Коэффициент несимметрии по обратной последовательности это
Содержание лекции: несимметрия напряжения, влияние несимметрии напряжения на работу электрооборудования.
Цель лекции: изучить основные формулы расчета несимметрии напряжения.
Несимметрия напряжения – это несимметрия трёхфазной системы напряжений. Характеризуется коэффициентом обратной и нулевой последовательности. Несимметрия напряжений происходит только в трёхфазной сети под воздействием неравномерного распределения нагрузок по её фазам .
Источниками несимметрии напряжений являются дуговые сталеплавильные печи, тяговые подстанции переменного тока, электросварочные машины, однофазные электротермические установки и другие одно фазные, двухфазные и несимметричные трёхфазные потребители электроэнергии, в том числе бытовые. Так, суммарная нагрузка отдельных предприятий содержит 85-90% несимметричной нагрузки. А коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности (K0U) одного 9-и этажного жилого дома может составлять 20%, что на шинах трансформаторной подстанции (точке общего присоединения) может обусловить превышение, нормально допустимые 2%.
Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования:
– в электрических сетях возрастают потери ЭЭ от дополнительных потерь в нулевом проводе;
– однофазные, двухфазные потребители и разные фазы трёхфазных потребителей ЭЭ работают на различных не номинальных напряжениях, что вызывает те же последствия, как при отклонении напряжения;
– в ЭД, кроме отрицательного влияния не несимметричных напряжений, возникают магнитные поля, вращающиеся встречно вращению ротора;
– общее влияние несимметрии напряжений на электрические машины, включая трансформаторы, выливается в значительное снижение срока их службы.
Например, при длительной работе с коэффициентом несимметрии по обратной последовательности K2U=2-4%, срок службы электрической машины снижается на 10-15%, а если она работает при номинальной нагрузке, срок службы снижается вдвое.
Поэтому ГОСТ 13109-97 устанавливает значения коэффициентов несимметрии напряжения по обратной (K2U) и нулевой (K0U) последовательностям, – нормально допустимое 2% и предельно допустимое 4%. В качестве вероятного виновника несимметрии напряжений ГОСТ 13109-97 указывает потребителя с несимметричной нагрузкой.
Мероприятия по снижению несимметрии напряжений:
– равномерное распределение нагрузки по фазам (см. рисунок 6.1). Это наиболее эффективное мероприятие, но оно требует творческого подхода при проектировании электроустановок и решительности при эксплуатации;
– применение симметрирующих устройств. Сопротивления в фазах симметрирующего устройства (СУ) подбираются таким образом, чтобы компенсировать ток обратной последовательности, генерируемый нагрузкой как источником искажения. Применение симметрирующих устройств сопровождается дополнительными капитальными затратами на их приобретение и монтаж, затратами на обслуживание и эксплуатацию.
Рисунок 6.1 – Распределение нагрузки по фазам
Наиболее распространенными источниками несимметрии напряжений в трехфазных системах электроснабжения являются такие потребители электроэнергии, симметричное многофазное исполнение которых или невозможно, или нецелесообразно по технико-экономическим соображениям. К таким установкам относятся индукционные и дуговые электрические печи, тяговые нагрузки железных дорог, выполненные на переменном токе, электросварочные агрегаты, специальные однофазные нагрузки, осветительные установки.
Несимметричные режимы напряжений в электрических сетях имеют место также в аварийных ситуациях – при обрыве фазы или несимметричных коротких замыканиях.
Несимметрия напряжений характеризуется наличием в трехфазной электрической сети напряжений обратной или нулевой последовательностей, значительно меньших по величине соответствующих составляющих напряжения прямой (основной) последовательности.
Несимметрия трехфазной системы напряжений возникает в результате наложения на систему прямой последовательности напряжений системы обратной последовательности, что приводит к изменениям абсолютных значений фазных и междуфазных напряжений (см. рисунок 6.2).
