Analiza szkodliwości niezrównoważonego obciążenia trójfazowego i środki poprawy
◴ 2024-08-28
Co się stanie, jeśli 3 fazy nie są zrównoważone?
Niezrównoważenie obciążenia w trójfazowych systemach zasilania może prowadzić do szeregu problemów związanych z bezpieczeństwem i ekonomią urządzeń energetycznych. Do najważniejszych zagrożeń związanych z asymetrią trójfazową należą:
1. Zwiększone straty mocy transformatorów dystrybucyjnych
Podstawowym wyposażeniem sieci niskiego napięcia są transformatory rozdzielcze, a trójfazowa nierównowaga obciążenia zwiększy ich straty. Straty transformatora są podzielone na dwie kategorie: straty żelaza, znane również jako straty bez obciążenia, oraz straty miedzi, które są określane jako straty obciążenia. W przypadku niezrównoważonych warunków, zmiany obciążenia powodują zwiększone straty miedzi. Wyraźne konsekwencje są następujące:
Przegrzanie uzwojenia: Szybkość starzenia się materiału izolacyjnego wzrasta, a wydajność izolacji spada.
Skrócona żywotność: Na każde 8°C wzrostu temperatury, żywotność transformatora może ulec skróceniu o połowę.
2. Zmniejszona moc wyjściowa transformatorów dystrybucyjnych
The transformatory dystrybucyjne są zaprojektowane na zasadzie równoważenia obciążenia. Niezrównoważenie trójfazowe spowoduje niewielkie obciążenie jednej z faz i nadwyżkę mocy na drugiej. Znajdzie to odzwierciedlenie w maksymalnej dopuszczalnej mocy wyjściowej transformatora, co może powodować następujące problemy:
Zmniejsza to również wydajność wyjściową. Wydajność wyjściowa nie może być wytwarzana w wartości znamionowej, a także zmniejsza wolną pojemność.
Ryzyko przeciążenia: Transformator ulega przegrzaniu z powodu możliwego przeciążenia, co może spowodować spalenie.
3. Generowanie prądu sekwencji zerowej
W przypadku niezrównoważonego obciążenia trójfazowego transformator wytwarza prąd o zerowej sekwencji, którego wielkość jest proporcjonalna do poziomu niezrównoważenia. Obecność prądu o zerowej sekwencji spowoduje następujące problemy:
Generowanie strumienia o sekwencji zerowej: Strumień sekwencji zerowej wytwarzany w żelaznym rdzeniu transformatora wzrasta i powoduje lokalny wzrost temperatury.
Starzenie się izolacji: Przegrzanie przyspiesza starzenie się materiału izolacyjnego uzwojenia. W związku z tym zwiększa to skrócenie żywotności sprzętu.
4. zwiększenie strat mocy w linii
W trójfazowym, czteroprzewodowym systemie zasilania impedancja prowadzi do strat mocy przy każdym przepływie prądu przez linię. Strata ta jest proporcjonalna do kwadratu prądu. Za każdym razem, gdy występuje jakakolwiek nierównowaga w obciążeniu trójfazowym, prąd zaczyna płynąć do linii neutralnej; dodatkowo zwiększa to straty w sieci energetycznej. Im bardziej niezrównoważony jest poziom przepływu prądu, tym większe będą straty w linii.
5. Wpływ na bezpieczną eksploatację urządzeń elektrycznych
Niezrównoważone napięcie fazowe prowadzi do kilku problemów, takich jak
Dryft punktu neutralnego: Napięcie mocno obciążonej fazy spada, a lekko obciążonej fazy rośnie, co prowadzi do niestabilnego działania sprzętu.
Uszkodzenie sprzętu: nierównowaga napięcia może uszkodzić sprzęt, w szczególności fazę o wysokim napięciu.
Zjawisko niewyważenia poważnie zagraża bezpieczeństwu i stabilności urządzeń elektrycznych.
6. Zmniejsza wydajność silnika
Zrównoważone obciążenie trójfazowe spowoduje powstanie niezrównoważonego napięcia wejściowego po stronie silnika. Efekt ujemnego napięcia sekwencyjnego sprawia, że silnik działa jak hamulec, co ma następujące skutki.
