning av laster i ett trefasnät, kallat en ”stjärna”, med en neutral tråd ansluten till en central punkt och elektriskt ansluten till jordningssystemet. Tack vare detta tillskott reduceras effekten av obalanserade belastningar på fasspänningar avsevärt, medan utjämningseffektiviteten är mycket beroende av ledningsförmågan hos den neutrala ledaren..

Om ledningsförmågan är otillräcklig eller den neutrala tråden stängs av ökar belastningsobalansen igen och orsakar en ojämn fördelning av fasspänningar. Ett sådant driftssätt för kraftnätet är full av allvarliga konsekvenser: med en spänningsökning hos varje aktiv konsument ökar strömstyrkan upp till gränsvärdena, kapacitiva filter för kraftomvandlingsanordningar misslyckas, sannolikheten för isoleringsnedbrytning ökar, överhettning och en ökning av parasitströmmar observeras i trefasmotorer. Ett nollbrott i stadsnätet kommer säkert att orsaka skador på elektriska apparater anslutna till en oskyddad gren, även om de inte fungerar för tillfället. Ofta är skador på utrustning irreversibla, dessutom ökar sannolikheten för en brand avsevärt. Fasobalans påverkar också negativt trefasströmförsörjning – avstängande krafttransformatorer och trefasgeneratorer..

Neutral trådrestaurering

För att överföra elektricitet över långa avstånd används kolossala spänningar, varför det är möjligt att reducera ledarens tvärsnitt till rimliga värden. När du närmar dig konsumenten sker en stegvis minskning av spänningen med hjälp av krafttransformatorer och en gradvis förgrening av elnätet. Det finns inget behov av att ansluta transformatorerna med en neutral tråd, en så underbar ledare som jordskorpan perfekt klarar av denna uppgift. Därför kan ett nollbrott uppstå endast i det slutliga transformationssteget: en 6-0,4 kV avstängningsstation eller vid någon punkt i lågspänningsdistributionsnätet.

För att ta reda på var en brytning i den neutrala ledningen är möjlig, låt oss vända oss till ett klassiskt exempel – ett trefas nätverk i en hyreshus. En trecärnig kabel och en gemensam jordbuss kan läggas i den tekniska kanalen som ansluter golvytorna. Det är också möjligt att ansluta den neutrala bussen till undergrundsslingan med kabelns fjärde kärna. I nästan alla fall är det ganska enkelt att bestämma platsen för brottet, det räcker bara för att mäta den elektriska potentialen mellan nollbussen och marken med en voltmeter. Om enheten visar värden nära fasspänningens avvikelse från normen, måste skadans plats letas tidigare enligt schemat, för att gå mot transformatorstationen.

Detta är inte fallet med kraftledningar. Den neutrala tråden följer tillsammans med fasledarna längs hela distributionsnätets längd med start från transformatorstationen eller transformatorn. Naturligtvis kommer ingen oberoende att mäta spänningen mellan neutralledaren och marken på varje pol i luftledningen. Avbrottet kan endast bestämmas visuellt, och ännu bättre – av arbetarna för räddningstjänsterna. Dessutom noterar vi att det inte är vettigt att självständigt markera den neutrala ledaren i ditt ansvarsområde, eftersom i detta fall kommer lossningen av hela nätet att ske längs konsumentledaren, vilket innebär att strömmen kommer att rinna genom mätaren.

Stabilisatorer för inverterarfas

Asymmetri av spänningar och strömmar påverkar inte bara konsumenter med enfasanslutning, utan också trefasabonnentnät, inklusive industriella. Ett av de mest effektiva sätten att lösa fasobalansproblemet är att installera en fasstabilisator. Till skillnad från konventionella hushållspänningsstabilisatorer eliminerar fasstabilisatorer asymmetri genom att förstärka eller omfördela lasten..

