Fase-onbalans: oorzaken en bescherming

Noch huishoudelijke apparaten, noch productieapparatuur kunnen werken zonder een stabiele stroomvoorziening. Onbalans in belasting en spanning of fase-onbalans is de belangrijkste oorzaak van storingen en uitval. Dit fenomeen kan en moet worden bestreden, waarvoor een uitgebreid begrip van de regels voor de werking van een driefasig elektrisch netwerk vereist is.

Fase-onbalans: oorzaken en bescherming

Een excursie in de theorie van elektrotechniek

Het driefasige AC-systeem werd meer dan een eeuw geleden in de industrie geïntroduceerd, praktisch in de vorm waarin het tot op de dag van vandaag bewaard is gebleven. De belangrijkste ontwikkelaar van het driefasige netwerk is Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, een huiswetenschapper die de ideeën van Nikola Tesla als basis nam voor zijn ontwikkelingen.

Fase-onbalans: oorzaken en bescherming

De voordelen van een driefasennet zijn duidelijk: als tijdens de rotatie van het magnetische veld een stroom symmetrisch en consistent verschijnt op de driepolige wikkeling van de generator, kan zijn vorm gemakkelijk worden gebruikt om de omzetting van elektrische energie in rotatie om te keren. In het tijdperk van de ontwikkeling van wetenschappelijke en technologische vooruitgang was het vermogen om vrijelijk elektrische machines te gebruiken buitengewoon belangrijk, en dat blijft zo..

Fase-onbalans: oorzaken en beschermingGegarandeerde voedingseenheid AGM-7.5

Het driefasige voedingssysteem is echter niet zonder nadelen. De spanningen in elk van de fasen zijn onderling verbonden door de symmetriecoëfficiënt. In een driefasig netwerk worden twee soorten elektrische spanningen onderscheiden: lineair, werkend tussen fasen en fase, die wordt gemeten tussen de fase en de neutrale draad. Als de belasting op elke fase hetzelfde is (symmetrisch), is de lijnspanning v3 maal de fasespanning. Aangezien de omkering van de spanningspolariteit op elke fase afwisselt met de rest en gedeeltelijk in de tijd overlapt, leidt aanzienlijke ongelijkheid in de verdeling van belastingen tot een onstabiele werking van het hele systeem.

Oorzaken en gevolgen van fase-onbalans

Wanneer asymmetrie van de belasting optreedt, is er een verlies van fasespanning in een van de fasen, terwijl de lijnspanning constant blijft. Het circuit, volgens welke driefasige belastingen zijn aangesloten, kan worden beschouwd als een spanningsdeler: de daling in de meest belaste fase zal maximaal zijn vanwege de lage weerstand, terwijl bij de minst belaste fasen de spanning zal stijgen en neigen naar lineair. Met andere woorden, de spanning over de fasen wordt proportioneel verdeeld over de aangesloten belasting.

Fase-onbalans: oorzaken en bescherming

We zien dit in huishoudelijke elektriciteitsnetten: alle verbruikers zijn aangesloten op verschillende fasen, maar er is geen garantie dat met een strikte individualiteit van de bedrijfsmodi en het vermogen van elektrische apparatuur, de belasting gelijkmatig zal worden verdeeld. Daarom wordt het meest gebruikelijke schema voor het aansluiten van belastingen in een driefasig netwerk, een “ster” genoemd, aangevuld met een neutrale draad die is verbonden met een centraal punt en elektrisch is verbonden met het aardingssysteem. Dankzij deze toevoeging wordt het effect van ongebalanceerde belastingen op fasespanningen aanzienlijk verminderd, terwijl de egalisatie-efficiëntie sterk afhankelijk is van de geleidbaarheid van de nulleider..

Fase-onbalans: oorzaken en bescherming

Als de geleidbaarheid onvoldoende is of de nulgeleider wordt afgesneden, neemt de onbalans in de belasting weer toe en ontstaat er een ongelijke verdeling van fasespanningen. Deze manier van werken van het elektriciteitsnet heeft ernstige gevolgen: met een toename van de spanning bij elke actieve verbruiker neemt de stroomsterkte toe tot aan de grenswaarden, werken capacitieve filters van stroomomzettingsapparaten niet, neemt de kans op isolatiedoorslag toe, oververhitting en een toename van parasitaire stromen worden waargenomen in driefasige motoren. Een nulbreuk in het stadsnetwerk zal zeker schade toebrengen aan elektrische apparaten die zijn aangesloten op een onbeschermd filiaal, ook al werken ze op dit moment niet. Vaak is schade aan apparatuur onomkeerbaar, bovendien neemt de kans op brand aanzienlijk toe. Fase-onbalans heeft ook een negatief effect op driefasige voedingen – step-down vermogenstransformatoren en driefasige generatoren..

