на какой угол осуществлен сдвиг фаз в трехфазной сети
Перекос фаз в трехфазной сети — чем опасен и когда возникает?
Самая распространенная проблема, порождающая массу деструктивных последствий – перекос фаз в трехфазной сети (до 1,0 кВ) с глухозаземленной нейтралью. При определенных условиях такое явление может вывести из строя электрические приборы и создать угрозу для жизни. Учитывая актуальность проблемы, будет полезным узнать, что представляет собой несимметрия токов и напряжений, а также причины ее возникновения. Это позволит выбрать наиболее оптимальную стратегию защиты.
Что такое перекос фаз?
Данный термин используется для описания состояния сети, при котором возникают неравномерные нагрузки между фазами, что приводит к возникновению перекоса. Если составить векторную диаграмму идеальной трехфазной сети, то она будет выглядеть так, как показано на рисунке ниже.
Диаграмма напряжений в идеальных трехфазных сетях
Как видно из рисунка, в данном случае равны как линейные напряжения (АВ=ВС=СА=380,0 В), так и фазные (АN=ВN=СN=220,0 В). К сожалению, на практике добиться такого идеального равенства нереально. То есть, линейные напряжения сети, как правило, совпадают, в то время как в фазных наблюдаются расхождения. В некоторых случаях они могут превысить допустимый предел, что приведет к возникновению аварийной ситуации.
Пример диаграммы напряжений при возникновении перекоса
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.
Причины перекоса фаз в трехфазной сети
Как уже упоминалось выше, данное состояние электросети чаще всего вызвано неравномерным подключением нагрузки на фазы и обрывом нуля. Чаще всего это проявляется в сетях до 1, кВ, что связано с особенностями распределения электроэнергии, между однофазными электроприемниками.
Обмотки трехфазных силовых трансформаторов подключаются «звездой». Из места соединения обмоток отводится четвертый провод, называемый нулевым или нейтралью. Если происходит обрыв нулевого провода, то в сети возникает несимметрия напряжений, причем перекос напрямую будет зависеть от текущей нагрузки. Пример такой ситуации приведен ниже. В данном случае RН это сопротивления нагрузок, одинаковые по значению.
Перекос фаз, вызванный обрывом нейтрали
В данном примере напряжение на нагрузке, подключенной к фазе А, превысит норму и будет стремиться к линейному, а на фазе С упадет ниже допустимого предела. К подобной ситуации может привести перекос нагрузки, выше установленной нормы. В таком случае напряжение на недогруженных фазах повысится, а на перегруженных упадет.
К перекосу напряжений также приводит работа сети в неполнофазном режиме, когда происходит замыкание фазного провода на землю. В аварийных ситуациях допускается эксплуатация сети в таком режиме, чтобы обеспечить электроснабжение потребителям.
Исходя из вышесказанного, можно констатировать три основные причины перекоса фаз:
Несимметрия в высоковольтных сетях
Вызвать подобное состояние в сети 6,0-10,0 кВ иногда может подключенное к ней оборудование, в качестве характерного примера можно привести дугоплавильную печь. Несмотря на то, что она не относится к однофазному оборудованию, управление тока дуги в ней производится пофазно. В процессе плавки также могут возникнуть несимметричные КЗ. Учитывая, что существуют дугоплавильные установки запитывающиеся от напряжения 330,0 кВ, то можно констатировать, что и в данных сетях возможен перекос фаз.
В высоковольтных сетях перекос фаз может быть вызван конструктивными особенностями ЛЭП, а именно, разным сопротивлением в фазах. Чтобы исправить ситуацию выполняется транспозиция фазных линий, для этого устанавливаются специальные опоры. Эти дорогостоящие сооружения не отличаются особой прочностью. Такие опоры не особо стремятся устанавливать, предпочитая пожертвовать качеством электроэнергии, чем надежностью ЛЭП.
Опасность и последствия
Считается, что наиболее значимые последствия несимметрии связаны с низким качеством электроэнергии. Это, безусловно, так, но нельзя забывать и о других негативных воздействиях. К таковым относится образование уравнительных токов, вызывающих увеличение расхода электрической энергии. В случае с трехфазным автономным электрическим генератором это также приводит к повышенному расходу дизеля или бензина.
