Что такое перекос фаз в электрике
Явление перекоса фаз в трехфазной сети
Трехфазная сеть в классическом варианте состоит из четырех проводников — трех фазных и одного нулевого или нейтрального провода. В процессе эксплуатации возникает перекос фаз в трехфазной сети или асимметрия напряжений между ними.
Причины
Трехфазная сеть состоит из двух частей — высоковольтной и низковольтной. Между ними устанавливается обычно подстанция с понижающим трансформатором. В высоковольтной части фазы загружены равномерно, перекос возникает в низковольтной части и связан с особенностями распределения нагрузки между фазными шинами.
Существует два различных вида перекоса фаз:
На диаграмме напряжений представлены параметры идеально работающей трехфазной цепи и их изменение при возникновении перекоса.
Падение/увеличение фазного напряжения согласно закона Ома возникает при увеличении/уменьшении сопротивления (нагрузки). Поэтому одной из причин возникновения перекоса будет разное по количеству и мощности число электрических приборов «сидящих» на каждой отдельной фазе.
В идеально работающих трехфазных цепях ток через нейтральный провод равен нулю. В случае возникновения перекоса на нем появляются токи, которые компенсируют асимметрию напряжений. Вот почему обрыв («отгорание») нулевого провода служит еще одной из причин появления перекоса.
Изображение с результатом «отгорания» нейтрального провода.
Короткое замыкание одной из фаз на землю, которая приводит к работе сети в режиме перекоса, редко встречается среди причин возникновения неравенства напряжений по фазам. В некоторых случаях допускается такая аварийная эксплуатация при необходимости обеспечения электроэнергией пользователей.
Признаки нестабильной работы электрических приборов, вызванные перекосом фаз
Независимо от причин перекоса необходимо знать и выявлять его признаки. В квартире или частном доме с электрическими приборами могут происходить следующие действия от несимметричности напряжения и не только:
При обнаружении вышеперечисленных признаков следует отключить все приборы из сети, лишь затем приступать к поиску причин. При отсутствии познаний в области электротехники лучше обратитесь к специалисту.
Негативные последствия перекоса
Работа трехфазной сети с перекосом фаз приводит к следующим отрицательным действиям.
Нормы на перекос фаз
На практике не существует работающих трехфазных сетей, в которых отсутствует перекос фаз. Это связано с особенностями электрического оборудования, принцип работы которых с точки зрения экономической целесообразности исключает симметричное исполнение (сварочные аппараты, индукционные печи, потребители бытовой сферы). Кроме этого, например, в многоквартирных домах появляется вероятностный фактор, связанный с отсутствием какой — либо системы в подключении электрической бытовой техники. Наличие нескольких импульсных источников питания, например для компьютеров, делает их поведение непредсказуемым в трехфазной сети.
Помимо равномерного распределения нагрузки по фазам проектировщикам следует учитывать вышеперечисленные факторы для поставки пользователям определенного качества электроэнергии. В некоторых случаях трудноразрешимую задачу позволяют решить регламенты на допустимый перекос фаз, обозначенные в следующих нормативных документах: ПУЭ (Правила Устройства Энергоустановок), ГОСТ 31098 – 97 определяющим нормы качества электроэнергии и сводом правил СП31-110.
Параметры, превышение которых недопустимо:
Вышеуказанные нормативы должны соблюдаться на всех возможных режимах работы трехфазных электрических сетей. Исключения составляют режимы, вызванные Форс — Мажорными обстоятельствами.
Как определить перекос фаз
Самым простым и поэтому наиболее применяемым является контроль по максимальному отклонению фазных токов. С помощью токовых клещей измеряется сила тока при максимально полной нагрузке на каждом проводнике отдельной фазы в ВРУ или РЩ. Размеры клещей достаточно компактны, чтобы подлезть к любому проводнику, находящемуся в стесненных условиях среди других проводников.
После того как определите и зафиксируете показания следует выполнить легкий сравнительный расчет на отклонения фазных токов. Показания должны соответствовать нормам.
Устранение перекоса фаз
Если результаты замеров выявят наличие несимметричности напряжений фаз, следует принять меры чтобы устранить перекос. Защита от перекоса фаз в трехфазной сети выполняется следующими способами.
Если параметры трехфазной сети выходят за пределы установленного диапазона реле отключит источник питания. Когда параметры восстановятся до приемлемых значений, реле самостоятельно возобновит подачу питания.
