Асимметрия фаз что это такое простыми словами
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.
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 — чем опасен и когда возникает
Классическая электрическая сеть до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью в идеальном состоянии может быть изображена в виде равностороннего треугольника. Каждая вершина фигуры – фаза А, В или С, а расстояние между ними – векторы линейного напряжения 380 В. В центре треугольника располагается нейтраль N, и расстояния от неё до каждой из фаз также одинаковы. Когда модули данных векторов отличаются, возникает негативное для электротехники явление – перекос фаз. То есть, если значение фазного напряжения по векторам AN, BN и СN составляет не 220 В, а, например, 200, 180 и 240 В, это говорит о нестабильной работе контура. Подобное состояние сети опасно не только для электрического оборудования, но и для человека, который его эксплуатирует.
Что такое перекос фаз
Перекос фаз – это такое состояние электрической сети, состоящей из нескольких фаз, при котором модули напряжений фазных токов, а также углы между их векторами имеют разные значения. Такое явление вызывает асимметрию токов и нестабильную работу всей сети, когда линейные напряжения остаются константами, а фазовые имеют переменные значения.
В чём опасность перекоса фаз
Перекос напряжения по фазам, причины которого заключаются в неправильном подключении оборудования, является неблагоприятным явлением. Это вызывает резкое снижение качества электроэнергии и эффективность работы включённых в сеть потребителей. Асимметрия фаз может вызвать следующие негативные последствия:
Помимо перечисленных последствий, большая разница в напряжениях между фазами и нейтралью может привести к возникновению короткого замыкания. Последствия данного явления непредсказуемы – от штатного срабатывания УЗО до выгорания проводки и электрических частей оборудования, вплоть до возникновения пожара.
Допустимые нормы напряжения в трёхфазной сети
Идеальная симметрия распределения напряжения между фазами и нейтралью при работе сети невозможно. В связи с этим, согласно ГОСТ 13109-97, допускаются следующие отклонения:
Большинство современных электроприборов имеют внутреннюю защиту, либо стабилизаторы, позволяющие исключить поломку при асимметрии в пределах нормативных значений.
Признаки нестабильной работы электрических приборов, вызванные перекосом фаз
Определить признаки перекоса фаз в сети можно невооружённым глазом. Как правило, электрооборудование сразу даёт знать об асимметрии распределения напряжений между фазами:
Что касается работы сложных электронных приборов – телевизоров или компьютерной техники, при перекосе фаз они и вовсе могут не подавать признаков жизни, не реагировать на включение питания.
Негативные последствия перекоса
Перекос фаз в трехфазной цепи, влекущий неравномерное распределение напряжений, является негативным фактором для работы всей сети. При возникновении подобного явления, наблюдается ряд неблагоприятных последствий:
Перекос фаз является аварийной ситуацией, и, при возникновении данного явления необходимо предпринять срочные меры по его устранению.
Неравномерное подключение нагрузки
Перекос фаз вызывается неравномерным подключением нагрузки при сборке цепи. Как правило, это свидетельствует о низкой квалификации монтажника и совершении грубых ошибок:
Все перечисленные ошибки неизбежно влекут за собой перекос фаз с негативными последствиями для оборудования. Если на одной из кабельных жил трёхфазной сети наблюдается снижение напряжения, то остальные провода находятся под действием повышенной нагрузки, что и приводит к асимметрии.
Импульсные блоки питания
Многие производители, выпускающие высокотехнологичное оборудование со сложной электроникой, пытаются избежать риска перекоса фаз путём включения в цепь импульсных блоков питания. Данные устройства позволяют добиться определённых эффектов, положительно влияющих на работу оборудования:
Каждый компьютер, телевизор или бытовой электроприбор, оснащённый электронной микросхемой, снабжается импульсным блоком питания, что позволяет существенно продлить их ресурс и исключить сбои в работе.
