Распределение нагрузки в трехфазной сети

Интересное
Содержание
  1. Что такое перекос фаз?
  2. Асимметрия на стороне нагрузки
  3. В результате можно выделить несколько недостатков применения трехфазной сети для частного дома:
  4. Допустимые нормы значений перекоса
  5. Допустимый перекос фаз
  6. Защита в однофазной сети
  7. Защита от перекоса фаз в трехфазной сети
  8. Как исправить проблему с перекосом фаз
  9. Меры защиты
  10. Несимметрия в высоковольтных сетях
  11. Однофазная двухпроводная сеть
  12. Однофазная сеть 220 в, минусы
  13. Однофазная сеть 220 в, плюсы
  14. Однофазное электрическое питание
  15. Опасность и последствия перекоса
  16. От чего зависит симметрия напряжений
  17. Отличия
  18. Преимущества 1-фазной сети
  19. Преимущества и недостатки
  20. Преимущества трехфазного питания для частных домов
  21. Симметрирующий трансформатор
  22. Стабилизатор
  23. Трехфазная пятипроводная электрическая сеть
  24. Трехфазная сеть 380 в, минусы
  25. Трехфазная сеть 380 в, плюсы
  26. Трехфазная четырехпроводная электрическая сеть
  27. Три фазы в доме: нужны они или можно обойтись?

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

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

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.

В результате можно выделить несколько недостатков применения трехфазной сети для частного дома:

  • Нужно получать техусловия и разрешение на подключение сети от энергосбыта.
  • Повышается опасность поражения током, а также опасность возгорания по причине повышенного напряжения.
  • Значительные габаритные размеры распредщита ввода питания. Для хозяев загородных домов такой недостаток не имеет большого значения, так как места у них хватает.
  • Необходим монтаж ограничителей напряжения в виде модулей на вводном щитке. В трехфазной сети это особенно актуально.

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.

Допустимый перекос фаз

Главным действующим документом, определяющим качество электроэнергии и регламентирующим нормы несимметрии напряжений является ГОСТ 13109-97 (п.п 5.5). Допустимое отклонение соотношений нагрузок, согласно требований СП 31-110 (9.5) — 15% в панелях ВРУ и 30% в распредщитах.

Защита в однофазной сети

Эта часть системы не способна оказать корректирующее влияние на электроснабжение. Для защиты нагрузок по току (напряжению) устанавливают защитные автоматы. Чтобы поддерживать электрические параметры питания на оптимальном уровне, применяют стабилизаторы.

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:

  1. Производить контроль амплитуды электротока. Если параметр выходит за установленные границы, нагрузка отключается от питания. Как правило, диапазон срабатывания прибора можно настраивать в соответствии с особенностями сети. Данная опция имеется у всех приборов данного типа.
  2. Проверка очередности подключения фаз. Если чередование неправильное питание отключается. Данный вид контроля может быть важен для определенного оборудования. Например, при подключении трехфазных асинхронных электромашин от этого зависит, в какую сторону будет происходить вращение вала.
  3. Проверка обрыва на отдельных фазах, при обнаружении такового нагрузка отключается от сети.
  4. Функция отслеживает состояние сети, как только появляется перекос, происходит срабатывание.

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.

Как исправить проблему с перекосом фаз

Представленные ниже специализированные устройства выбирают с определенным запасом по мощности (20-25%). Это продлит срок службы оборудования, упростит перемещение техники и подключение новых нагрузок. Для экономии средств можно создать защиту только для отдельных групп потребителей.

Меры защиты

Как бороться с негативными проявлениями, станет понятно после детального изучения определенного проекта. Общая рекомендация – обеспечение равномерного распределения (подключения) нагрузок. Но выполнить это условие не всегда возможно. Наличие разнообразных однофазных потребителей значительно усложняет задачу.

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.

Однофазная двухпроводная сеть

В однофазных двухпроводных сетях для электропитания используются два провода: фазного(L) и нулевого (N).Такая электрическая сеть не предусматривает заземление электроприборов. Двухпроводная электрическая сеть была да и остается самой распространенной в старом жилом фонде.

Если у вас дома проводка выполнена проводами с алюминиевыми жилами, скорее всего у вас двухпроводная электрическая сеть.

Пример схемы:однофазная двухпроводная сеть в квартире

Однофазная сеть 220 в, минусы

  • Ограниченная мощность потребителя

Однофазная сеть 220 в, плюсы

  • Простота
  • Дешевизна
  • Ниже опасное напряжение

Однофазное электрическое питание

Однофазное электропитание запитывает потребителя от одной фазной линии и линии нулевого рабочего провода. Линии для однофазного питания называют однофазными электрическими сетями. Номинальное рабочее напряжение однофазных электрических сетей составляет 220 вольт.

Сами однофазные сети тоже можно разделить в зависимости от рабочих проводников.

Опасность и последствия перекоса

Очевидные неприятности, которые провоцирует перекос фаз в трехфазной сети, следует дополнить особенностями эксплуатируемого оборудования. Автономный генератор в таком режиме работы будет выполнять свои функции с худшим КПД. Увеличение компенсационного тока сопровождается дополнительным расходом энергии (топливных ресурсов).

Отклонение напряжения от номинала проявляется следующим образом:

  • высокий уровень провоцирует короткое замыкание, срабатывание защитных автоматов, ухудшает состояние изоляционных оболочек;
  • низкий – уменьшает мощность силовых агрегатов, увеличивает пусковые токи, нарушает функциональность электронных схем.

