Faaside tasakaalustamatus: põhjused ja kaitse

Stabiilse toiteallikata ei saa töötada ei kodumasinad ega tootmisseadmed. Rikete ja rikete peamine põhjus on koormuse ja pinge tasakaal või faaside tasakaalustamatus. Selle nähtusega saab ja tuleb võidelda, mis nõuab kolmefaasilise elektrivõrgu tööreeglite põhjalikku mõistmist.

Ekskursioon elektrotehnika teooriasse

Kolmefaasiline vahelduvvoolusüsteem võeti tööstuses kasutusele rohkem kui sajand tagasi, praktiliselt sellisel kujul, nagu see on säilinud tänapäevani. Kolmefaasilise võrgu peamine arendaja on Mihhail Osipovitš Dolivo-Dobrovolsky – koduteadlane, kes võttis Nikola Tesla ideed oma arengu aluseks.

Kolmefaasilise võrgu eelised on ilmsed: kui magnetvälja pöörlemise ajal ilmub generaatori kolmepooluselisele mähisele sümmeetriliselt ja järjepidevalt vool, saab selle kuju hõlpsalt kasutada elektrienergia pöördeks muundamise ümberpööramiseks. Teadusliku ja tehnoloogilise arengu arenemise ajastul oli elektrimasinate vaba kasutamise võimalus äärmiselt oluline ja see jääb selliseks..

Garanteeritud toiteallikas AGM-7.5

Kuid kolmefaasilisel toitesüsteemil pole oma puudusi. Mõlemas faasis olevad pinged on omavahel ühendatud sümmeetriakoefitsiendiga. Kolmefaasilises võrgus eristatakse kahte tüüpi elektripingeid: lineaarset, faaside vahel toimivat ja faasi, mida mõõdetakse faasi ja neutraaljuhtme vahel. Kui iga faasi koormus on sama (sümmeetriline), on liinipinge v3-kordne faasipingega. Arvestades, et pinge polaarsuse pöördumine igas faasis vaheldub ülejäänud osaga ja kattub osaliselt ajaliselt, põhjustab koormuste jaotuse oluline ebaühtlus kogu süsteemi ebastabiilse töö.

Faaside tasakaalustamatuse põhjused ja tagajärjed

Koormuse asümmeetria ilmnemisega täheldatakse ühes faasidest faasipinge kadu, samal ajal kui liinipinge püsib konstantsena. Ahelat, mille kohaselt kolmefaasilised koormused ühendatakse, võib pidada pingejaguriks: selle langus kõige koormatud faasis on madala takistuse korral maksimaalne, samas kui kõige vähem koormatud faasidel pinge tõuseb ja kipub lineaarseks. Teisisõnu jaotatakse pinge faaside vahel võrdeliselt ühendatud koormusega.

Me jälgime seda majapidamises kasutatavates elektrivõrkudes: kõik tarbijad on ühendatud erinevate faasidega, kuid pole mingit garantiid, et elektriseadmete töörežiimide ja võimsuse range individuaalsuse korral jaotatakse koormus ühtlaselt. Seetõttu täiendatakse kolmefaasilises võrgus, mida nimetatakse “täheks”, koormuste ühendamise kõige tavalisemat skeemi neutraalse juhtmega, mis on ühendatud keskpunktiga ja elektriliselt ühendatud maandussüsteemiga. Tänu sellele lisandusele väheneb tasakaalustamata koormuste mõju faasipingetele märkimisväärselt, samal ajal kui tasandamise efektiivsus sõltub suuresti neutraalse juhi juhtivusest..