Методы защиты
На практике существует несколько способов защиты оборудования от перекоса фаз в электрической сети:
При устройстве протяжённой сети с приборами, работающими одновременно, лучшим решением избавиться перекоса фаз будет устройство трансформатора, способного одновременно стабилизировать работу сети и выдавать нужные параметры тока.
Обрыв нейтрального проводника
Обрыв нейтрального проводника является самой явной и частой причиной возникновения перекоса фаз. Данное явление относится к аварийному состоянию и характеризуется следующими особенностями:
При обрыве нейтрального проводника в щитке должен немедленно сработать автомат аварийного отключения питания. Для возобновления нормальной работы схемы требуется срочно устранение неполадки.
Последствия обрыва нулевого проводника
При обрыве нулевого проводника, как правило, возникают следующие неблагоприятные последствия:
Самые тяжёлые последствия обрыва нулевого провода при отсутствии заземляющего кабеля наблюдаются, когда возникает КЗ, и проводниковые части оборудования находятся под напряжением. В таких ситуация возрастает риск поражения электрическим током, что влечёт за собой угрозу здоровью.
Методы защиты
Чтобы избежать обрыва нулевого проводника или обеспечить должную защиту, следует провести следующие мероприятия:
Таким образом, чтобы избежать аварии, требуется уделить повышенное внимание качественному монтажу, установке дополнительных защитных устройств, а также периодически проводить контрольные и профилактические работы электрической цепи.
Причины перекоса фаз в однофазной сети
Перекосу фаз способствуют несколько причин, которые классифицируются на внутренние, связанные с работой сети и внешние:
Чаще всего, причиной перекоса фаз и необходимостью установки защитных устройств являются комбинации внешних и внутренних факторов. Это требует комплексного обследования всей кабельной линии при возникновении неисправности.
Защита от перекоса фаз в однофазной сети
Для обеспечения защиты перекоса фаз в однофазной сети необходимо обеспечить включение в цепь следующих устройств:
В отдельных случаях допускается применение конденсаторов с переменной ёмкостью и малой проводимостью тока.
Устранение перекоса фаз
Перекос фаз может быть устранён несколькими методами. Исправление данного негативного явления путём включения в сеть дополнительного оборудования менее эффективно, изначально выбранное корректное подключение:
При выполнении всех приведённых выше условий, перекоса фаз можно избежать, если проблема не будет касаться внешних факторов и проблем с функционированием высоковольтной сети.
Причины перекоса фаз в трехфазной сети
Определить причину перекоса фаз в трехфазной сети очень просто для этого необходимо проверить оборудование на наличие одной из трёх возможных неисправностей, связанных с возникновением асимметрии и скачками напряжения:
При выявлении любой из перечисленных выше причин, необходимо устранить проблему для нормальной работы всех электрических приборов, включённых в сеть.
Защита от перекоса фаз в трехфазной сети
Для обеспечения защиты от перекоса фаз до возникновения негативных необратимых последствий, следует провести ряд профилактических мероприятий:
Для обеспечения бесперебойной работы сети на весь период эксплуатации, следует установить трансформатор, обеспечивающий симметрию распределения нагрузок, вне зависимости от количества и мощности потребителей.
Устранение перекоса фаз в трехфазной сети
Чтобы устранить перекос фаз в трёхфазной сети, необходимо последовательно выполнить определённые шаги:
Для устранения последствий перекоса, требуется установка автоматов с корректно подобранными параметрами.
Расчет перекоса фаз
Расчёт перекоса фаз можно выполнить в одно действие по формуле:
Umin – минимальное напряжение на одной из фаз,
Umax – максимальное напряжение на противоположной фазе.
Является безразмерной величиной, который определяется в % от номинального значения напряжения в сети.
