Меню

Формула расчета дисбаланса токов

Виды защит электродвигателя

Асинхронные электродвигатели – наиболее распространенный вид электрических машин, использующихся в приводах различного назначения. От их безаварийной работы зачастую зависит не только правильность течения технологического процесса, но и жизнь людей.

Кроме того, их цена зачастую больше или сравнима с совокупной стоимостью всего остального оборудования. По этой причине принимаются различные меры по защите асинхронных двигателей, которые обычно носят комплексный характер и предусматривают возможность возникновения всех типов аварийных ситуаций.

Что может случиться с электродвигателем

К нашему счастью, список возможных аварийных ситуаций в цепях электрического привода ограничен. Это вам не «Справочник фельдшера» объемом в несколько тысяч страниц. Вот что может случиться:

  • Нестабильность питающего напряжения и тока.
  • Дисбаланс фаз.
  • Все виды замыканий – как так называемые короткие, возникающие между фазами или между фазой и землей, а также межвитковые, уменьшающие индуктивность и сопротивление статорных обмоток двигателя.
  • Физическая перегрузка на валу.

Проблемы с качеством электропитания

Статорные обмотки асинхронного электродвигателя обладают значительной индуктивностью. Каждая из них по отдельности может рассматриваться как балластный трансформатор. По этой причине асинхронные электродвигатели в наименьшей степени зависят от качества подаваемого на них напряжения. Его снижение или увеличение на десяток вольт машиной будет просто проигнорировано, если оно произошло симметрично по всем фазам.

Наиболее проблемным является момент запуска и набора оборотов. Пусковой ток электродвигателя с короткозамкнутым ротором превышает номинальный минимум в пять раз. И чем выше мощность машины, тем это значение больше.

Дело усугубляется в том случае, если подключается нагруженный привод. Например, подъемный механизм или навозный транспортер на животноводческой ферме.

Решить проблему запуска можно двумя способами:

  1. Применить схему коммутации обмоток. В момент замыкания контактов рубильника они включены по схеме «Звезда», а после набора оборотов переключаются на «Треугольник». Снижение токовой нагрузки происходит по той причине, что на каждой обмотке первоначальное напряжение в 1,73 раза меньше – 220 вольт.
  2. Использовать автоматические выключатели с подходящей случаю времятоковой характеристикой. Например, рабочий ток асинхронного двигателя мощностью 3 кВт находится в пределах 12 ампер. Если вы поставите на входе цепи питания АВ с номиналом 16 ампер типа «С», то привод может отключаться во время запуска. Оптимальным вариантом является АВ на те же 16 ампер, но типа «В».

Короткие замыкания

Возникновение сверхтоков – они так названы потому, что в сотни и тысячи раз превышают номинальные – происходит в случае замыкания между фазой и землей (как физической, на корпус электроустановки, так и технологической нейтралью) или между фазами. Процесс этот сопровождается возникновением дуги электрического разряда и выделением большого количества тепла.

Повреждение электродвигателя

Поэтому несмотря на его явную и большую опасность, токовая защита электродвигателя решается наиболее просто – установкой плавких предохранителей или автоматических выключателей. Их номинал должен соответствовать рабочему току двигателя после набора оборотов. В цепи подачи напряжения они устанавливаются первыми.

Дисбаланс фаз

Часто не имеет явных признаков и потому более опасен. Он возникает в следующих случаях:

  • При пропадании одной из фаз в линии, подающей электропитание на всю электроустановку.
  • При отсутствии соединения в одном из элементов схемы. Например, при выгорании какой-либо клеммы в группе основных подвижных контактов магнитного пускателя или присоединительной коробке на корпусе электродвигателя.
  • При физическом обрыве одного из фазных проводников в кабеле.
  • При межвитковом замыкании в статорной обмотке.

Наиболее опасно отсутствие именно одной фазы. При этом происходит возрастание межфазного напряжения в 1,7 раза. При отсутствии двух двигатель просто останавливается, его конструктивные элементы перегрузкам не подвергаются.

Включение в сеть по схеме треугольник звезда

Если обмотки двигателя соединены треугольником, то та, что оказывается подключенной между двумя оставшимися фазами, испытывает колоссальные нагрузки, ведь ее сопротивление не превышает десятка Ом. Фактически она работает в режиме короткого замыкания, из-за чего сильно нагревается.

При соединении обмоток звездой процесс менее активен, но более опасен по той причине, что двигатель может продолжить работать, потеряв при этом мощность. И вы этого не заметите до момента полного выгорания обмоток.

Дисбаланс фаз может определить трехфазное УЗО. Через ферритовое кольцо его дифференциального трансформатора пропущены проводники трех фаз и нейтрали. В штатном режиме работы система находится в равновесном состоянии, токи в проводниках компенсируют друг друга, магнитное поле не наводится. Поэтому во вторичной обмотке движения электронов не возникает.