Nieefektywność: Niższa moc wyjściowa po stronie silnika wynikająca z niższej ogólnej sprawności silnika.
Szybszy wzrost temperatury i straty mocy biernej: Wzrost temperatury, jak również straty mocy biernej silnika zwiększają się wraz z trójfazowym niezrównoważonym napięciem, które może spowodować uszkodzenie sprzętu bez żadnych kłopotów.
W związku z tym, gdy napięcia trójfazowe pozostają niezrównoważone, używanie silnika staje się nieuzasadnione ekonomicznie i niebezpieczne.
Jakie są sposoby poprawy trójfazowej nierównowagi?
1. obciążenia trójfazowe powinny być odpowiednio rozdzielone
Pracownicy zajmujący się energią elektryczną powinni bardzo uważnie zbierać dane dotyczące obciążenia i rejestrować je w celu przewidywania stanu mocy obciążenia. W czteroprzewodowym układzie trójfazowym, zwłaszcza niskiego napięcia, po zastosowaniu urządzeń równoważących, kompensacja bierna może odpowiednio zmienić przekształcone prądy niezrównoważone. Co więcej, w innych warunkach metoda okablowania momentu prądowego zmienia się odpowiednio, zgodnie z którą ta metoda jest również odpowiednią miarą rozkładu obciążenia trójfazowego.
2. Kontrola prądu niezrównoważonego
Każdy rodzaj niezrównoważonego obciążenia, z wyjątkiem uziemionego, może być podłączony równolegle z niektórymi rezystorami i kondensatorami, w oparciu o zasadę kompensacji niezrównoważonego prądu. Poniższe zasady muszą kierować kontrolą prądu niezrównoważonego:
Kompensacja współczynnika mocy i regulacja asymetrii prądu trójfazowego.
Aby uniknąć nadmiernej kompensacji, należy zastosować pełną kontrolę pojemnościową.
Kwota wynagrodzenia powinna również zostać dostosowana w czasie.
Zmniejszenie liczby urządzeń przełączających i sprzętu kompensacyjnego w celu zapewnienia maksymalnego zarządzania przez cały dzień.
3. Rutynowe sprawdzanie i regulacja obciążeń trójfazowych
Konieczne jest regularne testowanie obciążeń trójfazowych. Zgodnie z normami krajowymi, wyniki testów powinny być dokumentowane i sprawdzane w celu szybkiej identyfikacji i kalibracji nierównowagi. W częściach, w których nie występują usterki, również wymagana jest czujność. Po przetestowaniu, dane muszą zostać posortowane i wprowadzone do systemu, aby umożliwić wnioskowanie o niezbędnych regulacjach i możliwościach zastosowania technicznego.
Podsumowanie
Trójfazowa nierównowaga obciążenia ma znaczący wpływ na system elektroenergetyczny. Nie tylko zwiększa zużycie energii przez transformatory i linie dystrybucyjne, ale także powoduje przegrzewanie się sprzętu i skraca jego żywotność, co wpływa na bezpieczeństwo pracy. Poważnie wpływa to również na wydajność silników. W związku z tym należy podjąć skuteczne środki w celu zapobiegania trójfazowej nierównowadze obciążenia.
Korzystanie z trójfazowy niezrównoważony stabilizator napięcia jest skutecznym rozwiązaniem. W międzyczasie może mierzyć napięcie w czasie rzeczywistym, aby umożliwić zrównoważone obciążenie wszystkich trzech faz, a następnie zmniejszyć zużycie energii i wydajność wszystkich urządzeń. W międzyczasie, racjonalności przy obciążeniu niezrównoważonym prądem może towarzyszyć kontrola, aby zapobiec temu zjawisku. Wreszcie, trójfazowy stabilizator napięcia, który towarzyszy wszystkim powyższym środkom poprawy, ma do odegrania znaczącą rolę w optymalizacji i stabilizacji systemu elektroenergetycznego.