Допустимый перекос по фазам ПУЭ
Согласно ПУЭ, которые являются нормативной документацией, допустимый перекос фаз в трехфазной сети составляет следующие величины:
При выявленных отклонениях в пределах указанных диапазонов, эксплуатация электроустановок не влечёт за собой поломку оборудования и исключает КЗ, что снижает риск поражения током. Допустимый перекос фаз по току ПУЭ сравнивается с фактическим показателем на основании проведённых замеров, что позволяет дать заключение о работоспособности сети.
Заключение
Перекос фаз в трехфазной сети – это негативное явление, возникающее при некорректном распределении нагрузок между глухозаземлённой нейтралью и фазным кабелем. Как правило, причиной таких неполадок может быть неправильная сборка цепи и пренебрежение коэффициентом совместного использования оборудования, включенного в неё. Все работы по подключению необходимо вести в строгом соответствии с проектом, а в сеть интегрировать стабилизирующие устройства. Для устранения перекоса фаз следует изменить схему подключения сети, либо установить на вводе специальный трансформатор.
Асимметрия фаз что это?
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.
Электролаборатория » Вопросы и ответы » Какие нормы на перекос фаз?
Настоятельно рекомендуем избегать перекоса фаз на строящихся объектах, и особенно на объектах, которые реконструируются. Очень просто этого избежать ещё на стадии проектирования, когда проектировщик исходя из данных мощностей электрооборудования, распределяет нагрузки равномерно. Бывают случаи, когда расчёты оказываются неверными по тем или иным причинам и происходит перекос фаз. Нужно очень внимательно следить за соблюдением нормативных документов для исключения аварийных ситуаций.
Баланс нагрузок между фазными проводниками питающей сети зданий общественного назначения должно быть распределено таким образом, чтобы соотношение между токами наиболее загруженных и наименее загруженных фазных проводников не выходило за пределы 30% в распределительных щитах или щитках и 15% в панелях ВРУ. Прочитать данный норматив вы можете в СП 31-110, редакции 2003 года, пункт 9.5.
Так-же рекомендуем Вам ознакомиться с ГОСТ 13109-97 — О КАЧЕСТВЕ ЭЛЕКТРО ЭНЕРГИИ, п.п 5.5. В этом пункте говорится о несимметрии напряжений (в простонародии «перекос фаз») характеризующиеся следующими показателями: 1. коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности; 2. коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности. Допустимые значения коэффициента несимметрии напряжений равны 2,0 и 4,0 % соответственно.
Это касается всех, кто не доволен низким напряжение в сети, в следствии чего, горение светильников происходит в пол накала, скачками напряжения выражающимися кратковременными вспышками тех-же светильнов. Эти признаки очень часто встречаются в дачных кооперативах, садовых товариществах и деревнях. Если вас тревожат данные проблемы обращайтесь в электролабораторию и мы поможем их решить.
Основным и практически единственным способом проверить и определить перекос фаз является измерение токов на фазных проводниках в ВРУ или распределительных щитах. Данное измерение проводится токовыми клещами, например, наши инженеры пользуются цифровыми клещами токоизмерительными CMP-1. Они точные и очень удобны своим маленьким размером, позволяющим подлезть к любому проводнику в стеснённых условиях. Необходимо при максимально полной нагрузке измерить протекающий ток и сравнить показания. Эти показания не должны отличаться на 15% в ВРУ и на 30% в распределительных щитах.
Внимание: перекос фаз может повлиять на работоспособность бытовой техники и даже вывести её из строя!
Важным параметром фаз является правильное чередование. Соблюдение правильности чередования фаз важно в случаях подключения электродвигателей. При нарушении чередования фаз, двигатель может вращаться в обратную сторону или выйти из строя. Проверить чередование фаз можно прибором TKF-11.
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.
Перекос фаз и чем он опасен. Его суть и какие приборы обеспечивают защиту
Приветствую, дорогой читатель! Спасибо, что проявили интерес к моему дневнику…
Перекос фаз в электросети возникает при неравномерном распределении потребителей энергии и обрыве нулевого провода. Для предупреждения аварийной ситуации и устранения опасности следует придерживаться выверенных рекомендаций и использовать специальные приборы.