Kui juhtivus on ebapiisav või neutraalne juhe on ära lõigatud, suureneb koormuse tasakaalustamatus uuesti ja põhjustab faasipingete ebaühtlast jaotumist. Elektrivõrgu sellisel töörežiimil on tõsiseid tagajärgi: iga aktiivse tarbija pinge suurenemisega suureneb voolu tugevus piirväärtusteni, energia muundamise seadmete mahtuvuslikud filtrid ebaõnnestuvad, suureneb isolatsiooni purunemise tõenäosus, ülekuumenemine ja parasiitvoolude suurenemine täheldatakse kolmefaasilistes mootorites. Nullpunkt linnavõrgus põhjustab kindlasti kaitsmata haruga ühendatud elektriseadmete kahjustusi, isegi kui need praegu ei tööta. Sageli on seadmete kahjustused pöördumatud, lisaks suureneb tulekahju tõenäosus märkimisväärselt. Faaside tasakaalustamatus mõjutab negatiivselt ka kolmefaasilisi toiteallikaid – astmelisi trafosid ja kolmefaasilisi generaatoreid..

Neutraalse traadi taastamine

Elektrienergia edastamiseks pikkadel vahemaadel kasutatakse kolossaalseid pingeid, mille tõttu on võimalik juhtide ristlõige vähendada mõistlikele väärtustele. Tarbija poole pöördudes väheneb pinge järk-järgult, kasutades toitetrafosid, ja elektrivõrgu järkjärguline hargnemine. Pole vaja ühendada trafosid neutraalse juhtmega, selline imeline juht nagu maapõue saab selle ülesandega suurepäraselt hakkama. Seetõttu võib nullkatkestus toimuda ainult muundamise viimases etapis: 6–0,4 kV pingega alajaamas või madalpingejaotusvõrgu mis tahes punktis.

Selgitamaks välja, kus neutraalse juhtme katkemine on võimalik, pöördugem klassikalise näite poole – kortermaja kolmefaasiline toitevõrk. Põrandapiirkondi ühendavasse tehnilisse kanalisse saab paigaldada kolmetuumalise kaabli ja ühise maandusbussi. Samuti on võimalik kaabli neljanda südamiku abil ühendada neutraalsiin alajaama maasilmaga. Peaaegu kõigil juhtudel on purunemise asukoha määramine üsna lihtne, piisab, kui mõõta nullsiini ja maapinna vahelist elektripotentsiaali voltmeetriga. Kui seade näitab faasipinge normist kõrvalekaldumise lähedasi väärtusi, tuleb kahjustuse koht leida skeemi järgi varem, liikudes alajaama poole.

Õhuliinide puhul seda ei tehta. Neutraalne juhe järgneb kogu faasi pikkusele koos faasijuhtmetega, alustades alajaamast või trafost. Loomulikult ei mõõda keegi iseseisvalt pinget neutraaljuhi ja maapinna vahel õhuliini igal poolusel. Pausi saab kindlaks teha ainult visuaalselt ja veelgi parem – päästeteenistuse töötajate jõud. Lisaks märgime, et pole mõtet neutraalset juhti oma vastutusalal iseseisvalt maandada, kuna sel juhul toimub kogu võrgu mahalaadimine mööda tarbija juhti, mis tähendab, et vool voolab arvesti kaudu.

Inverteri faasistabilisaatorid

Pingete ja voolude asümmeetria mõjutab mitte ainult ühefaasilise ühendusega tarbijaid, vaid ka kolmefaasilisi abonendivõrke, sealhulgas tööstuslikke. Üks tõhusamaid viise faaside tasakaalustamatuse probleemi lahendamiseks on faasistabilisaatori paigaldamine. Erinevalt tavalistest kodumajapidamises kasutatavatest pinge stabilisaatoritest kõrvaldavad faasistabilisaatorid asümmeetriat koormuse võimendamise või ümberjaotamise teel..

Tegelikult saab mitmefaasilise tasakaalustava stabilisaatori funktsiooni täita kolme ühefaasilise pinge stabilisaatori komplektiga. Kui aga kolm seadet ühendatakse üheks, võib see tõotada märkimisväärset kasu. Kolmefaasilise seadme tööpõhimõte seisneb selles, et sellel on üks seade energia tarnimiseks ja muundamiseks, mille rollis on impulssmuundur. Lühidalt: kõige faasilisemale faasile paigaldatud ühefaasiline stabilisaator on sunnitud pinge kasvu kompenseerima energiatarbimise suurendamisega, millega kaasneb muunduri efektiivsuse tugev langus.