Стоит одной из фаз пропасть, как по нейтрали потечет ток иного направления. Возникший дисбаланс вызывает срабатывание расцепителя и отключение питания. Эта схема работает только в том случае, когда пропадает подводимое к электроустановке напряжение. При возникновении неисправностей в нагрузке УЗО остается включенным.

Виды узо

Но если обмотки двигателя соединены звездой, то можно подключить нейтральный провод питающей линии к ее центру (это пластина в клеммной коробке, соединяющей три вывода). При дисбалансе фаз в нагрузке возникает ток в нейтрали. Это вызовет срабатывание защитного устройства.

Если магнитный пускатель имеет втягивающую катушку с номиналом в 380 вольт (она включается между фазами), то этот элемент схемы также может играть роль своеобразной защиты от перекоса фаз в питающей линии. Вероятность отключения привода в этом случае очень велика.

Но основным способом предотвращения аварии в этом случае является тепловая защита электродвигателя. По той причине, что он сопровождается выделением тепла – фактором, на который может среагировать автоматика. Стоит отметить, что при дисбалансе фаз двигатель еще и гудит, но защитных автоматов, реагирующих на звук, не существует.

Тепловой расцепитель, который есть в автоматических включателях на вводах, не сработает или сделает это слишком поздно. Ведь из-за большой протяженности линии тепло может рассеяться. Поэтому стало правилом устанавливать сразу после магнитного пускателя так называемое тепловое реле, с помощью которого осуществляется и защита электродвигателя от перегрузки на валу.

Тепловое реле

Оно состоит из трех нагревательных элементов и биметаллической пластины, которая при изменении температуры деформируется и размыкает контакты цепи управления – одного из фазных проводов, подающихся на контакты втягивающей катушки магнитного пускателя.

Номинальный ток теплового реле должен соответствовать рабочему току двигателя. Обычно он регулируется, для чего на корпус реле выводят винт потенциометра и градуированную шкалу.

Совокупная стоимость приборов защиты меньше цены электрического двигателя. И ничтожна по сравнению с возможными последствиями аварии. Поэтому не стоит пренебрегать их установкой.

Источник

Введение в несимметричность

Johan Driesen, Katholieke Universiteit Leuven

Несбалансированные токи являются важнейшей причиной несимметричного напряжения, а поскольку оно относится к важным параметрам качества энергоснабжения, в данной статье будут рассматриваться несимметричные синусоидальные напряжения.

Что такое дисбаланс?

Определение

Трехфазная система считается сбалансированной или симметричной, когда напряжения и токи каждой из фаз имеют одинаковую амплитуду, а сдвиг амплитуды по фазе равен 1200. Если не выполняется хотя бы одно из этих условий, то система считается асимметричной, или разбалансированной.

В статье условно полагается, что гармоники отсутствуют, т. е. форма кривых напряжения синусоидальная.

Количественные параметры

Для того чтобы количественно описать дисбаланс напряжения или тока в трехфазной системе, применяются так называемые компоненты Фортескью, или симметричные компоненты. Трехфазную систему условно разбивают на прямую или положительную, обратную или отрицательную, и униполярную или нуль-последовательности, обозначаемые индексами d, i, h (в некоторых источниках – 1, 2, 0). Их используют для расчетов при помощи трансформации матрицы трехфазного напряжения или тока. Индексы u, v, w (иногда a, b, c) означают разные фазы. Приведенное ниже выражение для напряжения U равноприменимо и для тока I с соответствующими значениями переменных величин

Данная трансформация с точки зрения количества энергии инвариантна, т. е. количество энергии, подсчитанное с исходными значениями, всегда одинаково и после трансформации.

Пример обратной трансформации:

Прямая система (система прямой последовательности) ассоциируется с положительным вращением поля, в то время как обратная – имеет отрицательное вращение поля (рис. 1). Так, например, электропривод трехфазного переменного тока служит наглядным примером вращающегося магнитного поля.

Графическое представление симметричных компонентов (прямого, обратного и униполярного)

Униполярные компоненты имеют одинаковые углы векторов фаз и лишь колеблются (без вращения поля). В системах без нейтрального проводника униполярные токи, очевидно, не имеют возможности течения, но между нейтральными точками Y-соединений с нулевым напряжением в питающей системе и нагрузке может возникнуть значительная ЭДС.

Читайте также:  Ток судак военный санаторий

Разложение несимметричной системы на составляющие изображено на рис. 2.

Графическое разложение несимметричной системы с использованием компонентов рис. 1

На практике их измерение не столь очевидная процедура, особенно по положительной и отрицательной последовательностям. Использование цифрового измерительного инструмента является более простым способом подсчета по сравнению с классическими аналоговыми.

Значения отношения uU (напряжение) и uI (ток) между величинами амплитуды отрицательной и положительной последовательностей являются количественной величиной дисбаланса (%)

Эти отношения используются, например, в стандартах, связанных с вопросами качества энергии, таких как европейский стандарт EN-50160 или стандарты серии МЭК 1000-3x.