Отдельно следует подчеркнуть опасные последствия перекоса, если через цепь проходит слишком высокий ток. Чрезмерный нагрев на открытых участках – типичная причина пожаров. Восстановление испорченной проводки в глубине строительных конструкций сопровождается значительными затратами.

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.

Отличия

Если не брать во внимание отличие в числе проводов сетей и схему подключения, то можно определить некоторые другие особенности, которые имеют трехфазные и однофазные сети.

  • В случае трехфазной сети питания возможен перекос фаз из-за неравномерного разделения по фазам нагрузки. На одной фазе может быть подключен мощный обогреватель или печь, а на другой телевизор и стиральная машина. Тогда и возникает этот отрицательный эффект, сопровождающийся несимметрией напряжений и токов по фазам, что влечет неисправности бытовых устройств. Для предотвращения таких факторов необходимо заранее распределять нагрузку по фазам перед прокладкой проводов электрической сети.
  • Для 3-фазной сети требуется больше кабелей, проводников и выключателей, а значит, денежные средства слишком не сэкономить.
  • Возможности однофазной бытовой сети по мощности значительно меньше трехфазной. Если планируется применение нескольких мощных потребителей и бытовых устройств, электроинструмента, то предпочтительно подводить к дому или квартире трехфазную сеть питания.
  • Основным достоинством 3-фазной сети является малое падение напряжения по сравнению с 1-фазной сетью, при условии одинаковой мощности. Это можно объяснить тем, что в 3-фазной сети ток в проводнике фазы меньше в три раза, чем в 1-фазной сети, а на проводе ноля тока вообще нет.

Преимущества 1-фазной сети

Основным достоинством является экономичность ее использования. В таких сетях используются трехпроводные кабели, по сравнению с тем, что в 3-фазных сетях – пятипроводные. Чтобы осуществить защиту оборудования в 1-фазных сетях, нужно иметь однополюсные защитные автоматы, в то время как в 3-фазных сетях без трехполюсных автоматов не обойтись.

В связи с этим габариты приборов защиты также будут значительно отличаться. Даже на одном электрическом автомате уже есть экономия в два модуля. А по габаритам это составляет около 36 мм, что значительно повлияет при размещении автоматов в щите на DIN рейке. А при установке дифференциального автомата экономия места составит более 100 мм.

Преимущества и недостатки

Обе системы питания имеют свои плюсы и минусы, которые меняются местами или становятся несущественными при переходе мощности через порог 10 кВт. Попробую перечислить.

Преимущества трехфазного питания для частных домов

  • Есть возможность распределить нагрузку равномерно по фазам, во избежание возникновения перекоса фаз.
  • Можно подключать в сеть мощные трехфазные потребители энергии. Это является наиболее ощутимым достоинством.
  • Уменьшение номинальных значений аппаратов защиты на вводе, а также снижение сечения кабеля ввода.
  • Во многих случаях можно добиться разрешения у компании по энергосбыту на повышение допустимого наибольшего уровня мощности потребления электроэнергии.

В итоге, можно сделать вывод, что практически осуществлять ввод трехфазной сети питания рекомендуется для частных строений и домов с жилой площадью более 100 м2.

Трехфазное питание особенно подходит тем хозяевам, которые собираются установить у себя циркулярную пилу, котел отопления, различные приводы механизмов с трехфазными электродвигателями.

Остальным владельцам частных домов переходить на трехфазное питание не обязательно, так как это может создать только дополнительные проблемы.

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.

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.

Трехфазная пятипроводная электрическая сеть

В трехфазной пятипроводной электрической сети «появляется» пятый заземляющий провод, выполняющий защитные функции. Обозначается (PE)

Важно! Во всех трехфазных сетях важно равномерное распределение нагрузки (потребляемой мощности) между фазами. Опредилять нагрузку сети при трехфазном питании нельзя по основному закону электротехники, зокону Ома. Для расчетов нужно учитывать коэффициент мощности(cosф) и коэффициент спроса (Кспроса). Обычно для квартир cosф=0,90-0,93;Кспроса=0,8.Значение 0,8 принимается, если потребителей более 5.

Пример схемы:трехфазная пятипроводная сеть в квартире

Трехфазная сеть 380 в, минусы

  • Дороже оборудование
  • Более опасное напряжение
  • Ограничивается максимальная мощность однофазных нагрузок

Трехфазная сеть 380 в, плюсы

  • Мощность ограничена только сечением проводов
  • Экономия при трехфазном потреблении
  • Питание промышленного оборудования
  • Возможность переключения однофазной нагрузки на “хорошую” фазу при ухудшении качества или пропадании питания

Трехфазная четырехпроводная электрическая сеть

При четырехпроводной электропроводки электропитание происходит от трех фазных проводов и рабочего нуля. От электрощитка или распределительной коробки проводка распределяется по розеткам и светильникам двумя проводами: каждым фазным и нулевым(L1-N;L2-N;L3-N).Напряжением 220 вольт. На схемах фазы могут обозначаться А, В, С.

Пример схемы:трехфазная четырехпроводная сеть в квартире

Три фазы в доме: нужны они или можно обойтись?

Споры о том, какое электропитание лучше, однофазное или трехфазное, как вечное противостояние добра и зла в Игре Престолов — никогда не заканчиваются. Есть десятки аргументов за и против каждого варианта. Вы узнаете о том, какие есть преимущества и недостатки подключения трехфазного питания, что позволит вам принять продуманное взвешенное решение.

Оцените статью
Obzorka24.ru