В примитивном виде электросеть можно представить в виде генератора, от которого электричество поступает по двум проводам. Нагрузкой могут быть лампочки, электродвигатели и другие устройства.
Наглядным примером может служить, например, однофазный бензоэлектрический агрегат, используемый как аварийный источник электроэнергии. С появлением трехфазного электричества простейшая схема электросети усложнилась.
Родоначальником электрической сети из 3-х фаз считается Доливо-Добровольский. Ее предложил русский ученый в 1891 году. С тех пор в электроэнергетике наблюдается небывалый прорыв. В ближайшем будущем отсутствует какая-либо тенденция ее замены.
Изначально электросеть с тремя фазами создавалась как источник питания для соответствующих нагрузок. В частности, она неплохо согласуется с электродвигателями, когда все три напряжения одинаковы.
Подключение однофазных нагрузок, например, лампочек и компьютеров, к трехфазной сети создает ситуацию, когда разности потенциалов могут стать уже не одинаковыми, и возникает перекос фаз.
Напряжения в трехфазной сети
Вначале перед тем, как перейти к рассмотрению вопроса о перекосе фаз и к какой опасности он приводит, не лишним будет напоминание о видах напряжений, существующих в трехфазной сети, и некоторых других нюансах.
Разность потенциалов (токи) рассматриваемой сети, по отношению к активной нагрузке, сдвинуты по циклу на 120 градусов. Между любыми двумя фазами присутствует линейное напряжение, величина которого составляет 380 В. Провод любой из них, по отношению к нулевому проводу, имеет значение 220 В, которое называется фазным напряжением.
Для подключения линейного напряжения используются любые другие цвета, кроме отмеченных двух. В зависимости от производителя кабелей набор цветных проводников, подключаемых к фазным шинам, может варьироваться в различных сочетаниях.
Если потребитель электроэнергии нуждается в однофазном напряжении, то он аналогично и называется. К нему подводится как минимум два провода: от нейтрали и провода фазного напряжения (220 В), не считая «земляной» шины. Потребители электроэнергии считаются трехфазными, если для питания требуют разность потенциалов 380 вольт.
Если суммарная мощность электроэнергии составляет меньше 10 кВт, то к таким потребителям, по большей части, подводят однофазное напряжение. Когда в дом введено такая разность потенциалов и нейтральный проводник, то следует обязательно позаботиться об оборудовании надежного контура заземления. Иначе, вероятная возможность фазового перекоса может вызвать необратимые последствия с печальным исходом.
О перекосе фаз «на пальцах»
Перекос напряжений в первом приближении можно сопоставить с шариком, который положен на рычажные весы с коромыслом. Вес шарика можно отождествить с потребляемой мощностью.
В состоянии равновесия шарик будет находиться посредине. Если же коромысло наклонится, то шарик начнет скатываться. Чем ближе шарик к концу коромысла, тем труднее восстановить равновесие таких весов.
В трехфазной электросети относительно перекоса складывается примерно такая же ситуация. С одной стороны, проблема осложняется тем, что вес шарика неизвестен, и он к тому же движется. С другой стороны, у весов коромысло уже с тремя плечами.
Поэтому, по какому коромыслу покатится шарик не понятно. Если вовремя шарик не остановить, то он с конца коромысла упадет на чашу весов, и без вмешательства извне установить весы в равновесие не удастся.
Для выравнивания разности потенциалов в трехфазную сеть был добавлен дополнительный провод, который назвали нулевым или «нейтралью». Величина тока, присутствующая в нейтральной шине, осуществляет компенсацию разности токов отдельных фаз, которые могут существенно отличаться своими значениями. Вследствие этого выравнивается фазовая разность потенциалов.