Рисунок 6.2 – Векторная диаграмма напряжений прямой и обратной последовательности
Помимо несимметрии, вызываемой напряжением системы обратной последовательности, может возникать несимметрия от наложения на систему прямой последовательности напряжений системы нулевой последовательности. В результате смещения нейтрали трехфазной системы возникает несимметрия фазных напряжений при сохранении симметричной системы междуфазных напряжений (см. рисунок 6.3).
Метки
ВЛВывешивание запрещающих плакатовКЛКРУКоммутационные аппаратыМПОТОбласть и порядок применения ПравилОграждение рабочего местаОперативное обслуживание.Осмотры электроустановокОтключенияПорядок и условия производства работПроверка отсутствия напряженияРУСтабилизатор напряженияТребования к персоналуУстановка заземленияЭлектродвигателиЭлектролизные установкиаввгзвывешивание плакатовдопускающийкабель силовоймультиметрнаблюдающийнаряд-допускнеисправностьответственный руководитель работпроизводительразъединительраспоряжениерлндсокращениятерминытрансформаторфаза
Перекос фаз. Что это такое и с чем он связан? Как исправить?
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. С ростом средней мощности бытовых приборов и техники, установленной в одном месте, например, в квартире, нередко возникает явление, называемое перекосом фаз.
В таких случаях, очень многие задаются вопросом, какие причины вызывают перекос фаз? И так, давайте разбираться.
Что же собой представляет перекос фаз
Трехфазную электрическую сеть в идеале можно представить равносторонним треугольником с нейтральной точкой в его середине.
Перекос фаз
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.
Причины перекоса фаз
Причин перекоса может быть несколько, однако, наиболее распространенной является причина, связанная с неправильной и неравномерно распределенной нагрузкой в фазах внутренних сетей. В случае возникновения перекоса на объекте с трехфазным питанием, это означает, что одна или две фазы работают с перегрузкой, тогда как другие фазы имеют гораздо меньшую нагрузку.
Однофазные потребители нередко попадают на одну фазу, и в этом случае перекос фаз образуется при одновременном включении большого количества бытовой техники. Первыми признаками перекоса могут быть бытовые приборы, мощность которых заметно упала, или они вообще перестали работать. Освещение становится тусклым, а лампы дневного света начинают мерцать.
Важно
Основная опасность ситуации состоит в том, что бытовые приборы начинают работать некорректно, и появляется реальная возможность поломок вплоть до полного выхода их из строя. Наибольшая часть негативных последствий приходится на различные виды электродвигателей, которые установлены почти во всех приборах.
После того, как выяснился вопрос, что такое перекос фаз и с чем он связан, необходимо рассмотреть основные способы борьбы с этим явлением. Следует сразу отметить, что данные способы не являются универсальными, а подходят только для конкретных ситуаций.
Устранение перекоса фаз
Для того, чтобы избежать перекос фаз, необходимо осуществить тщательное планирование всех мощностей и рассчитать все возможные нагрузки с их правильным распределением по фазам. Как правило, составляется подробный электропроект на квартиру или дом.
При эксплуатации необходимо выполнять проверку тока с помощью специальных тестеров. Если возникнет необходимость, должна быть выполнена переброска однофазных нагрузок с более загруженных фаз на менее загруженные.
Ток на каждой фазе трёхфазного автомата должен быть тщательно измерен, после чего нужно перераспределить однофазные нагрузки так, чтобы токи на каждой фазе были приблизительно равными.
Эта работа должна выполняться только профессионалом, имеющим специальное оборудование.
Защита от внешнего перекоса фаз может быть исполнена с помощью стабилизаторов напряжения. На каждую фазу устанавливают определённый стабилизатор. Это будет более эффективно, чем установка одного трёхфазного стабилизатора.
В заключение необходимо подчеркнуть, что перекос фаз может стать причиной повреждения или полного выхода из строя электроприборов. Следовательно, для её устранения необходимо установить стабилизаторы или привлечь профессионалов, которые квалифицированно спроектируют электросеть.
Защита от перенапряжения. Что поможет защитить сеть?
Источник бесперебойного питания для частного дома.
Перекос фаз в трехфазной сети: причины и последствия
У конечных потребителей сетей централизованного электроснабжения, которое является трёхфазным, применяется напряжение 220 В. Это фазное напряжение. Три фазы распределяются между несколькими потребителями.