Более простой, хотя и приблизительный, способ определения коэффициента дисбаланса напряжений

В данном случае используются только величины кажущейся мощности нагрузки Sl и мощности короткого замыкания SSC питающей цепи.

Полностью процедуры измерения и определения этих параметров изложены в стандартах. Там же приводятся методики статистического усреднения значений (3, 4) в течение определенного периода времени.

Ограничения

Международные стандарты (например, EN-50160 или стандарты серии МЭК 1000-3x) устанавливают предел коэффициента дисбаланса (3) не более 2 % для систем низкого и среднего напряжения и менее 1 % для высоковольтных на основании измерений в течение 10 минут, допуская отдельные мгновенные значения коэффициента дисбаланса не более 4 %. Однако в отдельных регионах эти величины могут быть уменьшены до уровня 0,25 %, например, на британской части железной дороги, проходящей в тоннеле под Ла-Маншем, поскольку эта часть линии представляет собой гигантскую однофазную нагрузку. Причиной жестких местных ограничений на асимметрию высоковольтных сетей является то, что они предназначены для использования с максимальной загрузкой с симметричными трехфазными нагрузками. Любой дисбаланс приводит к низкой эффективности работы и без того до предела загруженных сетей. При проектировании распределительных систем (низковольтных) питание однофазной нагрузки является одной из важных задач, поэтому и сама система, и присоединенные нагрузки должны разрабатываться и исполняться как можно более устойчивыми к дисбалансу.

Для примера определим величину требуемой мощности короткого замыкания устройств питания тяги для двухколейной скоростной железнодорожной линии с величиной номинальной мощности 2•15 МВ•А (французская TGV). Используя (4), видим, что при коэффициенте дисбаланса фазного напряжения в 1 % мощность короткого замыкания составит около 3 ГВ•А, что объясняет необходимость присоединения к сети сверхвысокого напряжения.

Более полно стандартизация осуществлена в документах МЭК 61000-2x, являющихся частью системы стандартизации вопросов ЭМС и EN-50160, описывающих характеристики напряжения в точках общего присоединения (PСС, ТОП).

Что вызывает дисбаланс?

При эксплуатации сетей всегда делается попытка обеспечить сбалансированное (симметричное) напряжение в точках общего присоединения между распределительной сетью и системой потребителя. При нормальных условиях на эти напряжения влияние оказывают:

— напряжения на выводах генераторов;

— сопротивление электрической системы;

— токи нагрузок, выплескиваемые в транспортную и распределительную сети.

Напряжения у источника генерации обычно симметричны благодаря конструкции и порядку эксплуатации синхронных генераторов, используемых на больших электростанциях. Поэтому электростанции обычно не являются источником дисбаланса. Даже при использовании асинхронных генераторов (как, например, в некоторых моделях ветровых источников) напряжения фаз симметричны.

Тем не менее там, где увеличивается количество источников промышленной или малой генерации, как правило на территории потребителя, ситуация иная. Многие из относительно небольших источников, в том числе солнечных гальванических, присоединяются в распределительной сети низкого напряжения посредством однофазных электронных инверторов. Точка соединения имеет относительно высокое сопротивление (величина мощности короткого замыкания относительно невелика), что создает большие предпосылки к разбалансировке фазных напряжений (4), чем в случае соединений с более высокими уровнями напряжения.

Сопротивление компонентов электрической системы на разных фазах не совсем одинаково. Так, геометрическая конфигурация воздушных линий электропередачи, асимметричных по отношению к земле, обуславливает разницу электрических параметров линии. В целом такие различия малы и ими можно пренебречь при принятии мер предосторожности.

В подавляющем большинстве случаев источником дисбаланса является асимметричность нагрузки.

На уровне высокого и среднего напряжения нагрузки обычно трехфазные и сбалансированные, хотя встречаются и одно- или двухфазные, как уже упомянутые скоростные железные дороги (рис. 3) или индукционные печи (в металлургии использующие весьма неоднородные по электрическим параметрам дуговые элементы для производства тепла).

Тяговые нагрузки переменного тока на железнодорожном транспорте как пример присоединений асимметричных однофазных нагрузок

Нагрузки в сетях низкого напряжения (компьютеры, системы освещения) обычно однофазные, поэтому обеспечить симметричность трудно. При организации низковольтной системы нагрузки обычно распределяют по фазам по принципу, учитывающему неэлектрические параметры: поэтажно в жилых или административных зданиях или порядно к каждому дому в поселках. Баланс эквивалента нагрузки на выводах распределительного трансформатора постоянно меняется в пределах неких отклонений от статистической суммы нагрузок на каждой фазе из-за индивидуального рабочего цикла каждой отдельной нагрузки.