На графике этот процесс можно изобразить, например,так:
Линии зеленого цвета показывают состояние равновесия. Красным цветом отображены примерные изменения напряжения, которые могут возникнуть при перекосе напряжений в случае трехфазной сети.
Как создается перекос фаз?
Трехфазная электросеть включает в себя высоковольтную и низковольтную части. На границе разделения этих частей сети устанавливаются, как правило, электрические подстанции с трехфазными трансформаторами, которые понижают высоковольтное напряжение.
В первой половине сети перекос напряжений в принципе, нереален, потому что все три фазные шины нагружены равномерно. Поэтому электроэнергия передается по трем проводам, надобность в четвертом дополнительном проводнике отпадает, что составляет существенную экономию.
Электрическая подстанция распределяет энергию между потребителями. В этой части электросети используются напряжения до 1 тысячи вольт.
Чаще всего аварийная ситуация в виде перекоса напряжений возникает именно в этой части, когда подключаемая нагрузка распределена между фазными шинами неравномерно или при обрыве нулевого проводника. Она объясняется особенностями распределения мощности между однофазным электрооборудованием.
Неравномерное подключение нагрузки
Подавляющая доля мощности электросети потребляется практически трехфазными нагрузками, в качестве которых выступают электродвигатели, индукционные печи и т. д. Нагрузки подобного рода воздействует на все основные элементы электросети одинаково. Когда же львиная доля мощности потребляется однофазным электрооборудованием, то нагрузку между фазами стремятся распределять более-менее равномерно.
В соответствии с руководящими документами допускается отклонение в соотношении нагрузок между тремя проводами в распределительных щитах не более 30%, а напряжение не должно отклоняться от своего номинального значения в пределах ±10%. Тогда ток в нейтральном проводнике не превысит этого значения от среднего тока в фазных проводах.
По этой причине допускается использовать сечение провода нейтрали меньше, чем у остальных проводников. При этом экономия дорогой меди налицо и нулевой провод обычно не представляет повышенной опасности, потому что ток, присутствующий в нем невелик.
Известно, что при касании нулевого проводника электросети, функционирующей в нормальном режиме, особой угрозы не представляет. Однако перекос напряжений создает потенциальную угрозу для жизни. С возникновением такой ситуации не исключено короткое замыкание с массой электрооборудования или его возгорание.
Неисправность электросети также может оказаться причиной перекоса. К широко распространенным дефектам следует отнести выбор сечения кабеля ниже допустимого, замыкание проводов на землю или неисправность из-за ветхости электропроводки. Отсюда очевидно снижение напряжения в одной или двух фазных шинах. Вследствие этого возрастают значения напряжения в других проводах.
Импульсные блоки питания
Массовое распространение электрических приборов, которые конструктивно включают в себя импульсные блоки питания, в частности компьютеры, внесли дополнительные проблемы, связанные с перекосом. В чем же суть этих проблем?
Теоретически электрические колебания переменного тока, снимаемые с выхода генератора гармонические и их можно представить в виде синусоиды. На самом же деле графическое изображение переменного напряжения или тока могут отклоняться от идеальной синусоиды.
Если, например, лампы накаливания представляют собой линейные элементы, то они никоим образом не влияют на изменение формы электрических колебаний. В отличие от таких элементов, импульсные блоки питания, то есть ИБП представляют уже нелинейную нагрузку.
Тогда после подключения, например, компьютера к источнику напряжения, имеющего синусоидальную форму тока, он будет изменяться со временем совсем по другому закону.
График на рисунке наглядно показывает, ток потребляется ИБП, когда только разность потенциалов в электросети приближается к своему максимальному значению. Когда же напряжение снижается до минимальной величины, то блок питания вообще не потребляет тока. Поэтому заранее предсказать поведение нескольких ИБП в трехфазной электросети затруднительно, что увеличивает вероятность ее асимметрии.