Они подключаются к сети не одновременно и с неодинаковыми нагрузками.
Поэтому необходимо использование нейтрали чтобы обеспечивать подачу фазного напряжения каждому потребителю при несимметричной нагрузке в этой трёхфазной сети.
Суть проблемы
Но поскольку существует ограничение по мощности конечных трансформаторных подстанций, при упомянутых выше нагрузках величины фазных напряжений изменяются соответственно нагрузкам.
У более нагруженной фазы напряжение уменьшается например до 195 – 205 В, а менее нагруженной увеличивается до 245 В и более.
Последствием таких нагрузок является ток в нейтрали, который по своей величине может быть близким к току нагруженной фазы.
Как следствие этого – увеличение потерь. Они есть в кабельных и воздушных линиях электропередачи, трансформаторных подстанциях, и даже в высоковольтных ЛЭП питающих эти подстанции.
Особенно характерно такое «смещение нейтрали» – термин, характеризующий фазные напряжения при несимметричных нагрузках в трёхфазной сети, для жилого сектора потребителей электроэнергии.
При этом повышение напряжения является небезопасным для некоторых бытовых электроприборов.
Совет
Используемые в инфраструктуре жилого фонда трёхфазные асинхронные двигатели уже при двухпроцентной асимметрии испытывают дополнительный нагрев обмоток, что заметно сокращает срок службы изоляции.
Причём дальнейшее увеличение асимметрии в разы, то есть всего лишь до 4 – 6% вызывает рост общих потерь почти в два раза. То же относится и к лампам накаливания и люминесцентным лампам.
При повышении напряжения всего лишь на пять процентов спирали в них почти в два раза быстрее перегорают.
Что делать при перекосе фаз?
Чтобы уменьшить смещение нейтрали перед подстанциями рекомендуется устанавливать специальные симметрирующие автотрансформаторы. Схемы включения таких трансформаторов приведены ниже на изображениях.
Приведенные выше схемы применимы также с глухо заземлённой нейтралью нагрузки при отсутствии технической возможности встраивания компенсационной автотрансформаторной обмотки в нулевой провод, соединяя через эту обмотку нагрузку с сетью.
Поскольку увеличение нагрузки например в фазе А вызовет увеличение тока в этой фазе, напряжение на соответствующей последовательно включённой обмотке автотрансформатора тоже увеличится и произойдёт компенсация падения напряжения пропорциональная силе тока нагрузки. Установка автотрансформаторов вблизи распределительной подстанции обеспечивает наилучший эффект. Когда с этой подстанции электроэнергия по разделённым фазам подаётся потребителям, становится возможным симметрирование напряжения.
Работа этих устройств вносит искажения в синусоидальную форму напряжения питающей электросети.
Следствием подобных искажений являются тепловые потери во всех работающих электрических машинах, подключенных к этой электросети.
Компенсация смещения нейтрали с использованием специального автотрансформатора весьма недешёвый способ борьбы с потерями электроэнергии при смещении нейтрали при несимметричной фазной нагрузке. Однако положительный эффект от этого способа получается непрерывно и быстро окупает все расходы.
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.
Перекос фаз в трехфазной сети: причины, защита и способы устранения
При эксплуатации силовых сетей 380 Вольт возможны нарушения, существенно влияющие на качество поставляемой потребителю электроэнергии. Одно из таких отклонений – перекос фаз, проявляющийся в неравномерном их распределении по подключенным к линии нагрузкам.
Результатом этого эффекта является существенное снижение мощности включенного в промышленную трехфазную сеть оборудования (трансформаторов или двигателей, в частности). В домашних условиях оно чревато повреждением бытовой техники, подключенной к одной из фаз электросети загородного дома.
Это объясняется тем, что напряжение в ней становится сильно заниженным или наоборот – превышает допустимую норму. Для предупреждения негативных последствий разного напряжения на фазах 380 Вольт разработан ряд организационных и технических мер.