При равномерном подключении нагрузки, геометрическая сумма проходящих через нее токов была бы близкой к нулю. Когда возникает перекос, растет уравнительный ток и напряжение смещения. Увеличение первого приводит к росту потерь, второго – к нестабильному функционированию бытовых приборов или другого оборудования, срабатыванию защитных устройств, быстрому износу электроизоляции и т.д.
Перечислим, какие последствия можно ожидать, когда появляется перекос:
Не следует забывать, что перекос может создать угрозу для жизни. При превышении номинального напряжения вероятность КЗ в проводке не велика, при условии, что она не ветхая, а кабель подобран правильно. Более опасны в этом случае электроприборы, подключенные к сети. Когда появляется перекос, может произойти КЗ на корпус или возгорания электроприбора.
Защита от перекоса фаз в трехфазной сети
Наиболее простой, но, тем не менее, эффективный способ минимизировать негативные последствия описанного выше отклонения — установить реле контроля фаз. С внешним видом такого устройства и примером его подключения (в данном случае после трехфазного счетчика), можно ознакомиться ниже.
Реле контроля фаз (А) и пример схемы его подключения (В)
Данный трехфазный автомат может обладать следующими функциями:
Совместно с реле контроля фаз можно использовать трехфазные стабилизаторы напряжения, с их помощью можно несколько улучшить качество электроэнергии. Но данный вариант не отличается эффективностью, поскольку такие приборы сами могут взывать нарушение симметрии, помимо этого на стабилизаторах возникают потери.
Лучший способ симметрировать фазы – использовать для этой цели специальный трансформатор. Этот вариант выравнивания фаз может дать результаты, как при неправильном распределении однофазных нагрузок на автономный 3-х фазный генератор электроэнергии, так и в более серьезных масштабах.
Защита в однофазной сети
В данном случае повлиять на внешние проявления системы электроснабжения не представляется возможным, например, если фазы перегружены, потребители электроэнергии не могут исправить ситуацию. Все, что можно сделать, это обезопасить электрооборудование путем установки реле напряжения и однофазного стабилизатора.
Имеет смысл установить общее стабилизирующее устройство на всю квартиру или дом. В этом случае необходимо высчитать максимальную нагрузку, после этого добавить запас 15-20%.. Это запас на будущее, поскольку со временем количество электрооборудования может увеличиться.
Совсем не обязательно подключать к стабилизатору сети все оборудование, некоторые виды приборов (например, электропечи или бойлеры), могут быть подключены к реле напряжения (через АВ) напрямую. Это позволит сэкономить, поскольку устройства меньшей мощности стоят дешевле.
Перекос фаз в трехфазной сети: что это такое, причины, последствия, защита
Мы уже говорили о том как определить фазу в электросети вашего дома. Но составляя проект электроснабжения своего частного дома, особое внимание необходимо уделить равномерности распределения нагрузки между фазами электрической сети. Делается это для того, чтобы в процессе эксплуатации загородного дома не допустить перекос фаз. Вот о том, что такое перекос фаз в трехфазной сети и что происходит, если он случается, мы и поговорим в этой статье.
Перекос фаз встречается в многофазной сети переменного тока, когда амплитуды фазных напряжений (токов) не равны между собой. Причины перекоса напряжений могут быть разными, но основная из них — это не симметрия токов в сети, обусловленная неравенством нагрузки по фазам. При этом наблюдается снижение мощности трехфазных электрических приборов.
Перекос фаз в быту
Если рассмотреть перекос фаз с точки зрения эксплуатации частного дома, то может возникать риск выхода из строя или некорректной работы электроприборов с преобладающей реактивной нагрузкой. К ним относятся компрессоры холодильников, вентиляторы, приборы с простыми силовыми трансформаторными источниками питания.
Необходимо знать, что существуют разные виды перекоса в электросети. В этой статье я рассмотрю перекос фаз, вызванный неравномерным распределением внутри сетевой нагрузки.