I själva verket kan funktionen för en polyfasbalanseringsstabilisator utföras av en enhet av tre enfasspänningsstabilisatorer. Men om tre enheter kombineras till en, kan detta lova betydande fördelar. Funktionsprincipen för en trefasanordning ligger i det faktum att den har en anordning för att tillföra och omvandla energi, vars roll är en pulstransformator. Kort sagt: en enfasstabilisator, installerad på den mest sänkande fasen, tvingas kompensera för ökningen i spänning genom att öka effektförbrukningen, vilket åtföljs av en kraftig minskning av omvandlarens effektivitet.

I sin tur drar tre-fas stabilisatorer den energi som krävs för utjämning från faser där spänningen är högre än den nominella, varför mängden konverteringsförluster är mycket lägre. I detta fall utförs en ytterligare belastning på de olastade faserna, det vill säga inte bara konsumenten, utan också delvis försörjningsnätet är stabiliserat. Närvaron av en gemensam inverterare låter dig också upprätthålla ett trefas nätverk med en tillfällig brist på spänning i en av kraftfaserna.

Tre-fas spänningsstabilisator FNEX SBW 100

Inte utan brister. Först och främst är detta komplexiteten hos anordningen och de höga kostnaderna för trefasstabiliseringsanordningar. För det mesta används fasstabilisatorer i kraftförsörjningen till små företag utrustade med elektrisk utrustning med en total effektförbrukning på upp till 80–100 kVA: pannhus, basstationer för mobilkommunikation, möbelföretag. För mer kraftfulla konsumenter tillhandahålls andra stabiliseringsmetoder.

Balansera transformatorer

En annan typ av anordning för stabilisering av strömmar och spänningar är baluntransformatorer. De har ett större kraftområde. För nät med en energiförbrukning på upp till 400 kVA rekommenderas det att installera lågspänningstransformatorer av TST-typ, för mer kraftfulla – balanserande transformatorer 6 / 0,4 kV av typen TMGSU.

Båda typerna av transformatorer skiljer sig från konventionella krafttransformatorer genom att de har en extra lindning. Den är placerad parallellt med de primära lindningarna och är ansluten mellan arbetsnoll och jordslingan på transformatorns mittpunkt. Funktionsprincipen är enkel: när en asymmetri av laster uppträder i den neutrala tråden uppstår en ström som överförs till transformatorns magnetiska kärna och sedan drar upp den mest laddade fasen. Kompensationen utförs automatiskt på grund av skillnaden i svängningsperioderna för olika faser.

TMGSU-transformatorer skiljer sig praktiskt taget inte från lågspänningsbalonger. Att placera fasbalanseringsanordningen på ned-transformationssteget gör det helt enkelt möjligt att utesluta en ytterligare transformationskedja och följaktligen undvika ytterligare förluster i magnetkretsen. Enkelhet, tillförlitlighet och låga kostnader gör baluntransformatorer till den bästa lösningen för nätverk med låga krav på sinusformig renhet. Transformatorer har emellertid inte ett så stort antal skydds- och stabiliseringsfunktioner som enheter av inverterartyp har..

Överspänningsskydd

Vad sägs om konsumenter med enfasanslutning? Tyvärr är det inte möjligt att på något sätt påverka sannolikheten för obalans och den resulterande ökningen av spänningen. Sådana fenomen inträffar med jämna mellanrum, felet är i otillräcklig utrustning i stamnäten, bristen på arbete med att förutse laster och det beklagliga tekniska tillståndet för elektrifieringssystem.

Du kan dock fortfarande skydda dina egna elektriska anläggningar. Det enklaste sättet är att installera ett spänningsrelä, som stänger av tillförseln till objektet när de maximala driftsparametrarna visas i nätverket. Om till och med en tillfällig brist på strömförsörjning på anläggningen är oacceptabelt, finns det två sätt att skydda mot fasobalans: att installera en enfasstabilisator eller utrusta ingångsfördelningsgruppen för automatiska överföringsomkopplare med en autonom kraftkälla.