Kolmefaasilised stabilisaatorid ammutavad omakorda tasakaalustamiseks vajaliku energia faasidest, kus pinge on nimiväärtusest kõrgem, mistõttu muundamiskaod on palju väiksemad. Sellisel juhul viiakse koormata faasidele läbi täiendav koormus, see tähendab, et stabiliseerub mitte ainult tarbija, vaid ka osaliselt tarnevõrk. Ühise muunduri olemasolu võimaldab teil säilitada ka kolmefaasilist võrku, mille ajutine pinge puudub ühel toitefaasil.

Kolmefaasiline pinge stabilisaator FNEX SBW 100

Mitte ilma puudusteta. Esiteks on see seadme keerukus ja kolmefaasiliste stabiliseerimisseadmete kõrge hind. Enamasti kasutatakse faasistabilisaatoreid väikeste ettevõtete elektrivarustuses, mille elektritarbimine on kuni 80–100 kVA: katlamajad, mobiilside tugijaamad, mööblipoed. Võimsamate tarbijate jaoks pakutakse muid stabiliseerimismeetodeid.

Tasakaalutrafod

Teine tüüpi voolude ja pingete stabiliseerimiseks mõeldud seade on baluntrafod. Neil on laiem võimsusvahemik. Võrkude jaoks, mille energiatarve on kuni 400 kVA, on soovitatav paigaldada TST tüüpi madalpingetrafod, võimsamatele – TMGSU tüüpi 6 / 0,4 kV tasakaalustustrafod.

Mõlemat tüüpi trafod erinevad tavalistest toitetrafodest selle poolest, et neil on täiendav mähis. See asub paralleelselt primaarmähistega ja on ühendatud trafo keskpunkti töötava nulli ja maasilmuse vahel. Tööpõhimõte on lihtne: kui neutraalses juhtmes ilmub koormuste asümmeetria, ilmub vool, mis edastatakse trafo magnetilisele südamikule ja tõmbab seejärel üles kõige koormatud faasi. Kompensatsioon toimub automaatselt erinevate faaside võnkeperioodide erinevuse tõttu.

TMGSU trafod ei erine praktiliselt madala pinge balunidest. Faaside tasakaalustusseadme paigutamine allapoole transformatsiooni etappi võimaldab lihtsalt välistada täiendava teisendusahela ja vastavalt sellele vältida täiendavaid kadusid magnetilise ahelaga. Lihtsus, töökindlus ja madalad kulud muudavad balun-trafod parimaks lahenduseks võrkudele, mille sinusoidaalne puhtus on madal. Kuid trafodel pole nii laia valikut kaitse- ja stabiliseerimisfunktsioone, mis muunduri tüüpi seadmetel on..

Ülepinge kaitse

Aga kuidas on ühefaasilise ühendusega tarbijatel? Kahjuks pole tasakaalustamatuse tõenäosust ja sellest tulenevat pinge suurenemist kuidagi võimalik mõjutada. Selliseid nähtusi juhtub perioodiliselt, süü on magistraalvõrkude ebapiisavas varustuses, koormuste prognoosimise puudulikus töös ja elektrisüsteemide taunitavas tehnilises seisukorras.

Kuid siiski saate oma elektripaigaldisi kaitsta. Lihtsaim viis on paigaldada pingerelee, mis lülitab objekti tarnimise välja, kui võrgus ilmuvad maksimaalsed tööparameetrid. Kui isegi ajutine elektrivarustuse puudumine ettevõttes on vastuvõetamatu, on faaside tasakaalustamatuse vastu kaitsmiseks kaks võimalust: ühefaasilise stabilisaatori paigaldamine või automaatse ülekande lülitite sisend-jaotusrühma varustamine autonoomse energiaallikaga.