Большинство сетей, особенно обеспечивающих электричеством поселки, предназначенные для ИЖС, являются трехфазными. Если в них нагрузка распределена неравномерно, из-за чего одна или две фазы перегружены, а третья недогружена, происходит перекос. На практике чаще всего это происходит, когда электрики неравномерно распределили однофазные нагрузки.
Наиболее часто встречаются ситуации, в которых при подключении электропитания к трансформаторам не учитывается их потребляемая мощность. Таким образом, бывает, что физически фазы имеют приблизительно одинаковое количество подключений, но вот потребляемая этими подключениями мощность существенно отличается.
Подключение на одну из фаз приборов с высокой потребляемой мощностью, неизбежно вызывает неравномерную нагрузку между фазами. То же самое можно сказать и об общественных и промышленных объектах. Во всех перечисленных случаях важно следить за равномерным распределением нагрузки между имеющимися фазами, это позволит предотвратить возникновение проблем.
Причины возникновения явления
Существует несколько причин для возникновения подобного действия. Основной причиной, когда возникает перекос, считается неправильное и неравномерное распределение нагрузки во внутренней электрической сети, когда одна фаза получает перегрузку,. Вторая и третья в результате будут работать с существенной недогрузкой.
В сети, где присутствует лишь одна фаза, нагрузка также способна возрастать. Это возникает при включении в питание большого количества бытовой техники. Тогда перекос становится заметным, так как мощность падает и приборы прекращают работать.
Из-за того, что бытовые приборы начинают работать некорректно, это может привести к их поломке. Как правило, слабым местом в большинстве устройств в этом случае считаются двигатели. Поэтому именно они и выходят из строя. Проверить где есть перекос, можно с помощью специального прибора (токоизмерительных клещей), который поможет определить, на какой цепи существует перегрузка.
Перекос фаз в трехфазной сети
Наиболее распространенную схему соединений нагрузок в трехфазной сети, называемой «звездой», которую дополняют нейтральным проводом, подключенным к центральной точке и электрически связанным с заземлением. Для простоты понимания трехфазную электрическую сеть можно представить с помощью равностороннего треугольника с нейтральной точкой в его середине. Треугольник визуализирует работу силового трансформатора на подстанции, которая установлена в каждом поселке и предназначена для равномерного распределения электричества по всем потребителям. Обозначив вершины треугольника точками A, B, C а середину N (нейтраль), можно составить формулу напряжений и зависимость между ними:
При этом напряжения AB, BC, CA в 1,73 раза больше напряжений AN, BN, CN.
Трехфазный генератор, который используется для питания всех бытовых приборов и промышленных сетей, должен обеспечивать эти уровни напряжений в широком диапазоне нагрузок.
Как измерить напряжение
Измерить силу тока проводника можно при помощи специального индикатора. Его можно приобрести по доступной цене в любом месте, где продаются электротовары. Также можно обзавестись специальным счетчиком, который ведет учет не только потраченному электричеству, но и цифрам напряжения жил.
Определить изменение напряжения можно также по следующим признакам:
Последний признак очень опасен. При выявлении щелчков необходимо как можно быстрее вызвать аварийную службу и ни в коем случае не пытаться открыть щиток самостоятельно.
Что происходит при перекосе фаз
Прежде всего, во время перекоса наблюдается неравномерная нагрузка на фазы. При этом на перегруженной фазе напряжение падает ниже нормы, а на недогруженной происходит скачок напряжения, превышающий допустимые показатели, при этом линейное напряжение остается постоянным. В результате, электрические приборы могут выйти из строя, особенно, если в них нет стабилизатора напряжения. Это вызвано тем, что отдельные приборы могут: либо недополучать требуемой мощности, либо получать ее с избытком. Особенно такое положение опасно для мощных приборов, например, водонагревателей, скваженных насосов, электрокотлов и т.д..
Использование во благо
«Просадку» напряжения можно использовать во благо. По сути, это дармовое электричество, которое в единичных случаях учитывается счетчиками.
Схема с трансформатором от телевизора
Получить бесплатное электричество можно по следующей схеме:
Схема работает на трансформаторе от телевизора, поскольку его вторичная обмотка имеет низкое напряжение — от 3 В до 9 В. Тем не менее, при установке должны быть соблюдены все меры предосторожности по работе с электрическим током.