Дисбаланс также вызывается аномальным состоянием системы. Типичными примерами являются повреждения цепей фаза-земля, фаза-фаза и открытых проводников. Эти повреждения вызывают провалы напряжения на одной или нескольких фазах и могут косвенно привести к образованию сверхнапряжения на оставшихся. В этом случае система становится разбалансированной, но очень часто такое изменение напряжения квалифицируется как скачки напряжения, поскольку защитные средства сети должны отключать поврежденный участок.

Каковы последствия?

Чувствительность электрооборудования к дисбалансу разная. Ниже дается краткий обзор наиболее часто встречающихся проблем.

Индукционные двигатели

Ими являются асинхронные устройства переменного тока с внутренними наведенными вращающимися магнитными полями. Направление ротации поля обратного компонента противоположно полю прямого компонента. В связи с этим в случае разбалансированного питания суммарное вращение магнитного поля становится эллиптическим вместо круглого. Существуют проблемы, связанные с индукционными двигателями, вызванные дисбалансом.

Кривые крутящий момент-скорость индукционного электропривода при несимметричном питании

Во-первых, привод не может развить полный крутящий момент, поскольку противоположная направленность момента, образующегося по отрицательной последовательности, уменьшает величину крутящего момента нормального вращения магнитного поля. На рис. 4 изображены различные характеристики скорость – крутящий момент индукционного электропривода при разбалансированном питании. Видно, что в зоне нормального режима работы (почти прямого участка кривой Td) значения Ti и Th отрицательны. Эти характеристики можно измерить при подсоединении привода, как указано на рис. 5.

Во-вторых, подшипники могут получить механические повреждения наведенными компонентами крутящего момента на частоте, двукратно превышающей частоту системы.

Схемы присоединения индукционного электропривода по питанию с неизвестным компонентом асимметрии

И наконец, статор и ротор испытывают излишнюю тепловую нагрузку, весьма вероятно ускоряющую тепловое старение. Дополнительная тепловая энергия производится из-за наведения токов значительной величины быстровращающимся (относительно) обратным (для ротора) магнитным полем. Для устранения последствий этого эффекта приходится снижать величину номинала мощности такого электропривода, что может потребовать установки более мощного.

Синхронные генераторы

Генераторы синхронного типа также являются устройствами переменного тока, использующимися в малой энергетике, например, в комбинированных электротеплогенераторах. Они могут сломаться от того же, что и индукционные двигатели, но особенно после перегрева. Особое внимание следует уделять проектированию стабилизирующей обмотки ротора, где токи наводятся обратными и униполярными компонентами.

Мощность силовых трансформаторов, кабелей и передающих систем

Мощностные характеристики трансформаторов, кабелей и передающих систем снижаются в результате воздействия компонентов по отрицательной последовательности. Эксплуатационный предел этого явления определяется номиналом RMS суммарного тока, включающего бесполезную составляющую непрямой последовательности. Это следует учитывать при определении порогов срабатывания защитных устройств, управляемых суммарными токами. В результате приходится снижать номиналы соответствующих систем (на основе данных производителя) и применять для выполнения тех же задач изделия с большей номинальной мощностью.

Трансформаторы

Силовые трансформаторы преобразуют напряжения по отрицательным последовательностям так же, как и по положительным. Эффект для униполярных напряжений зависит от соединений первичной и вторичной обмоток и от наличия нейтрального проводника. Если, например, на одной стороне трехфазная цепь с нейтральным проводником, то присутствуют нейтральные токи. А если на другой стороне обмотки соединение по схеме треугольника (дельта), то униполярный ток превращается в циркулирующий в дельта-элементе. Соответствующий униполярный магнитный поток проходит сквозь элементы конструкции трансформатора, вызывая большие потери, что иногда приводит к необходимости дополнительного снижения номинала мощности.

Электронные преобразователи энергии

Такие устройства весьма распространены, например, в регулируемых электроприводах, источниках питания для компьютерных устройств, энергосберегающих осветительных приборах и т. д. Электронные преобразователи энергии могут стать дополнительным источником, хотя в целом суммарные гармонические искажения останутся более или менее постоянными. Однако сам эффект должен обязательно учитываться производителями пассивных фильтров.

Читайте также:  Электрический ток в вакууме обеспечивают электроны молекулы

Перечисленные выше устройства – трехфазные нагрузки. Но, разумеется, однофазные нагрузки тоже могут подвергнуться отрицательному воздействию дисбаланса.

Как снизить влияние дисбаланса?

Для снижения последствий дисбаланса можно предпринять несколько действий, каждое из которых имеет различную степень сложности.

Первое и основное решение состоит в перераспределении нагрузок по фазам таким образом, чтобы их величины стали равными. Для некоторых из нагрузок может оказаться достаточным коррекция эксплуатационных параметров.

Для снижения влияния токов по отрицательной последовательности, вызывающих падение напряжения, требуется система с малым внутренним сопротивлением. Этого можно достичь путем соединения разбалансированных нагрузок в точках с более высоким уровнем мощности короткого замыкания или иными известными способами снижения внутреннего сопротивления.

