Неравномерная загрузка фаз

При нормальном режиме работы распределительной сети наблюдается такое явление как перекос фазных напряжений.

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

Сущность явления перекоса фаз

Явление перекоса фаз известно практически всем, кто так или иначе сталкивается с проблемами, связанными с потреблением электроэнергии. 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. Векторная диаграмма напряжений генератора (модель, отображающая взаимосвязь и взаиморасположение фазных и линейных напряжений) показана на рисунке 12.1.

Линейные напряжения образуют равносторонний треугольник с вершинами , , . Фазные напряжения , и равны между собой = = и сдвинуты друг относительно друга на угол 120°. Данная модель является идеальной и перекос фазных напряжений в ней отсутствует.

Рисунок 12.1 - Векторная диаграмма напряжений генератора.

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. 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.

Схема, иллюстрирующая условия возникновения перекоса фаз (напряжений) представлена на рисунок 12.2, где Z_A, Z_B, Z_C – полные сопротивления нагрузок по фазам, причем Z_A > Z_B > Z_C ≠ 0.

Если бы сопротивления нагрузки были равны Z_A = Z_B = Z_C, то токи, через них протекающие так же были равны между собой , тогда учитывая то, что угол сдвига между ними равен 120°, получим и .

Однако при их неравенстве Z_A > Z_B > Z_C ≠ 0, в результате суммирования возникает ток , который называется уравнительным (рисунок 12.2.). Следовательно, напряжение , которое называется напряжением смещения. Графически напряжение смещения показано на рисунок 12.3. Красным пунктиром обозначены фазные напряжения, сдвинутые друг относительно друга на произвольный угол и отображающие перекос фаз. Зеленым пунктиром показана идеальная ситуация без перекоса фазных напряжений.

Рисунок 12.2 - Схема, иллюстрирующая условия возникновения перекоса фаз

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.

Рисунок 12.3 - Напряжение смещения нейтрали