Сколько электричества можно получить?
В среднем таким способом человек экономит до 10 В. Но некоторые умельцы дополнительно устанавливают повышающий трансформатор, после чего напряжение может вырасти до 100 В, а то и до 220 В. Этого достаточно, чтобы получить совершенно бесплатный светильник.
Как отреагирует счетчик
«Просадку от перекоса» могут уловить далеко не все счетчики. Это под силу только двухшунтовым измерителям. Они характеризуются наличием сразу двух измерительных элементов, которые считают напряжение на фазовом и нулевом проводах. Большинство же пользователей имеет одношунтовые счетчики, единственный измеритель которого считает только фазу. Поэтому на «просадку» на нуле он не отреагирует.
Что говорит закон и меры предосторожности
Снимать лишнее напряжение с нулевого проводника не является нарушением закона. Сотрудники электросетей не преследуют таких пользователей и не наказывают их.
Все работы необходимо проводить исключительно при отключенном электроснабжении. Это касается даже манипуляций с нулевой жилой.
Во время применения схемы рекомендуется установить между нулем и трансформатором от телевизора хотя бы предохранитель, а лучше — автомат на 10-15 А. Они уберегут конструкцию от возгорания в случае замены нулевого проводника на фазовый либо при обрыве нуля.
Явление «перекоса фаз» происходит вследствие повреждения нулевого проводника. Само по себе оно небезопасное, но если подойти к проблеме с умом, можно экономить до 220 В электроэнергии.
Как исправить перекос фаз
Предотвратить негативные последствия для оборудования от перекоса между фазами позволяет трехфазный стабилизатор. Еще его часто называют трансформатор для выравнивания перекоса фаз. В отличие от бытовых стабилизаторов напряжения, фазные стабилизаторы устраняют асимметрию путем усиления или перераспределения нагрузки. Применение этого прибора позволит исключить случаи, когда из-за превышения потребления мощность на одной фазе автоматически отключается электричество во всем доме.
В принципе, функцию многофазного симметрирующего стабилизатора может выполнять сборка из трех однофазных стабилизаторов напряжения. Совместное использование трех стабилизаторов может сулить существенную выгоду. Принцип действия трехфазного прибора заключен в том, что он имеет одно устройство запаса и преобразования энергии, в роли которого выступает импульсный трансформатор. Если сказать проще, здесь однофазный стабилизатор, установленный на наиболее просаженной фазе, вынужден компенсировать повышение напряжения за счет увеличения потребляемой мощности, что сопровождается сильным снижением КПД преобразователя.
Трехфазные же стабилизаторы берут необходимую для выравнивания мощность от фаз, на которых напряжение выше номинального, за счет этого размер потерь на преобразование значительно ниже. При этом происходит дополнительная нагрузка на ненагруженные фазы, то есть стабилизируется не только потребительская, но и частично питающая сеть. Наличие общего инвертора также позволяет поддерживать трехфазную сеть при временном отсутствии напряжения на одной из фаз питания.
Опасность и последствия перекоса
Чем опасен перекос фаз в электросети? Условно негативные моменты можно разделить на три группы:
Из-за того что электроэнергия распределяется по проводникам неравномерно, в электросети значительно увеличивается потребление электричества. Трехфазная сеть, у которой образовалась несимметрия, может снизить срок эксплуатации электроприборов и бытовой техники.
Если это автономная электростанция, то расход масла и топлива при такой ситуации значительно увеличивается, а генератор может сломаться. В случае, когда одна фаза получает больше напряжения, чем две другие, электробезопасность нарушается. А это может привести к различным электротравмам, а также к возгоранию электрических бытовых приборов и самой проводки.
Как видно последствия такого явления значительные и их решение и устранение может привести к большим материальным затратам. Для того чтобы избежать подобной неприятной ситуации, следует заранее принимать определенные меры.
Защита от перенапряжений для однофазных подключений
Как же быть потребителям с однофазным подключением? К сожалению, повлиять на вероятность возникновения перекоса и вызванного им повышения напряжения не представляется возможным. Такие явления периодически случаются, всему виной недостаточная оснащенность магистральных сетей, отсутствие работ по прогнозированию нагрузок и плохое техническое состояние электрических сетей.