Допустимые нормы перекоса
Для ограничения допустимых отклонений напряжений из-за перекоса фаз разработаны нормативы, регламентирующие их значения для промышленных силовых сетей. При превышении этих норм появляется реальная опасность выхода из строя силового оборудования, подключенного к данной линии. Их точные значения приводятся в соответствующих ГОСТах и других документах, определяющих порядок эксплуатации электрооборудования (в ПУЭ, например).
В соответствие с нормативами устанавливаются фиксированные соотношения между номиналами напряжений и токов в наименее и наиболее нагруженных участках линий. Для силовых распределительных щитов оно не должно превышать 30%, а для вводов в частные дома (ВРУ) – 15%. Согласно действующим ГОСТам допустимый перекос фаз по отдельным линиям с обратными токами не может быть более 2-х процентов, а по нейтральной жиле трансформатора – 4 процентов.
Нарушение симметрии в высоковольтных сетях
Инверторные сварочные аппараты способны нарушить распределение нагрузки тока
В сетях высокого напряжения появление нежелательной асимметрии связано с наличием мощных однофазных нагрузок или трехфазных потребителей с неодинаковым распределением по фазам.
Источниками перекоса в промышленных сетях 0,38-10 кВ являются различные типы плавильных электропечей (рудотермические, индукционные и подобные им нагревательные установки).
К перечню создающего асимметрию оборудования следует отнести инверторные сварочные аппараты, отличающиеся высокими токами потребления и способными нарушить равномерность распределения по нагрузкам.
Мощными источниками опасной асимметрии являются тяговые подстанции железнодорожного транспорта, поскольку современные электровозы представляют собой однофазные потребители электрической энергии. Их мощность достигает нескольких сотен киловатт, что только увеличивает вероятность нарушений при распределении нагрузок.
Убедиться в их наличии можно с помощью специальных токоизмерительных клещей, посредством которых удается проверить цепи, работающие с перегрузкой. При обнаружении в одной из фаз токовых значений, заметно превышающих допустимые величины, можно смело говорить о наличии опасного перекоса.
Негативное влияние перекоса напряжений и токов
Перекос фаз может привести в негодность электрооборудование
На появление фазной асимметрии необходимо оперативно реагировать по таким причинам:
- В этом случае реальна угроза повреждения подключенных к данной сети приборов или же ухудшение их рабочих показателей.
- Это приводит к нарушениям в работе источников электроэнергии (трансформаторов подстанции, в частности).
- Еще одно следствие ненормального распределения фаз – уменьшение срока эксплуатации станционного оборудования.
Для рядового потребителя последствия асимметрии выливаются в увеличение расходов на электричество, ремонт бытовых приборов, а также в возможность получения травм. Если перекос в линии вызван разрушением нулевого провода, условия для защиты от электрического удара заметно ухудшаются. Обрывается шина устройства заземления (ЗУ), смонтированного на трансформаторной подстанции, в отсутствии местного контура пользователь остается абсолютно беззащитным.
Правила разбивки
Правильным разделением электропроводки в доме и квартире на сегодняшний день является проведение для каждой комнаты отдельной линии для розеток, отдельной для освещения.
К тому же отдельной линией проводят кабель к мощным потребителям. Чтобы наглядно разобраться и понять, что такое разделение электрики на группы, рассмотрим графические изображения. Представлена электрическая план-схема:
В данной схеме трехфазный ввод в дом распределен по группам электропотребителей. В качестве вводного кабеля, от счетчика, используется ВВГнг 5*10, пять жил сечением 10 квадратных мм. Для защиты ввода в щит установлен автоматический выключатель ВА 40 А.
