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.
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 равны между собой, их значение – 380В; * Векторы фаз относительно друг друга сдвинуты на угол 120 градусов; * Напряжение любой из фаз будет составлять 220В. |
|---|---|
| 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 и последствия 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 не равномерно, 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.
Возникновение перекоса фаз в работе приборов могут привести к следующим последствиям:
— замыканию и перегреву обмоток э/двигателей;
— потреблению большее количества топлива генератором;
— аварийному отключению генератора;
— выходу энергопортебителей из строя;
— отключению потребителей;
— увеличению износа техники;
— уменьшение срока службы приборов в сети;
— рост потребления энергии.
Устранение перекоса фаз
Самым эффективным решением проблемы перекоса фаз на предприятиях является использование симметрирующего трансформатора ТСТ2. 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 сеть приходит в равновесное состояние за счет приближению напряжения на каждой фазе к номинальному значению.
Модельный ряд изготавливаемых трансформаторов ТСТ2 по мощности составляет от 10 кВА до 1 МВА. Так же есть возможность выбора модели в зависимости от его функциональных возможностей.
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 уровень потребления электроэнергии;
— Снижение износа оборудования, уменьшение расходов на его ремонт и обслуживание.
Симметрирующий трансформатор имеет 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.
Несимметрией токов и напряжений в электротехнике называется появление в 3-фазной сети неравномерности амплитуд фазных токов и углов меж ними. Такая несимметрия может возникнуть при неравномерной межфазной нагрузке.
Например, при соединении обмоток по типу звезда и четырёхпроводном питании, возможны такие последствия несимметрии, как:
- обрыв «нуля». При этом линейное напряжение не меняется, а фазовые напряжения перераспределяются в прямой пропорциональности от электрического сопротивления нагрузки. При протекании тока по нулевой жиле разбалансировки не происходит (у каждого потребителя напряжение будет равно 220 В). Как только случается обрыв «нуля» по причине неравномерности, потребители могут выйти из строя;
- короткое замыкание «фазы на нуль». Напряжение между другими фазами и нулем вырастает. И по идее должен отключить цепь защитный автомат. Исход зависит от сопротивления проводов и самого трансформатора.
Трансформатор симметрирующий трехфазный
Симметрирующие трансформаторы – это устройства, устраняющие перекос фаз в 3-фазных электросетях.
Работа симметрирующего трансформатора заключается:
- в выравнивании тока нагрузки на сети питания вне зависимости от потребительской нагрузки;
- в уменьшении просадки в сети при подключении мощной нагрузки;
- в снижении потерь энергии, уменьшении гармоник и сопротивления.
Электрическая схема приведена на рисунке,
где 1 – магнитопровод, 2, 3 – обмотки высокого, низкого напряжения, 4 – компенсационная обмотка, 5 – клинья.
Конструкция хорошо понижает сопротивление нулевой последовательности 3-фазного трансформатора. Благодаря ей значительно увеличиваются токи КЗ – одно из основных преимуществ симметрирующих трансформаторов, поскольку это облегчает настройку релейной защиты при КЗ. Помимо этого, нет такого сильноразрушающего воздействия тока ОКЗ, так как обеспечивается компенсация несимметричного потока нулевой последовательности.
Посмотрим, что будет, если подключить однофазную несимметричную нагрузку в 3-фазную четырехпроводную электросеть с применением ТСТ и без него.
- На изображении видно, что наибольшая нагрузка одной фазы равна 1/3 от 3-фазной мощности энергоисточника.
- В результате включения мощного 1-фазного потребителя получится перекос фаз. Повысится риск выхода из строя присоединённых к источнику питания потребителей. Если мощность приёмников повысится на 1/3 трехфазной мощности источника, то возможна поломка прибора.
- На этом рисунке показано, что наибольшая нагрузка на одну фазу может равняться половине 3-фазной мощности источника энергии. Тем не менее, источник станет принимать нагрузку как равномерно распределенную пофазно.
Использование ТСТ даёт возможность уменьшить мощность генератора, подключив к нему те же электроприемники. Для энергетического источника нагрузка будет приниматься равномерно распределенной по фазам.
Целесообразность решения о включении в схему ТСТ зависит от каждого конкретного случая.