Но защитить собственное электрическое хозяйство все же можно. Простейший способ — установка реле напряжения, которое отключит потребители при скачке напряжения. Если даже временное отсутствие электроснабжения недопустимо, существует два способа защиты от перекоса фаз: установка однофазного стабилизатора или оснащение вводно-распределительной группы АВР с автономным источником питания.
Все же, идеальным вариантом является планирование всех мощностей на начальном этапе проектирования дома, таким образом можно заранее равномерно распределить нагрузку между фазами, предотвратив тем самым перекос. Если дом уже эксплуатируется, можно замерить напряжение на каждой фазе по отдельности, для этого используется вольтметр и при необходимости сделать перераспределение мощностей.
В следующей статье я расскажу, что делать если ваш сайт заражен вирусом.
РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:
Меры защиты
Для того чтобы трехфазная сеть работала симметрично и напряжение на каждой цепи было в норме, следует использовать специальные приборы. Чаще всего выполняют установку стабилизатора напряжения. В быту используются однофазные устройства, которые способны защитить электроприборы и технику. А в промышленности применяется трехфазный стабилизатор, который состоит из трех однофазных устройств. Но полностью устранить перекос такие защитные устройства не могут, так как за ними закреплена только одна фаза и они выравнивают напряжение только в ней.
Поэтому трехфазная сеть не может полностью защититься от подобного явления стабилизаторами, а также ликвидировать их причину и последствия. Бывают случаи, когда эти устройства сами являются причиной неравномерного и неправильного распределения энергии. Исправить подобную проблему можно благодаря альтернативной технологии, которая способна выравнивать напряжение на всех фазах цепи.
Трехфазная сеть защищается от несимметрии такими способами:
Таким способом перекос в трехфазной электросети можно исключить и защитить свои электрические приборы от поломки. Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:
Вот мы и рассмотрели, чем опасен перекос фаз в трехфазной сети и как защититься от этого явления в домашних условиях. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!
Будет полезно прочитать:
Одним из выдающихся благ цивилизации является электричество. Благодаря тому, что это открытие в наше время так распространено, жизнь общества в целом, и каждого человека в отдельности, значительно упростилась и стала более комфортной.
Вместе с тем, время от времени, в электросети могут возникать трудности, требующие решения. Одной из проблем многих частных владений, общественных заведений и производственных мощностей является перекос фаз.
Суть понятия
Фаза — это электрическая цепь с некоторым значением синусоидальной электродвижущей силы.
Трёхфазная цепь, в свою очередь, состоит из трёх электрических цепей, которые владеют синусоидальной электродвижущей силой с одинаковой амплитудой и частотой тока.
Трёхфазная сеть состоит из трёх синусоидальных токов или напряжений, которые имеют одну частоту и сдвинуты по фазе на угол, равный 120 градусам.
Если потребителей электрической энергии подключить к фазам сети неравномерно — например, большинство сосредоточить в одной, а в двух других их будет гораздо меньше — это приведёт к асимметрии напряжения. При этом в трёхфазных четырёхпроводных сетях несимметричность параметров будет менее заметна, так как нулевой провод выравнивает неравномерность напряжения по фазам.
Так как на практике добиться идеальной симметричности невозможно, некоторое отличие значений напряжений является допустимым. Значения токов в каждой из фаз могут отличаться не более, нежели в три раза (а именно 30%) в распределительных щитах. Во вводных панелях распределительных устройств разница параметров должна отличаться не более чем в 6,5 раз (15%).
Какие значения электроэнергии будут допустимыми?
В ПУЭ и ГОСТах указаны допустимые значения, при которых гарантируется требуемое качество поставляемой энергии. Есть перечень величин соотношения между токами проводников с минимальной нагруженностью и наиболее нагруженными элементами. Такие показатели являются установленной нормой – для распределительных щитов данное значение допускается до 30%, и 15% – такое соотношение будет регламентируемым в панелях ВРУ. Перекос фаз по обратной последовательности должен соответствовать п. 5.5 ГОСТа – 2%, а по нулевой допустимым остается предел в 4%.