Ответственное отношение к равномерному распределению нагрузки по фазам не гарантирует избежать перекос. От обрыва нулевого провода никто не застрахован, соединительный контакт может от перегрева «отгореть» в любой момент. Поэтому к рекомендациям по оборудованию трехфазной сети приборами защиты от перекоса следует прислушаться. Единовременные затраты сохранят работоспособность более дорогому электрическому оборудованию, работающему от трехфазной сети.
Где купить
Максимально быстро приобрести устройства стабилизации можно в ближайшем специализированном магазине. Оптимальным же, по соотношению цена-качество, остаётся вариант покупки в Интернет-магазине АлиЭкспресс. Обязательное длительное ожидание посылок из Китая осталось в прошлом, ведь сейчас множество товаров находятся на промежуточных складах в странах назначения: например, при заказе вы можете выбрать опцию «Доставка из Российской Федерации»:
Видно по теме
Что такое перекос фаз
Что такое перекос фаз, как устранить, в чем кроется опасность?
Наверняка некоторые из вас наблюдали картину, когда напряжение в сети сильно скачет, слишком низкое или наоборот, составляет 250 и более вольт. Перекос фаз — это когда одна из линий нагружена больше, чем вторая. Результатом этого являются «прыжки» напряжения, когда одна из фаз вдруг становится слишком перегруженной или наоборот.
Перекос фаз, это очень опасно. В первую очередь для работы оборудования с электродвигателями: холодильники, кондиционеры и т. д. Кроме этого, данное явление способно повлечь за собой выход из строя и другой техники, которая капризна к сильным перепадам напряжения.
Что такое перекос фаз и в чем кроется опасность?
Перекос фаз может привести к возникновению следующих проблем:
Перекос фаз возникает по разным причинам. Самой распространённой является неграмотное и неравномерное распределение нагрузки в трёхфазовой сети. При этом одна или две фазы эксплуатируются с чрезмерно большой нагрузкой, а третья фаза нагружена незначительно. Здесь-то мы и может наблюдать скачки высокого напряжения, которое составляет более 250 Вольт.
Вообще, высокое напряжение в сети, свыше 250 Вольт, является поводом задуматься именно о перекосе фаз. И если у вас стабильно несколько раз в день отключается реле защиты (на 260 Вольт верхний предел), то есть серьёзный повод обратиться в РЭС.
Ярким примером перекоса фаз может служить подключение сразу нескольких мощных электроприборов. При этом по одной из фаз будет слишком большая просадка напряжения, а на другой, при выключении электроприборов, слишком большой скачок электричества, из-за чего и будет выбивать реле защиты или стабилизатор напряжения.
Как устранить перекос фаз
Перекос фаз нужно устранять на трансформаторной подстанции, а сделать это самостоятельно нельзя. Можно обеспечить стабильное напряжение в домашней сети, если использовать симметрирующий трансформатор. Он позволяет выровнять напряжение на отдельной фазе или же сразу на всех.
Следует знать, что допустимой нормой перекоса фаз считается величина нагрузок между каждой фазой не более чем в 15%. Все, что выше уже является перекосом фаз и должно немедленно устраняться электриками на подстанциях.
К сожалению, самостоятельно выровнять перекос фаз не получится. Однако можно использовать всевозможные способы защиты, для того, чтобы защитить технику от преждевременного выхода из строя. Одной из таких защит, является стабилизатор, который поможет сгладить скачки напряжения в электросети.
Перекос фаз
Причины возникновения
Нарушение симметричности напряжений в трёхфазной цепи — нежелательная ситуация. Поэтому для того чтобы её устранить, необходимо понять, почему она может возникнуть. Причины перекоса фаз в трёхфазной сети сводятся к основным трём обстоятельствам:
При неправильном распределении потребителей в трёхфазной трёхпроводной цепи, напряжение на них будет существенно отличаться. Потребители, обладающие наименьшим сопротивлением, окажутся под повышенным напряжением. Токоприёмники с большим значением сопротивления будут иметь напряжение, не достигающее оптимального значения.
На источниках электроэнергии неравномерное распределение напряжения по фазам скажется в виде увеличенного потребления энергии, повреждений изоляции, износа, сокращение срока службы. При использовании автономного дизельного генератора увеличится расход топлива и охлаждающего вещества.
Снижение качества электрической изоляции для потребителей чревато такими последствиями:
Причины возникновения перекоса фаз
Условно причины возникновения перекоса фаз можно разделить на внешние и внутренние.
Внутренние причины связаны с потребителями электроэнергии, которые неравномерно загружают фазы сети без учета мощности однофазных электроприемников, коэффициента одновременности их включения, подключают мощные двухфазные электроприемники к бытовым розеткам.