К другому типу мероприятий относится применение специальных трансформаторов, а именно трансформаторов схемы Скотта и схемы Штайнмеца:

— трансформатор схемы Скотта состоит из двух однофазных трансформаторов, присоединенных к трехфазной системе. Они соединены так, что на выходе образуются две однофазные системы, которые избавляют трехфазную сеть от влияния асимметричной нагрузки;

— трансформатор Штайнмеца представляет собой трехфазный трансформатор с дополнительной симметрирующей нагрузкой, состоящей из емкости и индуктора с номиналами, пропорциональными однофазным нагрузкам (рис. 6). Когда значение реактивной мощности индуктора и емкости равно активной мощности нагрузки, деленной на √3, трехфазная сеть получает симметричную нагрузку. Значение номинальной трехфазной мощности трансформатора равно активной мощности однофазной нагрузки. Следует помнить о том, что идеальная симметрия достигается только для нагрузок, мощность которых точно соответствует той, что выбрана при проектировании системы.

Однофазная нагрузка, присоединенная в трехфазной сети при помощи трансформатора по схеме Штайнмеца

И наконец, специальные быстродействующие электронные силовые устройства могут применяться для ограничения дисбаланса. Эффект их применения основан на быстром изменении величины дополнительного сопротивления, компенсирующего отклонения на каждой фазе. Эти устройства могут компенсировать ненужную реактивную мощность. Однако они довольно дороги и их применяют для очень больших нагрузок, например, для дуговых печей, поскольку иные способы в данном случае малоэффективны.

Сейчас разрабатываются и другие виды устройств для снижения последствий асимметрии фазных токов (напряжений) и иных проблем качества электроэнергии.

Заключение

Асимметрия представляет собой серьезную проблему качества электроэнергии, оказывающей негативное воздействие преимущественно на низковольтные распределительные сети, например, в административных зданиях из-за широкого применения компьютерной техники и современных осветительных приборов. Однако этот эффект довольно просто показать в количественных показателях, что позволяет сравнить его величину с требуемыми нормами.

Успешное решение проблемы асимметрии, безусловно, приводит к снижению стоимости эксплуатации и, что крайне важно, энергопотерь.

Перепечатано с сокращениями из издания Европейского института меди

«Прикладное руководство по качеству электроэнергии»

Источник

Carrier, Замечание – Инструкция по эксплуатации Carrier 40MSC

Страница 13

background image

Carrier

Инструкция по монтажу, наладке и обслуживанию

Б) Силовые кабели

С обеих сторон секции вентиляторов 40MS имеются отверстия для электрических проводов (см. рис 2). Подключите
провод электроснабжения непосредственно к клеммной коробке внешнего блока (конденсатора), а затем к двигателям
вентиляторов вентиляторной секции 40MS.

Счетчик электроэнергии должен быть откалиброван на сумму максимальных токов, которая равняется 125%
максимального тока самого мощного компрессора или двигателя, плюс 100% максимального тока всех остальных
компрессоров и двигателей. Электрические кабели должны быть класса 105°С или более высокого класса.

Обязательно заземлите агрегат. Напряжение питания должно соответствовать указанному на пластине с данными,
прикрепленной к кондиционеру. При работе компрессора напряжение должно быть сбалансировано по фазам
с точностью до 2%, а ток с точностью до 10%. Если наблюдается больший дисбаланс фаз или напряжение
в электросети не соответствует требуемому, обратитесь в компанию поставщика электроснабжения.

Расчет дисбаланса напряжения:

Дисбаланс напряжения (%) это максимальное
отклонение напряжения от среднего по фазам,
разделенное на среднее напряжение.

Пример: питание 380 В 3 фазы 50 Гц

Измененное напряжение:
АВ = 383 В, ВС = 378 В, АС = 374 В.

Среднее значение: (383 + 378 + 374)/3 = 378 В

Отклонения от среднего значения:

АВ = 383 378 = 5 В,
ВС = 378 378 = 0 В,
АС = 378 374 = 4 В.

Максимальное отклонение 5 В, поэтому
дисбаланс равен (5/378 ) х 100% = 1,32%.

Это допустимое значение.

Расчет дисбаланса тока выполняется так же, как и дисбаланса напряжения, только рассчитывается сила тока.

Дисбаланс напряжения питания по фазам может возникнуть по следующим причинам:

• Плохие контакты (контактор, нарушенные соединения проводов, окисленные или обугленные контакты)

• Неправильно подобранные размеры проводов (площадь их сечения)

• Неравномерное распределение заряда в трехфазной системе электропитания.

В) Сигнальные провода системы управления

Соединение агрегата с различными переключателями выполняется на месте монтажа. Чтобы правильно выполнить эти
подключения, руководствуйтесь электрическими монтажными схемами.