Первая группа (подключена от фазы L1) — это освещение, устанавливается автомат 10 А, провод на на них ВВГнг 3*1.5 мм. Вторая — это потребители санузла и ванной, установлено устройство защитного отключения, УЗО 10А-10mA. Вообще можно до 30 мА, но не более (глава 7.1. ПУЭ п. 7.1.82). Связанно это с высокой влажностью и большой вероятностью электротравматизма при эксплуатации электроприборов. В качестве силового провода задействован ВВГнг 3*2.5 мм, который также запитан от первой фазы L1. Третья — розетки комнат. Для их защиты установлен автомат на 16 А, а питание подходит с фазы L2. Делается это для равномерной нагрузки на трехфазную сеть. Провод для третьей ветки электропроводки также берут ВВГнг 3*2.5 мм. Розетки для четвертой группы (кухня и коридор) запитаны от фазы L3. Автоматический выключатель на 16 А защищает провод ВВГнг 3*2.5 мм. Пятая ветка — питание электроплиты, задействованы три фазы, ноль и заземление. Для подключения используют провод ВВГнг 5*6 мм (согласно СП 256.1325800.2016 п.10.2), для защиты установлено УЗО 32 А — 30 mA.
Данная схема разделения проводки на группы приведена в качестве примера, для помощи домашним мастерам разобраться и на примере помочь научится читать схемы, а также составлять их, исходя из собственных наработок. В качестве недорогого и простого решения разбивки электропроводки для хрущевки, можно использовать схему приведенную ниже, с распределенной нагрузкой на потребителей.
Также добавлено визуальное изображение, план-схема проводки на плане квартиры. При вновь проложенной электропроводке необходимо составлять подобную схему распределения, для того чтобы в дальнейшем облегчить поиск неисправности или же модернизацию проводки, добавление точек потребителей.
Также рекомендуем вам ознакомиться со схемой электропроводки в двухкомнатной квартире!
Чтобы закрепить прочитанный материал, предлагаем вам ознакомиться с видео уроками, на которых доходчиво и наглядно демонстрируется, как разделить проводку в квартире или доме на линии:
Вот собственно и все, что мы хотели рассказать вам о правильном разделении электропроводки на группы. Надеемся, предоставленные примеры помогли вам понять, зачем нужна разбивка электрики и как ее правильно осуществить!
Будет интересно прочитать:
- Распределение нагрузки по фазам
- Неотключаемые линии в щитке
- Как собрать распределительный щит своими руками
- Как выполнить разделение PEN проводника
- Ошибки при монтаже электропроводки
Инверторные стабилизаторы фаз
От асимметрии напряжений и токов страдают не только потребители с однофазным подключением, но также и трёхфазные абонентские сети, в том числе и промышленные. Одним из наиболее эффективных способов решения проблемы перекоса фаз считается установка фазного стабилизатора. В отличие от обычных бытовых стабилизаторов напряжения, фазные стабилизаторы устраняют асимметрию путём усиления или перераспределения нагрузки.
По сути функцию многофазного симметрирующего стабилизатора может выполнять сборка из трёх однофазных стабилизаторов напряжения. Однако если три устройства объединить в одно, это может сулить существенную выгоду. Принцип действия трёхфазного прибора заключён в том, что он имеет одно устройство запаса и преобразования энергии, в роли которого выступает импульсный трансформатор. Если вкратце: однофазный стабилизатор, установленный на наиболее просаженной фазе, вынужден компенсировать повышение напряжения за счёт увеличения потребляемой мощности, что сопровождается сильным снижением КПД преобразователя.
В свою очередь трёхфазные стабилизаторы черпают необходимую для выравнивания энергию с фаз, на которых напряжение выше номинального, за счёт чего размер потерь на преобразование значительно ниже. При этом осуществляется дополнительная нагрузка на ненагруженные фазы, то есть стабилизируется не только потребительская, но также отчасти и питающая сеть. Наличие общего инвертора также позволяет поддерживать трёхфазную сеть при временном отсутствии напряжения на одной из фаз питания.
Трехфазный стабилизатор напряжения FNEX SBW 100
Не обходится и без недостатков. В первую очередь таковым выступает сложность устройства и высокая стоимость приборов трёхфазной стабилизации. По большей части стабилизаторы фаз применяют в электроснабжении небольших предприятий, оснащённых электрооборудованием с общей потребляемой мощностью до 80–100 кВА: котельных, базовых станций мобильной связи, мебельных цехов. Для более мощных потребителей предусмотрены иные способы стабилизации.