В реальной жизни причиной перекоса фаз является неравномерность загрузки не только по величине, но и по характеру нагрузки. Нагрузка может быть активной (резистивной) — (R) или реактивной: индуктивной (L) или емкостной (С).
Внешние причины возникновения перекоса фаз могут быть связаны с неисправностями в распределительной сети (например, в высоковольтных линиях электропередач (ЛЭП) при высокой влажности и дефектах в гирляндах изоляторов или разрядников отдельных фаз) или наличием мощных потребителей, включенных на две фазы, т.е. на линейное напряжение (например, потребители тяговых сетей или электродвигатели электропоездов).
Также причины могут быть комбинированными (внешними и внутренними).
По режиму КЗ при напряжении выше 1 кВ не
проверяются:
1. Аппараты и проводники, защищенные плавкими
предохранителями с вставками на номинальный ток до 60 А, — по
электродинамической стойкости.
2. Аппараты и проводники, защищенные плавкими
предохранителями независимо от их номинального тока и типа, — по термической
стойкости.
Цепь считается защищенной плавким предохранителем, если его
отключающая способность выбрана в соответствии с требованиями настоящих Правил
и он способен отключить наименьший возможный аварийный ток в данной цепи.
3. Проводники в цепях к индивидуальным электроприемникам, в
том числе к цеховым трансформаторам общей мощностью до 2,5 МВ·А и с высшим
напряжением до 20 кВ, если соблюдены одновременно следующие условия:
а) в электрической или технологической части предусмотрена
необходимая степень резервирования, выполненного так, что отключение указанных
электроприемников не вызывает расстройства технологического процесса;
б) повреждение проводника при КЗ не может вызвать взрыва
или пожара;
в) возможна замена проводника без значительных затруднений.
4. Проводники к индивидуальным электроприемникам, указанным
в п. 3, а также к отдельным небольшим распределительным пунктам, если такие
электроприемники и распределительные пункты являются неответственными по своему
назначению и если для них выполнено хотя бы только условие, приведенное в п. 3,
б.
5. Трансформаторы тока в цепях до 20 кВ, питающих
трансформаторы или реактированные линии, в случаях, когда выбор трансформаторов
тока по условиям КЗ требует такого завышения коэффициентов трансформации, при
котором не может быть обеспечен необходимый класс точности присоединенных
измерительных приборов (например, расчетных счетчиков); при этом на стороне
высшего напряжения в цепях силовых трансформаторов рекомендуется избегать
применения трансформаторов тока, не стойких к току КЗ, а приборы учета
рекомендуется присоединять к трансформаторам тока на стороне низшего
напряжения.
6. Провода ВЛ (см. также 1.4.2, п. 1, б).
7. Аппараты и шины цепей трансформаторов напряжения при
расположении их в отдельной камере или за добавочным резистором, встроенным в
предохранитель или установленным отдельно.
Допустимые нормы значений перекоса
Поскольку в трехфазных сетях предотвратить и полностью устранить перекосы невозможно, существуют нормы несимметрии, в которых установлены допустимые отклонения. В первую очередь это ГОСТ 13109 97, ниже приведена вырезка из него (п. 5.5), чтобы избежать разночтения документа.
Нормы несимметрии напряжения ГОСТ 13109-97
Поскольку, основная причина перекоса фаз напрямую связана с неправильным распределением нагрузок, существуют нормы их соотношения, прописанные в СП 31 110. Вырезку из этого свода правил также приведем в оригинале.
Вырезка из СП 31-110 (п 9.5)
Здесь необходимы пояснения в терминологии. Для описания несимметрии используются три составляющих, это прямая, нулевая и обратная последовательность. Первая считается основной, она определяет номинальное напряжение. Две последние можно рассматривать в качестве помех, которые приводят к образованию в цепях нагрузки соответствующих ЭДС, которые не участвуют в полезной работе.
Расчет токов КЗ для трехфазных сетей
Для того чтобы определить ток трехфазного короткого замыкания в соответствующих сетях, следует обязательно учитывать специфику возникновения и развития этого процесса. Прежде всего, это индуктивность, возникающая в замкнутом проводнике, из-за чего ток трехфазного КЗ изменяется не мгновенно, а нарастает постепенно в соответствии с определенными законами.
Точность производимых вычислений зависит в первую очередь от расчетов основных величин, вставляемых в формулу. С этой целью используются дополнительные формулы или специальное программное обеспечение, выполняющее сложнейшие вычислительные операции за очень короткое время.
