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.
Причины перекоса фаз в трехфазной сети
Известно несколько причин появления перекоса фаз в трехфазных сетях, основными их которых принято считать:
- Неравномерное распределение действующих мощностей по нагрузкам, подключенным к каждой из фазных линий.
- «Обрыв нуля», чаще всего проявляющийся в отгорании нейтрали.
- Другие неполадки в станционном оборудовании или в подключенных к нему местных потребителях.
В первом случае потребляемая линейной нагрузкой мощность резко возрастает (или снижается), что приводит к соответственному изменению тока, протекающего в данной ветке.
При отсутствии перекоса фаз по каждой из линий, включенной по схеме «звезда», протекают равные по величине токовые составляющие. Их результирующая в нейтрали за счет векторного сложения трех отдельных компонентов теоретически должна быть равна нулю. При увеличении потребления по одной из линий токовая составляющих через нее возрастает, вследствие чего нейтральный провод не выполняет свою функцию и нарушает равномерность распределения фазных потенциалов.
В случае обрыва нейтрали (отгорания нуля) перекос возникает из-за того, что функция нулевого провода автоматически передается одному из фазных проводников; при этом напряжение на всех других смещается в сторону увеличения. Нарушения в работе станционного оборудования также приводят к неравномерному распределению по фазным линиям, но уже на стороне трансформаторной «звезды», а не подключенного к ней объекта (загородного дома, в частности).
Нарушение симметрии в высоковольтных сетях
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
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.
При появлении асимметрии в промышленных сетях потребление электроэнергии также возрастает, а включенное в них линейное оборудование испытывает сильные перегрузки. На распределительных подстанциях резко возрастает расход масла в трансформаторах, а контрольно-распределительная аппаратура может выйти из строя. Все эти угрозы в конечном счете приводят к дополнительным материальным затратам, связанным с необходимостью ремонта или замены сгоревшего оборудования
Чтобы не допустить таких ситуаций, потребуется заранее продумать действенные меры, способствующие их предупреждению. Если же избежать перекоса фаз не удается, придется использовать все возможные способы его устранения.
Способы защиты
Для обеспечения симметричной работы силовых сетей и нормирования величины напряжения в каждой из однофазных линий применяются специальные корректирующие приборы. Эту функцию чаще всего выполняют классические стабилизаторы напряжения. Однако полностью устранить несимметрию в питающих цепях эти приборы не способны, поскольку их назначение – стабилизация только одной фазы. По этой причине защитить всю трехфазную сеть такими устройствами не удается, как и ликвидировать последствия перекоса.
Не исключены ситуации, когда стабилизаторы сами становятся причиной неравномерности распределения электроэнергии по фазам.
Для защиты трехфазных цепей от асимметрии фаз используются следующие организационные и технические приемы:
- качественная проработка проекта энергоснабжения, учитывающего неравномерность нагрузок;
- использование специальных приборов, с помощью которых удается автоматически выравнивать их (так называемых симметрирующих трансформаторов);
- корректировка действующих схем энергопотребления (если ранее были допущены ошибки).
Существенную помощь в защите от асимметрии оказывает специальное блокирующее оборудование (реле контроля фаз и напряжения, например), отключающее линию при обнаружении нарушений.
Только своевременно принятые меры позволят устранить перекос фаз в сети и исключить негативные последствия этого явления: защитить оборудование и бытовые приборы от поломок.