Herstel van neutrale draad

Om elektriciteit over lange afstanden over te brengen, worden kolossale spanningen gebruikt, waardoor het mogelijk is om de doorsnede van geleiders tot redelijke waarden te verkleinen. Als we de consument benaderen, is er een stapsgewijze afname van de spanning met behulp van stroomtransformatoren en een geleidelijke vertakking van het elektriciteitsnet. Het is niet nodig om de transformatoren met een nulleider te verbinden, zo’n prachtige geleider als de aardkorst kan deze taak perfect aan. Daarom kan een nulbreuk alleen optreden in de laatste fase van de transformatie: een 6-0,4 kV step-down onderstation of op elk punt van het laagspanningsdistributienetwerk.

Fase-onbalans: oorzaken en bescherming

Om erachter te komen waar een breuk in de neutrale draad mogelijk is, gaan we naar een klassiek voorbeeld: een driefasig voedingsnetwerk van een flatgebouw. Een drie-aderige kabel en een common ground-bus kunnen worden gelegd in het technische kanaal dat de vloeroppervlakken verbindt. Het is ook mogelijk om de neutrale bus aan te sluiten op de aardlus van het onderstation met behulp van de vierde ader van de kabel. In bijna alle gevallen is het vrij eenvoudig om de locatie van de onderbreking te bepalen, het volstaat om het elektrische potentieel tussen de nulbus en de aarde te meten met een voltmeter. Als het apparaat waarden vertoont die dicht bij de afwijking van de fasespanning van de norm liggen, moet de plaats van de schade eerder worden gezocht volgens het schema, in de richting van het onderstation.

Fase-onbalans: oorzaken en bescherming

De situatie is anders met bovengrondse hoogspanningslijnen. De neutrale draad volgt samen met de fase-draden over de gehele lengte van het distributienetwerk, beginnend bij het onderstation of de transformator. Natuurlijk zal niemand onafhankelijk de spanning meten tussen de neutrale geleider en de aarde op elke pool van de bovengrondse transmissielijn. De breuk kan alleen visueel worden bepaald, en nog beter – door de krachten van hulpverleners. Bovendien merken we op dat het geen zin heeft om de neutrale geleider onafhankelijk te aarden in uw verantwoordelijkheidsgebied, omdat in dit geval het ontladen van het hele netwerk plaatsvindt langs de geleider van de consument, wat betekent dat de stroom door de meter zal stromen.

Fasestabilisatoren van de omvormer

Niet alleen verbruikers met een enkelfasige aansluiting, maar ook driefasige abonneenetwerken, waaronder industriële, lijden onder de asymmetrie van spanningen en stromen. Een van de meest effectieve manieren om het probleem met fase-onbalans op te lossen, is door een fasestabilisator te installeren. In tegenstelling tot conventionele spanningsstabilisatoren in huishoudens, elimineren fasestabilisatoren asymmetrie door de belasting te versterken of opnieuw te verdelen..

Fase-onbalans: oorzaken en bescherming

In feite kan de functie van een meerfasige balanceringsstabilisator worden uitgevoerd door een samenstel van drie enkelfasige spanningsstabilisatoren. Als drie apparaten echter tot één worden gecombineerd, kan dit aanzienlijke voordelen opleveren. Het werkingsprincipe van een driefasig apparaat ligt in het feit dat het één opslag- en energieomzettingsapparaat heeft, in de rol van een pulstransformator. Kortom: een enkelfasige stabilisator geïnstalleerd op de meest doorzakkende fase wordt gedwongen om de toename van de spanning te compenseren door het stroomverbruik te verhogen, wat gepaard gaat met een sterke afname van het rendement van de omzetter.