Если же расчеты в трехфазных сетях выполняются ручным способом, в таких случаях нужные результаты про ток КЗ формула, приведенная ниже, позволяет определить с достаточно точными показателями:
Iкз = Uc/(√3*Хрез) = Uc /(√3*(Хсист + Хвн)), в которой Хвн является сопротивлением между шинами и точкой КЗ, Хсист – это сопротивление во всей системе относительно шин источника напряжения, Uc – напряжение на шинах в данной системе.
При отсутствии какого-то из показателей, его значение определяется с использованием дополнительных формул или программ. Если же расчеты трехфазного КЗ производятся для сложных сетей с большим количеством разветвлений, в этом случае основная схема преобразуется в схему замещения, где присутствует лишь один источник электроэнергии и одно сопротивление.
Сам процесс упрощения производится в следующем порядке:
Расчеты токов двухфазного короткого замыкания выполняются с учетом отсутствия у них симметричности. У них нет нуля, а присутствую токи, протекающие в прямом и обратном направлении. Таким образом, ток двухфазного КЗ рассчитывается последовательно, по отдельным формулам, используемым для каждого показателя.
Причины возникновения явления
Кроме различных нагрузок, опасный режим эксплуатации может возникать при обрыве нулевого провода. Эту ситуацию можно рассмотреть на примере типового силового трансформатора, обмотки которого соединены по схеме «звезда».
Обрыв нейтрали
Если разорвать цепь, обозначенную на рисунке стрелкой, линия фазы «С» фактически будет выполнять функции нулевого проводника. Именно в этом участке для прохождения тока создаются самые благоприятные условия. По классическим формулам можно посчитать эквивалентное электрическое сопротивление при параллельном соединении нагрузок:
Rэкв = R1*R2*R3/(R1*R2 + R2*R3 + R1*R3).
Если использовать для примера одинаковую величину Rн = 50 Ом, для этого участка Rэкв = 125 000 / (2 500 + 2 500 + 2 500) ≈ 17 Ом.
В новой «нейтрали» напряжение может увеличиться до максимального уровня 380 V. На такой уровень типовая бытовая техника не рассчитана. Одновременно может уменьшиться до 130 V и даже ниже напряжение в связанном контуре линии «А».
Третья типовая причина несимметричности – короткое замыкание фазы на корпус или другую часть конструкции электроустановки, соединенной с заземлением.
Несимметрия в высоковольтных сетях
На выходах генератора, созданного по схемотехнике синхронной машины, стабильность рабочих параметров обеспечивается принципом работы соответствующего оборудования. Однако в некоторых случаях не исключены искажения. Асинхронные ветрогенераторы, например, создают разные уровни напряжений.
В распределительных устройствах подобный дисбаланс – редкое явление. Однако воздушные линии электропередач не создают идеально симметричными. При больших расстояниях увеличивается длина проводников, возрастает разница электрических сопротивлений. Для корректировки по специальной технологии транспозиции устанавливают особые опорные элементы.
Асимметрия на стороне нагрузки
В этой части системы однофазный сварочный аппарат или промышленная плавильная установка способна провоцировать рассматриваемые искажения. В частном домохозяйстве нагрузки не подключают с учетом соблюдения правильной пропорциональности.
Асимметричное распределение потребителей электроэнергии по фазам
Допустимые значения
Действующими правилами ПУЭ и стандартами ГОСТ 32144-2013 установлены предельные отклонения по несимметричному распределению напряжений в сетях 380 V. Контрольные параметры определяются специальными коэффициентами. Предельные значения не должны превышать 2% (4 %) для нулевой (обратной) последовательности, соответственно.
К сведению. Отмеченные определения выражают в векторной форме. В формулах для расчетов реальную систему с имеющимися отклонениями представляют как сумму симметричных компонентов.
Также для контроля применяют максимальное допустимое отклонение измеренных фазных токов. Отдельные нормы утверждены для типовых распределительных устройств:
Способы устранения перекоса фаз
Централизованное решение, позволяющее устранить перекос фаз, отсутствует, так как невозможно обязать всех потребителей подключать одновременно нагрузки, равные по величине и характеру.
