Устранение перекоса фаз

Несимметричная нагрузка фаз – одна из главных причин возрастания потерь электроэнергии в силовых трансформаторах. Она сказывается и в снижении качества электроэнергии, поставляемой потребителям, питающимся от этих трансформаторов.

Устранение перекоса фаз (напряжений), перекоса фазных нагрузок, выравнивание (симметрирование) напряжений (фаз), равномерное распределение нагрузок по фазам питающей сети существенно снижает расход электроэнергии, топлива генератора, обеспечивает безотказную работу электроприемников.

Перекос фаз проявляется в трехфазных четырех- (пяти-) проводных сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В.

В идеальном состоянии фазное напряжение (напряжение между каждой из трех фаз и нулевым рабочим проводником) составляет 220 В.

Линейные напряжения образуют равносторонний треугольник. Фазные напряжения , и равны между собой и сдвинуты друг относительно друга на угол 120⁰ (рисунок 3.1а). Данная модель является идеальной и перекос фазных напряжений в ней отсутствует.

а) б)

Рисунок 3.1 – Векторная диаграмма напряжений

При подключении нагрузки на разные фазы, которая всегда отличается и по величине, и по характеру - резистивная и реактивная (индуктивная и емкостная), в питающей сети возникает перекос фазных напряжений (рисунок 3.1б).

Помимо вреда, который наносит электроэнергия низкого качества непосредственно электроприемникам, возникают уравнительные токи, вызывающие дополнительный расход электроэнергии, и, соответственно, топлива, масла, охлаждающей жидкости при питании от генератора. Если бы сопротивления нагрузки были равны, то токи, через них протекающие так же были равны между собой. Учитывая то, что угол сдвига между ними равен 120⁰, то их геометрическая сумма равнялась бы нулю.

Однако при их неравенстве в результате суммирования возникает ток , который называется уравнительным током и напряжение , которое называется напряжением смещения. Чем больше уравнительный ток, тем больше потери электроэнергии. Чем больше напряжение смещения, тем выше риск повреждений, отключений, отказов, неустойчивой работы электроприемников, генератора электроэнергии, тем быстрее они изнашиваются, тем больше потребляют ресурсов.

Последствия перекоса фаз проявляются в увеличении электропотребление из сети; в неправильной работе электроприемников, их сбоях, отказах, отключениях, перегорании предохранителей, износе изоляции.

Для трехфазных автономных источников неравномерность загрузки их фаз чревата механическими повреждениями подшипников валов, подшипниковых щитов генератора и приводного двигателя, закоксовыванию форсунок.

Условно негативные последствия перекоса фаз можно разделить на три группы:

1) последствия для электроприемников (приборов, оборудования), связанные с их повреждениями, отказами, увеличением износа, уменьшением периода эксплуатации;

2) последствия для источников электроэнергии (увеличение износа, повреждения, увеличение энергопотребление при питании от госсети, повышенный расход топлива, масла, охлаждающей жидкости при питании от генератора, повреждения генератора, уменьшение периода его эксплуатации);

3) последствия для потребителей, связанные с безопасностью, так как ухудшение качества изоляции может привести к:

- электротравматизму;

- возгоранию электропроводки или электроприемников;

- а также последствия, связанные с увеличением расходов на:

- электроэнергию;

- расходные материалы для генератора;

- ремонт электроприемников, поврежденных вследствие перекоса фаз;

- приобретение новых электроприемников, отказавших вследствие перекоса фаз.

Для обеспечения заданного напряжения на каждой из фаз традиционно используются стабилизаторы напряжения.

В бытовых условиях применяют однофазные стабилизаторы напряжения, которые обеспечивают защиты отдельных электроприемников или их группы.

В производственных условиях используются трехфазные стабилизаторы напряжения различной мощности, которые конструктивно состоят из трех однофазных стабилизаторов напряжения.

Для решения задачи по устранению перекоса фазных напряжений 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.

Такое устройство обладает значительно большей эффективностью, оно не только само потребляет меньше электроэнергии, но и снижает электропотребление из сети для электроприемников.

Преимущества использования такой технологии:

Экономичность:

- снижение уровня энергопотребления из сети при сохранении нагрузки;

- снижение расходов на электроэнергию для питания электроприемников;

- снижение расходов электроэнергии и других ресурсов на обеспечение необходимой величины фазных напряжений;

снижение расходов на топливо, масло, охлаждающую жидкость при питании от генератора;

- снижение расходов на генератор, так как технология позволяет использовать генератор меньшей мощности для той же группы приборов;

- снижение расходов на ремонт, сервисное обслуживание, приобретение электроприемников, поврежденных вследствие перекоса фаз;

- снижение расходов на ремонт, сервисное обслуживание, приобретение устройств, предназначенных для обеспечения заданной величины напряжения и обладающих низкой надежностью и низкой эффективностью (например, электромеханических и электронных трехфазных стабилизаторов напряжения);

- обеспечение возможности подключать фазных потребителей мощностью до 50% трехфазной мощности.

Надежность:

- надежность электроприемников. Защита, обеспечение их устойчивой и безотказной работы;

- надежность устройства для симметрирования фазных нагрузок и устранения перекоса фазных напряжений. Принцип работы устройства основан на перемагничивании обмоток. Отсутствие подвижных и электронных частей делает устройство исключительно надежным, практически безотказным;

- надежность источника электроэнергии. Защита генератора от механических повреждений подшипников валов генератора и приводного двигателя вследствие перекоса фаз.

Безопасность:

- защита от электротравматизма, возгорания электропроводки или электроприемников, вызванных износом изоляции вследствие перекоса фаз.

- обеспечение безопасности за счет применения защитной меры зануление.

Представленная технология допускает 100%-ый перекос нагрузки и устраняет перекос фазных напряжений во всем диапазоне их изменений независимо от причины перекоса:

1) перекос в подводящей питающей сети, вызванный неисправностями в распределительной сети;

2) неравномерное распределение фазных нагрузок;

3) подключение мощного потребителя;

4) комбинированные причины.

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).

Массовое внедрение такой технологии 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.