Методы защиты
Несимметрия токов и напряжений в электросети прямым образом оказывает влияние не только на однофазные потребители электроэнергии, но и на трехфазные, не исключая промышленные электросети.
Какие же последствия следует ожидать от перекоса фаз?
Как уже упоминалось, вероятность возможного возникновения перекоса фаз резко снижается, если выбран электрический кабель подходящего сечения. Такой кабель должен быть рассчитан на максимальную величину потребляемого тока.
Также продуманное равномерное распределение потребителей электроэнергии по фазным проводам играет немаловажную роль. В существующей электросети ошибки проектирования нередко исключаются путем изменения в самых критических ситуациях порядка снабжения электроэнергией потребителей и подводимой мощности потребления.
Дополнением к этому не менее эффективным считается установка стабилизатора фаз. Он от обычного бытового стабилизатора отличается тем, что устраняет не симметрию в сети посредством перераспределения нагрузки либо путем ее усиления.
Учет предполагаемых нагрузок позволяет осуществить правильное проектирование электросети. Следствие такого подхода наблюдается в сбалансированном потреблении электроэнергии так, что участвующие в электропитании объекта фазные шины имеют равномерную нагрузку.
В бытовых условиях монтаж реле контроля фаз позволяет более просто снять возникшую проблему. Оно монтируется после электросчетчика и имеет примерно следующий вид.
В комплексе с этим устройством можно задействовать стабилизаторы напряжения трех фаз. Они позволяют улучшить качество подводимой электроэнергии. Однако это не панацея от всех бед, так как они способны дополнительно нарушать симметрию сети и на них возникают потери. Лучшим вариантом для симметрии разности потенциалов будет специальный трансформатор.
Проблема подключения компьютеров
В целях экономии заземление компьютеров осуществляется нередко посредством подсоединения «земли» к нулевому проводнику в распределительном щите. Ниже рисунок демонстрирует схему примерно такого подключения.
Из рисунка следует, что в нулевом проводнике за счет протекания по нему тока между двумя и более такими «землями» распределительных щитов здания, установленных на разных этажах, создается определенное значение некоторого напряжения.
Тогда этот тип помехи в местной вычислительной сети действует практически между сетевыми картами системных блоков компьютеров, принадлежащих территориально разным этажам. В конечном итоге, такой перекос фаз приводит к сбою передачи сигналов, а также к неисправности составных частей или самих компьютеров. Метод защиты – устройство дополнительного заземления, не привязанного к нейтрали.
Обрыв нейтрального проводника
Обрыв нулевого провода в 3-х фазной электрической сети самая неприятная авария, которая вызывает немедленно перекос фаз. Она является непосредственной причиной выхода из строя однофазного электрооборудования.
В этом случае величина напряжения становится 380 В, вместо положенных 220 В, что будет катастрофой для электроприбора, рассчитанного на данное напряжение.
На электрических подстанциях в силовых согласующих трансформаторах 3 имеющихся обмотки, соединены по схеме «звезда». Из общей точки их подключения исходит нулевой проводник. В случае его обрыва в электросети создается несимметрия напряжений, то есть перекос фаз, который находится в прямой зависимости от подключенной нагрузки. Ниже рисунок демонстрирует такую ситуацию.
Рисунок показывает: если все нагрузки RH одинаковы, то наиболее загруженной окажется фаза C, а разгруженная – фаза А. Обрыв нейтрального проводника вызывает неуправляемый процесс.
Последствия обрыва нулевого проводника
В конечном результате неуправляемого процесса последует перераспределение в фазных шинах разности потенциалов. Проводник фазы, которая подвержена наибольшей загрузке, будет выполнять роль нейтрального провода и напряжение в нем увеличится до 380 вольт. В фазной шине, загруженной по минимуму, напряжение «проседает» до 127 вольт и ниже.
Тогда, если в домашней электросети будут включены электроприборы, то индикатор будет показывать наличие в розетках двух фаз, то есть 380 В. Все потребители электроэнергии будут запитаны по принципу «Звезда без нуля».