Источник

Перекос фаз

Наиболее распространенной системой передачи электроэнергии является трехфазная, образованная тремя переменными напряжениями, различающимися по фазе на 120°. Несбалансированность напряжений влияет на качество электроэнергии.

Перекос напряжений на приборе

Перекос напряжений на приборе

Что называется перекосом фаз

Чтобы понять, что такое перекос фаз, нужно обратиться к построению векторов напряжений трехфазной системы. Вектора линейных напряжений образуют равнобедренный треугольник, а фазные напряжения, выходящие из нулевой точки, напоминают симметричную звезду. Все три фазных напряжения должны быть равны по величине, а углы между ними составлять 120°. Отклонения от этого состояния представляют собой перекос фаз в трехфазной сети.

В схемах трехфазного тока, соединенных по типу «Y», присутствует N-проводник, с помощью которого относительно балансируются показатели напряжения. Когда происходит нарушение его целостности, N-проводником становится один из фазных проводов. Напряжение этой фазы возрастает до 0,4 кВ, что вызывает выход из строя электроприборов, подключенных к ней.

Графическое представление перекоса фаз

Графическое представление перекоса фаз

Напряжение обратной последовательности появляется при несимметрии фаз трехфазного питания, например, у двигателя или трансформатора. Величины и углы этого напряжения не совпадают с исходным напряжением системы. Степень асимметрии у двигателя зависит от его типа, размера и нагрузки.

Чтобы обнаружить асимметрию в системе, нужно измерить и сравнить друг с другом все три однофазные напряжения (между N-проводником и фазами).

Для расчета дисбаланса напряжений применяют следующую формулу:

Низшее напряжение / Высшее напряжение х 100%.

ПУЭ и ГОСТы устанавливают нормы допустимого перекоса фаз, исходя из показателей токов и напряжений, которые не должны превышаться:

  • отношение между фазными токами (наибольшим и наименьшим) на щитках распределения – 30 %, на вводно-распределительных устройствах – 15%;
  • асимметрия напряжений обратной последовательности – 2%, нулевой последовательности – 4%.

От чего зависит симметрия напряжений

Симметрия напряжения системы между распредсетями и потребителями электроэнергии зависит от:

  • импеданса силовой цепи;
  • напряжений на выводах генератора;
  • тока, протекающего через приемники, сети передачи и распределения (распределение мощности в системе).

Напряжения на выходных контактах генераторов, как правило, симметричны из-за конструктивных особенностей и эксплуатационных характеристик синхронных машин, применяемых для выработки электроэнергии на электрических станциях. В случаях задействования асинхронных агрегатов, например, в ветряных установках, также получается симметричное трехфазное напряжение.

В локальных сетях генерации и распределения энергии, созданных со стороны потребителя, могут наблюдаться отличающиеся процессы. Многие из этих небольших блоков, например, фотоэлектрические элементы, подключенные к низковольтной сети силовой электроникой, имеют относительно высокий импеданс, что вызывает усиливающийся дисбаланс напряжения.

Сопротивление части энергосистемы неодинаково для отдельных фаз. Геометрическое расположение линий с асимметрией относительно земли вызывает различия и в их электрических параметрах. В целом, эти отклонения очень малы и могут быть незначительными при использовании превентивных мер.

Асимметрия на стороне нагрузки

Наиболее распространенными являются случаи перекоса фаз на стороне нагрузки. Приемниками, вызывающими асимметрию в сети, являются:

  • блоки однофазных нагрузок, подключенных к трехфазной, например, индукционные печи, сварочный трансформатор;
  • трехфазные приемники, работающие с периодической асимметрией (дуговые печи);
  • множество неравномерно распределенных однофазных нагрузок, включенных между фазными и нейтральными проводниками, например, у муниципальных потребителей в низковольтных сетях.

Асимметрия нагрузок по фазам

Асимметрия нагрузок по фазам

Важно! Неисправность системы также является причиной перекоса фаз. Распространенными случаями являются замыкания на землю, неисправности проводов. Такие дефекты вызывают падения напряжения в одной-двух фазах, что может способствовать перенапряжению в других фазах.

Последствия перекоса фаз:

  1. Снижение эксплуатационного срока электрооборудования;
  2. Увеличение энергопотребления;
  3. Нарушения в работе двигателей и генераторов, снижение их мощности;
  4. Возможность повреждения электроприборов и устройств.
Читайте также:  Определить ток в намагничивающей обмотке

Защитные методы

Существует несколько способов защиты низковольтных потребительских сетей от перекоса фазных напряжений. Первым способом является расчет нагрузочных токов и конструктивное планирование их с целью обеспечения равномерности распределения мощностей.

