Analýza škodlivosti nevyváženého třífázového zatížení a opatření na zlepšení stavu
◴ 2024-08-28
Co se stane, když 3 fáze nejsou vyvážené
Nevyváženost zátěže v třífázových energetických systémech může vést k řadě problémů týkajících se bezpečnosti a hospodárnosti energetických zařízení. Nejvýznamnějšími riziky trojfázové nevyváženosti jsou:
1. Zvýšené ztráty výkonu distribučních transformátorů
Základním zařízením rozvodné sítě nízkého napětí jsou distribuční transformátory a třífázová nerovnováha zatížení zvyšuje jejich ztráty. Ztráty v transformátoru se dělí na dvě části: ztráty v železe, známé také jako ztráty bez zátěže, a ztráty v mědi, které se označují jako ztráty při zatížení. V případě nevyvážených podmínek způsobují změny zatížení zvýšené ztráty mědi. Důsledky jsou jednoznačné:
● Přehřátí vinutí: Přehřátí vinutí: Zvyšuje se rychlost stárnutí izolačního materiálu a snižuje se izolační výkon.
● Zkrácená životnost: Na každých 8 °C zvýšení teploty se může životnost transformátoru zkrátit na polovinu.
2. Snížený výkon distribučních transformátorů
Na stránkách distribuční transformátory jsou navrženy na principu vyrovnávání zátěže. Třífázová nevyváženost vede k malému zatížení jedné z fází a k přebytku kapacity na druhé. To se projeví na maximálním povoleném výkonu transformátoru, který může způsobit následující problémy:
● Snižuje také výstupní kapacitu. Výstupní kapacitu nelze vyrábět na jmenovité hodnotě a snižuje se také volná kapacita.
● Riziko přetížení: Transformátor se přehřívá v důsledku možného přetížení, které může způsobit popálení.
3. Generování proudu s nulovou sekvencí
Pro nesymetrickou třífázovou zátěž platí. transformátor vytváří nulový proud, jehož velikost je úměrná úrovni nerovnováhy. Přítomnost proudu s nulovou sekvencí způsobuje následující problémy:
Generování toku s nulovou sekvencí: V železném jádru transformátoru se zvyšuje tok nulové sekvence, který způsobuje lokální zvýšení teploty.
Stárnutí izolace: Přehřátí urychluje stárnutí izolačního materiálu vinutí. Zvyšuje se tak životnost zařízení.
4.Zvýšení ztrátového výkonu ve vedení
V třífázovém čtyřvodičovém napájecím systému vede impedance ke ztrátám výkonu, kdykoli vedením protéká proud. Tato ztráta je úměrná čtverci proudu. Kdykoli se v třífázové zátěži vyskytne jakákoli nesymetrie, proud začne téct do nulového vedení; to dále zvyšuje ztráty ve vedení v elektrické síti. Čím větší je nesymetrická úroveň, kterou proud protéká, tím větší budou ztráty ve vedení.
5. Ovlivňovat bezpečný provoz elektrických zařízení
Nevyvážené fázové napětí vede k několika problémům, jako jsou:
● drift neutrálního bodu: V důsledku toho dochází k nestabilnímu provozu zařízení.
● Poškození zařízení: nerovnováha napětí může poškodit zařízení, a to zejména ve fázi, která má vysoké napětí.
Fenomén nevyváženosti vážně ohrožuje bezpečnost a stabilitu elektrických zařízení.
6. Snižuje účinnost motoru
● Vyvážená třífázová zátěž vytvoří na konci motoru nevyvážené vstupní napětí. Vlivem záporného sekvenčního napětí pracuje motor jako brzda, což má následující účinky.
● Neefektivita: Neefektivita: nižší výkon na konci motoru, který je důsledkem nižší celkové účinnosti motoru.
● Rychlejší nárůst teploty a ztráty jalového výkonu: Nárůst teploty a ztráty jalového výkonu motoru se zvyšují s trojfázovým nesymetrickým napětím, které může bez problémů způsobit poškození zařízení.
● Proto je použití motoru při trvale nevyrovnaných třífázových napětích ekonomicky nevýhodné a nebezpečné.
Jaké jsou způsoby zlepšení třífázové nerovnováhy?
1.Třífázové zátěže by měly být vhodně rozděleny
Elektrikáři by měli velmi pečlivě shromažďovat údaje o zatížení a zaznamenávat je pro předpovídání stavu zatížení. U čtyřvodičových třífázových sítí, zejména nízkého napětí, by po použití vyrovnávacího zařízení mohly jalové kompenzace vhodně změnit transformované nesymetrické proudy. Dále se v jiném stavu vhodně mění způsob zapojení proudového momentu, podle kterého je i tento způsob jedním z vhodných opatření pro rozumné rozdělení třífázové zátěže.
2. Řízení nesymetrického proudu
Jakýkoli typ nesymetrické zátěže kromě uzemněné lze připojit paralelně s některými rezistory a kondenzátory na principu kompenzace nesymetrického proudu. Řízením nesymetrického proudu se musí řídit následující zásady:
● Kompenzace účiníku a regulace nesymetrie třífázového proudu.
● Aby nedošlo k nadměrné kompenzaci, měla by být přijata plná kapacitní regulace.
● Výše kompenzace by měla být také včas upravena.
● Snížení počtu spínacích zařízení a kompenzačních zařízení pro zajištění maximálního řízení v průběhu dne.
3. Běžná kontrola a seřízení třífázových zátěží
Pravidelné testování třífázových zátěží je nezbytné. Podle národních norem by měly být výsledky zkoušek dokumentovány a kontrolovány, aby bylo možné včas identifikovat a kalibrovat nevyváženost. V částech, kde se nevyskytují žádné závady, je rovněž nutná ostražitost. Po provedení zkoušek je třeba údaje roztřídit a vložit do systému, aby bylo možné odvodit potřebné úpravy a možnosti technického využití.
Souhrn
Třífázová nerovnováha zatížení má významný dopad na energetickou soustavu. Nejenže zvyšuje spotřebu energie distribučních transformátorů a vedení, ale způsobuje také přehřívání zařízení a snižuje životnost, což by mělo vliv na bezpečný provoz. Vážně ovlivní také účinnost motorů. Proto by měla být přijata účinná opatření, aby se zabránilo trojfázové nerovnováze zatížení.
Použití třífázový nesymetrický stabilizátor napětí je účinným řešením. Zároveň dokáže měřit napětí v reálném čase, což umožňuje vyrovnané zatížení všech tří fází a následně snižuje spotřebu energie a účinnost všech zařízení. Současně lze kontrolovat přiměřenost zatížení nevyváženým proudem, aby se tomuto jevu předešlo. V neposlední řadě má významnou úlohu pro optimalizaci a stabilizaci elektrizační soustavy třífázový stabilizátor napětí, který doprovází všechna výše uvedená opatření ke zlepšení.