Отсюда следует, что выйдут из строя первыми потребители энергии с двигателями. К их числу следует отнести: холодильники, вентиляторы, сплит-системы, стиральные машины, кондиционеры.
За ними последуют ИБП и приборы, в конструкцию которых включены нагревательные элементы. Точная радиоэлектронная аппаратура, которая содержит элементы локальной защиты пострадает меньше всего. Современный телевизор, скорее всего, отключится, но сгореть не должен.
В худшем положении окажутся потребители электроэнергии, находящиеся «в конце» данной цепочки. На этом участке сети будет наблюдаться превышение допустимых величин нагрузки и положение усугубляется тем, что далеко не все автоматы сработают в штатном режиме.
Тогда возрастает вероятность возгораний источников потребляемой мощности и электропроводки. В этом состоит исключительный эпизод перекоса фаз. Полная асимметрия напряжений сети приводит к поражению электрическим током, если к тому же отсутствует надежное дополнительное заземление.
Методы защиты
Одна из причин обрыва нейтрали указывает на неверное подсоединение нулевого проводника либо нарушение последовательности подключений проводов электриком. Однако аварийная ситуация также может создастся и без человеческого фактора.
Так, например, не исключено «отгорание» нейтрального проводника на электроподстанции или в силовом распределительном щите, обрыв жилы в электрическом кабеле и др. Когда нулевой проводник не надежно закреплен, то он нагревается, окисляется и в конечном итоге перегорает.
Использование больших номиналов предохранителей также может привести к аналогичному результату. Частенько нулевая жила обрывается от обледенений, проведения некачественных ремонтных работ, от сильного ветра и др.
Единственный выход из такого аварийного положения просматривается в немедленном отключении питающего напряжения. Это действие доступно сделать вручную, но не всегда можно успеть. С подобной задачей на высоком уровне справляются автоматические устройства защиты, которые способны моментально отключить сеть при возникновении в ней перенапряжения.
К таким устройствам относятся стабилизаторы, УЗО, в которых предусмотрена защита от повышенного напряжения, дифференциальные автоматы, реагирующие на обрыв нейтрали, автоматические выключатели.
Возможности автоматических выключателей расширяются, если совместно с ними используются расцепители напряжения, срабатывающие от допустимой максимальной и минимальной величины разности потенциалов. Нередко для предупреждения аварийных ситуаций используются специализированные реле напряжения.
Эффективен также ограничитель перенапряжения УЗИП. Он отключает электросеть при перенапряжении в электрической проводке, которое возникает из-за обрыва либо «отгорании» нейтрального проводника, при попадании разряда молнии и по ряду других причин. Часто используется в частных домовладениях.
Заключение
Таким образом, несмотря на массу выпускаемых приборов, полностью застраховаться от аварийных ситуаций, возникающих при эксплуатации электросетей, все-таки не удается.
Даже при безукоризненно выполненной электропроводке на даче, в частном доме или в квартире, нейтраль может обгореть или оборваться по причинам, независимым от нас.
Тогда перекос фаз неизбежен и возникает серьезная опасность. Отсюда очевидно, что для защиты собственной жизни, своей бытовой техники и радиоэлектроники следует позаботиться заранее.
P.S. Проблема перекоса напряжений возникает всегда, когда к электросети подключается разнородная нагрузка. Поэтому важно, чтобы это явление не превышало допустимых пределов. Дополнения, уточнения и пожелания обязательно оставляйте в комментариях. Я постараюсь ответить и исключить неоднозначное понимание сложившейся ситуации.
P.P.S. Основным инструментом заработка в сети и не только является компьютер. Как придать ему надежность, сделав быстрым и бессмертным, а также ускорить его работу до 30 раз приводится в следующей рассылке: barabyn.ru/wp/computer.
Понравилась статья? Поделись!