Традиционно 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 небольшой их группы. В промышленных условиях используются трехфазные стабилизаторы напряжения различной мощности, которые конструктивно состоят из трех однофазных стабилизаторов напряжения. Принцип их действия таков, что они реагируют на отклонения на каждой отдельно взятой фазе и поднимают или опускают напряжение до необходимого уровня на своей фазе, провоцируя изменения напряжений на двух других фазах и являясь, таким образом, вторичной причиной возникновения перекоса фаз. Из изложенного выше ясно, что трехфазные стабилизаторы напряжения фактически не решают поставленную перед ними задачу, так как сами провоцируют несимметрию трехфазной системы. Помимо своего основного недостатка трехфазные стабилизаторы напряжения потребляют значительное количество электроэнергии и требуют значительных сервисных расходов, так как обладают низкой надежностью – и электромеханические, и электронные стабилизаторы напряжения имеют быстроизнашивающиеся и часто отказывающие детали.
Последствия перекоса фаз
Последствия перекоса фаз проявляются в увеличении электропотребление из сети; в неправильной работе электроприемников, их сбоях, отказах, отключениях, перегорании предохранителей, износе изоляции.
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.
а) последствия для однофазных электроприемниковНизкое напряжение вызывает неправильную работу однофазных потребителей: тусклый свет осветительных приборов, длительный нагрев нагревательных приборов, длительный запуск двигательных приборов, сбои в работе компьютеров и т.д. Высокое напряжение вызывает отказы электроприемников из-за износа изоляции, отключение их защитными устройствами, перегорание предохранителей.
б) последствия перекоса фаз для трехфазных электроприемниковОсновную часть трехфазных потребителей (потребителей, питающихся от линейного напряжения) составляют электродвигатели, которые приводят в действие погружные и фекальные насосы, приводы автоматических ворот, станочное оборудование и т.д. Система управления и контроля запуска таких трехфазных потребителей, как правило, подключается к фазному напряжению. При перекосах фаз система управления запуском (СУЗ) электродвигателя, которая контролирует длительность и факт запуска, работает неустойчиво, т.е. спонтанно выдает команды на его пуск или останов. Диапазон изменения фазного напряжения жестко регламентируется эксплуатационной документацией (как правило, не допускается перекос более ± 7,5 ÷ 10 % от номинала). Если перекос превысил допустимый предел, то СУЗ дает сбой. При восстановлении уровня фазного напряжения происходит очередной запуск и так далее.Известно, что режим «пуска в ход» асинхронного двигателя характеризуется кратковременной работой обмоток статора в режиме короткого замыкания (КЗ), т.е. в момент включения двигатель потребляет гораздо больше энергии, чем в процессе работы. Естественно, что частые повторные пуски будут вызывать значительный перегрев изоляции и существенно увеличивать электропотребление из сети. Возможные негативные последствия такого режима работы — либо отказ в запуске, либо отказ оборудования вследствие перегорания обмоток двигателя.
2. Последствия для источников электроэнергии: увеличение энергопотребления, увеличение потерь электроэнергии при питании от госсети; при питании от трехфазного автономного источника – механические повреждения (повреждения подшипников валов, подшипниковых щитов генератора и приводного двигателя, закоксовывание форсунок), уменьшение периода эксплуатации источника, увеличение его износа, повышенный расход топлива, масла, охлаждающей жидкости.
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.
Основные характеристики ДГР
Дугогасящий реактор (ДГР) – это электрический аппарат, предназначенный для компенсации емкостных токов в электрических сетях с изолированной нейтралью, возникающих при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ). Главным нормативным документом регламентирующим работу, установку и надстройку ДГР является Р 34.20.179.
Дугогасящие реакторы должны подключаться к нейтралям трансформаторов, генераторов или синхронных компенсаторов через разъединители. В цепи заземления реакторов должен быть установлен трансформатор тока. Рекомендуемые схемы подключения ДГР представлены на рис. 4.
Рисунок 4 – Схема подключения ДГР: а) подключение ДГР к трансформаторам СН; б) подключение ДГР к нейтрале силового трансформатора
Индуктивность ДГР подбирается из условия равенства емкостной проводимости сети и индуктивной проводимости реактора. Таким образом, происходит компенсация ёмкостного тока. Ёмкостный ток суммируется в месте замыкания равным ему и противоположным по фазе индуктивным, в результате остается только активная часть, обычно очень малая, это утечки через изоляцию кабельных линий и активные потери в ДГР (как правило, не превышают 5 А), которой недостаточно для возникновения электрической дуги и шагового напряжения. Токоведущие цепи остаются неповреждёнными, потребители продолжают снабжаться электроэнергией.
Современные ДГР имеют различные конструктивные особенности и производятся для огромного диапазона мощностей. В таблице 2 приведен ряд параметров дугогасящих реакторов разных производителей.