Нагрузки со стороны низкого напряжения, такие как бытовые электроприборы или осветительные сети, обычно однофазные, что затрудняет гарантию симметрии. При планировании электрической сети, содержащей такие типы электроприемников, отдельные схемы должны быть равномерно распределены между тремя фазами, например, одна фаза на этаж. Мерой по защите от перекоса фаз может служить и изменение рабочих параметров нагрузок в существующих сетях.

Важно! Несмотря на распределение, баланс нагрузок в центральном трансформаторе варьируется из-за изменения статистических циклов работы оборудования.

Другие защитные методы:

  1. Применение релейной аппаратуры, фиксирующей напряжение и автоматически срабатывающей на отключение при появлении асимметрии выше заданного показателя. При выравнивании значений напряжения подается сигнал на обратное включение;

Реле контроля напряжения

Реле контроля напряжения

  1. Переустройство схемы фазных соединений при значительных изменениях характера нагрузки;
  2. Применение стабилизаторов напряжения, трансформаторов для симметрирования нагрузочных токов и другого оборудования.

Стабилизатор

Бытовое применение стабилизаторов предназначено для обеспечения неизменных показателей напряжения одной питающей фазы. Но они не влияют на перекос фаз в трехфазной сети. В промышленности применяют трехфазные устройства.

Стабилизатор напряжения

Основная функция аппарата – обеспечить выходное напряжение, питающее подсоединенные к нему устройства. Большинство стабилизаторов имеет электронные фильтры, целью которых является подавление шума и пикового напряжения. Стабилизатор защищает как от пониженного напряжения, так и от перенапряжения.

Симметрирующий трансформатор

Эти трехфазные устройства подключаются для питания потребительских электросетей и обладают рядом полезных функций:

  • симметрируют нагрузку в питающей сети, независимо от фазных токов электроприемников;
  • при подсоединении электрооборудования с мощным потреблением сглаживают просадку напряжения;
  • уменьшают потери электроэнергии.

Симметрирующие трансформаторы возможно использовать, как для питания трехфазной нагрузки, так и для создания однофазных схемных конфигураций. В случае наличия трехфазной системы без нейтрального проводника устройство преобразует ее в четырехпроводную систему с N-проводом.

Альтернативные способы устранения фазных перекосов – использование конденсаторных батарей с треугольным соединением, включение специальных трансформаторов с дополнительной нагрузкой в виде конденсатора и индуктивности и другие.

Видео

Источник



Влияние дисбаланса напряжения на производительность двигателя NEMA

Видео: Клим Жуков про рождение революции: от поражения 1907 к победе 1917 года 2021, Апрель

Дисбаланс напряжения

Дисбаланс напряжения может быть более пагубным, чем изменение напряжения двигателя и ресурса двигателя. Когда линейные напряжения, приложенные к многофазному асинхронному двигателю, не равны по величине и фазовому углу, результатом будут несимметричные токи в обмотках статора .

Влияние дисбаланса напряжения на работу двигателя NEMA (на фото: взрывозащищенный двигатель Baldor с отличной экономией энергии благодаря эффективному электрическому дизайну NEMA Premium, кредит: feedandgrain.com)

Небольшой дисбаланс напряжения в процентах приведет к значительному дисбалансу тока в процентах !

Некоторые из причин дисбаланса напряжения следующие:

Причина №1

Обрыв цепи в первичной системе распределения.

Причина № 2

Комбинация однофазных и трехфазных нагрузок в одной и той же распределительной системе с однофазными нагрузками неравномерно распределена .

Причина № 3

Открытая система уай-дельта.

a) Изменение импеданса заземления

Увеличение первичного импеданса земли увеличивает балансы напряжения и тока. Максимальный дисбаланс происходит с перегруженными трансформаторами, а большая однофазная нагрузка находится в фазе запаздывания. Мотор служит для балансировки напряжения системы лучше, когда двигатель загружен, чем при его разгрузке.

b) Нагрузка трансформатора варьировала от 50 до 150%

Наибольший дисбаланс возникает, когда меньший трансформатор слегка загружен и перегружен большой трансформатор.

Если однофазная нагрузка изменяется в широком диапазоне, лучше поставить эту фазу с помощью более крупного трансформатора на ведущей фазе .

c) Импеданс линий для однофазных нагрузок

Коэффициенты дисбаланса напряжения и тока увеличиваются с сопротивлением линии. Опять же, коэффициенты дисбаланса уменьшаются по мере того, как двигатель загружается более сильно.

d) Импеданс линии подачи на двигатель

Коэффициенты дисбаланса напряжения и тока уменьшаются с увеличением импеданса линии к двигателю. Однако это приводит к более низкому напряжению на двигателе и уменьшению крутящего момента и скорости двигателя.

e) Другие параметры

Вариации величины импедансов трансформатора, коэффициента мощности однофазных нагрузок и импедансов первичных линий оказывают незначительные эффекты (не более 3%) на фазовые токи и коэффициенты дисбаланса.