Op hun beurt halen driefasige stabilisatoren de energie die nodig is voor egalisatie uit fasen waarin de spanning hoger is dan de nominale spanning, waardoor de hoeveelheid conversieverliezen veel lager is. In dit geval wordt een extra belasting op de onbelaste fasen uitgevoerd, dat wil zeggen dat niet alleen de consument, maar ook gedeeltelijk het voedingsnetwerk wordt gestabiliseerd. De aanwezigheid van een gemeenschappelijke omvormer stelt u ook in staat om een ​​driefasig netwerk te onderhouden met een tijdelijk gebrek aan spanning op een van de vermogensfasen.

Fase-onbalans: oorzaken en beschermingDriefasige spanningsstabilisator FNEX SBW 100

Niet zonder gebreken. Allereerst zijn dit de complexiteit van het apparaat en de hoge kosten van driefasige stabilisatieapparaten. Voor het grootste deel worden fasestabilisatoren gebruikt in de stroomvoorziening van kleine ondernemingen die zijn uitgerust met elektrische apparatuur met een totaal stroomverbruik van maximaal 80-100 kVA: ketelhuizen, basisstations voor mobiele communicatie, meubelwinkels. Voor krachtigere consumenten zijn er andere stabilisatiemethoden beschikbaar.

Transformatoren in evenwicht brengen

Een ander type apparaat voor het stabiliseren van stromen en spanningen zijn balun-transformatoren. Ze hebben een groter vermogensbereik. Voor netwerken met een stroomverbruik tot 400 kVA, wordt het aanbevolen om laagspanningstransformatoren van het type TST te installeren, voor krachtiger – balancerende transformatoren 6 / 0,4 kV van het type TMGSU.

Fase-onbalans: oorzaken en bescherming

Beide typen transformatoren verschillen van conventionele vermogenstransformatoren doordat ze een extra wikkeling hebben. Het bevindt zich parallel aan de primaire wikkelingen en is verbonden tussen de werkende nul en de aardlus van het middelpunt van de transformator. Het werkingsprincipe is eenvoudig: wanneer een asymmetrie van de belastingen in de neutrale draad optreedt, ontstaat er een stroom die wordt overgebracht naar de magnetische kern van de transformator en vervolgens de meest belaste fase omhoog trekt. De compensatie wordt automatisch uitgevoerd vanwege het verschil in de oscillatieperioden van verschillende fasen.

Fase-onbalans: oorzaken en bescherming

TMGSU-transformatoren verschillen praktisch niet van laagspanningsbaluns. Door de fasebalansinrichting op de verlaagde transformatietrap te plaatsen, is het eenvoudig mogelijk om een ​​extra transformatieketen uit te sluiten en dienovereenkomstig extra verliezen in het magnetische circuit te vermijden. Eenvoud, betrouwbaarheid en lage kosten maken van balun-transformatoren de beste oplossing voor netwerken met lage eisen aan sinusvormige zuiverheid. Transformatoren hebben echter niet zo’n breed scala aan beveiligings- en stabilisatiefuncties als apparaten van het invertertype..

Overspanningsbeveiliging

Hoe zit het met consumenten met een enkelfasige aansluiting? Helaas is het niet mogelijk om op de een of andere manier invloed uit te oefenen op de kans op onbalans en de resulterende toename van de spanning. Dergelijke verschijnselen komen regelmatig voor, de fout zit in de ontoereikende uitrusting van de hoofdnetwerken, het gebrek aan werk bij het voorspellen van de belastingen en de betreurenswaardige technische toestand van elektrificatiesystemen.

Fase-onbalans: oorzaken en bescherming

U kunt echter nog steeds uw eigen elektrische voorzieningen beschermen. De eenvoudigste manier is om een ​​spanningsrelais te installeren, dat de voeding van het object uitschakelt wanneer de maximale bedrijfsparameters in het netwerk verschijnen. Als zelfs een tijdelijk gebrek aan stroomvoorziening op de faciliteit onaanvaardbaar is, zijn er twee manieren om te beschermen tegen fase-onbalans: het installeren van een enkelfasige stabilisator of het uitrusten van de input-distributiegroep van automatische omschakelaars met een autonome stroombron.

Beoordeel dit artikel
( Nog geen beoordelingen )
Commentaar toevoegen

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Fase-onbalans: oorzaken en bescherming
Trends voor straatverlichting en tuinmeubelen 2020