Причина № 4

Открытая дельта-дельта-система:

Когда два трансформатора снабжаются трехфазными проводниками, единственным отличием является отсутствие нейтрального импеданса. Поэтому при обычных условиях открытая дельта-дельта-конфигурация будет демонстрировать превосходные характеристики конфигурации открытого треугольника-треугольника.

Однако, когда есть неравные линейные импедансы или необычно длинные линии питания, есть дополнительные наблюдения.

  1. Существуют смешанные эффекты с изменением линий, обеспечивающих однофазные нагрузки.
  2. Увеличение общего импеданса линии первичной подачи приводит к увеличению дисбаланса напряжения и тока.

Несбалансированные линейные напряжения вводят отрицательные напряжения последовательности в многофазном двигателе . Это отрицательное напряжение последовательности создает поток воздушного зазора, вращающийся в направлении, противоположном ротору, таким образом создавая большие токи в двигателе . Небольшое отрицательное напряжение последовательности может создавать токи двигателя, значительно превышающие те, которые присутствуют в условиях сбалансированного напряжения.

Стандарт NEMA MG1 определяет отрицательный дисбаланс напряжения следующим образом:

Эти неуравновешенные напряжения приведут к несимметричным токам порядка 6-10 раз по сравнению с дисбалансом напряжения . Следовательно, повышение температуры двигателя, работающего при определенном дисбалансе нагрузки и напряжения, будет больше, чем для двигателя, работающего в тех же условиях со сбалансированным напряжением. Кроме того, большой дисбаланс токов двигателя приведет к неравномерным температурам в обмотках двигателя.

Пример влияния небалансных напряжений на производительность показан в таблице 1 для двигателя мощностью 5 л.с., 1725 об / мин, 230 В, трехфазного, 60 Гц .

ТАБЛИЦА 1 — Влияние дисбаланса напряжения на характеристики двигателя

Характеристики Представление
Среднее напряжение 230 230 230
Процентное несбалансированное напряжение 0, 3 2, 3 5, 4
Процент несбалансированного тока 0, 4 17, 7 40, 0
Повышение температуры, ° C 30 40

Напряжения должны быть равномерно сбалансированы как можно ближе.

Не рекомендуется использовать двигатель с дисбалансом напряжения выше 5%. Даже при дисбалансе напряжения 5% может существовать дисбаланс тока двигателя порядка 40%.

Признавая отрицательное влияние небалансного линейного напряжения на характеристики электродвигателя, NEMA Standard MG1 рекомендует снизить мощность двигателей, которые применяются к несбалансированным системам, в соответствии с рисунком 1 (NEMA MG1-14.35):

Когда применяется коэффициент снижения номинальной мощности, выбор и настройка устройства перегрузки должны учитывать комбинацию коэффициента снижения номинальной мощности, применяемого к двигателю, и увеличения тока, возникающего в результате несбалансированного напряжения.

Это сложная проблема, связанная с изменением тока двигателя в зависимости от дисбаланса нагрузки и напряжения в дополнение к характеристикам устройства перегрузки относительно I максимума или I среднего значения .

При отсутствии конкретной информации рекомендуется, чтобы устройства перегрузки были выбраны и / или отрегулированы с минимальным значением, которое не приводит к отключению для коэффициента ослабления и дисбаланса напряжения, который применяется. Когда ожидаются несимметричные напряжения, рекомендуется, чтобы устройства перегрузки были выбраны так, чтобы реагировать на I максимум по сравнению с устройствами перегрузки в зависимости от среднего значения I. *

Рисунок 1 — Фактор снижения коэффициента несбалансированного напряжения на многофазных асинхронных двигателях

На порядок величины дисбаланса тока влияет не только дисбаланс напряжения в системе, но и сопротивление системы, характер нагрузок, вызывающих дисбаланс, и рабочая нагрузка на двигатель.

На рисунке 2 показан диапазон несимметричных токов для различных условий нагрузки двигателя и дисбаланса напряжения в системе.

Рисунок 2 — Влияние дисбаланса напряжения на токи многофазного асинхронного двигателя

Влияние на другие характеристики электродвигателя можно резюмировать следующим образом:

  1. TorquesМоменты запертого ротора и пробоя уменьшаются. Если дисбаланс напряжения должен быть чрезвычайно суровым, крутящие моменты могут оказаться недостаточными для применения.
  2. Скорость полной загрузки — скорость полной загрузки немного снижается.
  3. Ток блокированного ротора. Ток блокированного ротора будет неуравновешенным в той же степени, что напряжения будут неуравновешенными, но киловольт-ампер с заблокированным ротором будет незначительно увеличиваться.
  4. Шум и вибрация — Несбалансированное напряжение может вызвать увеличение шума и вибрации. Вибрация может быть особенно сильной на двигателях мощностью 3600 об / мин.

Ссылка // Энергоэффективные электродвигатели Марлина О. Турстона; Отдел электротехники Государственный университет штата Огайо Колумбус, Огайо

Источник