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.
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.
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.
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.
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.
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:
- Неравномерная нагрузка на линии трехфазной сети.
- При обрыве нейтрали.
- При КЗ одного из фазных проводов на землю.
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:
- Отклонение фазного напряжения. В зависимости от распределения нагрузок возможно два варианта:
- Напряжение выше номинального. В этом случае большинство электрических устройств, оставленных включенными в бытовые розетки, с большой вероятностью выйдут из строя. При срабатывании защиты результат будет менее трагическим.
- Напряжение падает ниже нормы. Увеличивается нагрузка на электродвигатели, происходит падение мощности электромашин, растут пусковые токи. Наблюдаются сбои в работе электроники, устройства могут отключиться и не включаться пока перекос не будет устранен.
- Увеличивается потребление электричества оборудованием.
- Нештатная работа электрооборудования приводит к уменьшению эксплуатационного срока.
- Снижается ресурс техники.
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:
- 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.
- 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.
- Проверка обрыва на отдельных фазах, при обнаружении такового нагрузка отключается от сети.
- 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.
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.
Явление перекоса фаз в трехфазной сети
Содержание
- 1 Причины
- 2 Признаки нестабильной работы электрических приборов, вызванные перекосом фаз
- 3 Негативные последствия перекоса
- 4 Нормы на перекос фаз
- 5 Как определить перекос фаз
- 6 Устранение перекоса фаз
- 7 Где купить
- 8 Видно по теме
Трехфазная сеть в классическом варианте состоит из четырех проводников — трех фазных и одного нулевого или нейтрального провода. В процессе эксплуатации возникает перекос фаз в трехфазной сети или асимметрия напряжений между ними.
Причины
Трехфазная сеть состоит из двух частей — высоковольтной и низковольтной. Между ними устанавливается обычно подстанция с понижающим трансформатором. В высоковольтной части фазы загружены равномерно, перекос возникает в низковольтной части и связан с особенностями распределения нагрузки между фазными шинами.
Существует два различных вида перекоса фаз:
- модули векторов напряжения различны по величине, угол между ними одинаковый (120°);
- значительно реже возникает на практике, когда кроме различных модулей напряжений, углы между ними также различны.
На диаграмме напряжений представлены параметры идеально работающей трехфазной цепи и их изменение при возникновении перекоса.
Падение/увеличение фазного напряжения согласно закона Ома возникает при увеличении/уменьшении сопротивления (нагрузки). Поэтому одной из причин возникновения перекоса будет разное по количеству и мощности число электрических приборов «сидящих» на каждой отдельной фазе.
В идеально работающих трехфазных цепях ток через нейтральный провод равен нулю. В случае возникновения перекоса на нем появляются токи, которые компенсируют асимметрию напряжений. Вот почему обрыв («отгорание») нулевого провода служит еще одной из причин появления перекоса.
Изображение с результатом «отгорания» нейтрального провода.
Короткое замыкание одной из фаз на землю, которая приводит к работе сети в режиме перекоса, редко встречается среди причин возникновения неравенства напряжений по фазам. В некоторых случаях допускается такая аварийная эксплуатация при необходимости обеспечения электроэнергией пользователей.
Признаки нестабильной работы электрических приборов, вызванные перекосом фаз
Независимо от причин перекоса необходимо знать и выявлять его признаки. В квартире или частном доме с электрическими приборами могут происходить следующие действия от несимметричности напряжения и не только:
- осветительные приборы типа ламп дневного света или других типов работающих по энергосберегающей технологии начнут мерцать;
- лампочки накаливания будут ярко гореть или наоборот тускнеть;
- бытовые приборы (утюг, телевизор и другие) перестанут включаться;
- выключатель стал на ощупь теплым;
- в розетке появились искры, послышались треск и щелчки;
- в щитке появились щелчки, срабатывают защитные автоматы.
При обнаружении вышеперечисленных признаков следует отключить все приборы из сети, лишь затем приступать к поиску причин. При отсутствии познаний в области электротехники лучше обратитесь к специалисту.
Негативные последствия перекоса
Работа трехфазной сети с перекосом фаз приводит к следующим отрицательным действиям.
Нормы на перекос фаз
На практике не существует работающих трехфазных сетей, в которых отсутствует перекос фаз. Это связано с особенностями электрического оборудования, принцип работы которых с точки зрения экономической целесообразности исключает симметричное исполнение (сварочные аппараты, индукционные печи, потребители бытовой сферы). Кроме этого, например, в многоквартирных домах появляется вероятностный фактор, связанный с отсутствием какой — либо системы в подключении электрической бытовой техники. Наличие нескольких импульсных источников питания, например для компьютеров, делает их поведение непредсказуемым в трехфазной сети.
Помимо равномерного распределения нагрузки по фазам проектировщикам следует учитывать вышеперечисленные факторы для поставки пользователям определенного качества электроэнергии. В некоторых случаях трудноразрешимую задачу позволяют решить регламенты на допустимый перекос фаз, обозначенные в следующих нормативных документах: ПУЭ (Правила Устройства Энергоустановок), ГОСТ 31098 – 97 определяющим нормы качества электроэнергии и сводом правил СП31-110.
Параметры, превышение которых недопустимо:
- максимальное отклонение фазных токов:
- для измеренных во вводном распределительном устройстве (ВРУ) — 15 %,
- для измеренных в распределительном щите (РЩ) — 30 %.
- допустимые значения коэффициентов несимметричности напряжений:
- по обратной последовательности — 2 %,
- по нулевой последовательности — 4 %.
Вышеуказанные нормативы должны соблюдаться на всех возможных режимах работы трехфазных электрических сетей. Исключения составляют режимы, вызванные Форс — Мажорными обстоятельствами.
Как определить перекос фаз
Самым простым и поэтому наиболее применяемым является контроль по максимальному отклонению фазных токов. С помощью токовых клещей измеряется сила тока при максимально полной нагрузке на каждом проводнике отдельной фазы в ВРУ или РЩ. Размеры клещей достаточно компактны, чтобы подлезть к любому проводнику, находящемуся в стесненных условиях среди других проводников.
После того как определите и зафиксируете показания следует выполнить легкий сравнительный расчет на отклонения фазных токов. Показания должны соответствовать нормам.
Устранение перекоса фаз
Если результаты замеров выявят наличие несимметричности напряжений фаз, следует принять меры чтобы устранить перекос. Защита от перекоса фаз в трехфазной сети выполняется следующими способами.
- На этапе проектирования следует равномерно распределить нагрузку по фазам. Приборы, имеющие однофазное питание не должны сосредотачиваться на одном проводнике, оставляя незагруженными другие. Кроме количественного распределения по фазам следует учитывать мощностные характеристики электрических устройств.
- В ранее введенных в эксплуатацию трехфазных сетях, где каждая фаза не рассчитывалась на перегрузку при возможности следует поменять схему потребления энергии. В условиях кризисной ситуации необходимо поменять мощность потребителя.
- Недостаточно эффективный способ обеспечить необходимое напряжение на каждой фазе трехфазной цепи это применение стабилизаторов напряжения.
Трехфазные стабилизаторы напряжения конструктивно включают в себя однофазные, которые реагируют на изменение параметров конкретно на своей фазе. Поднятие, опускание напряжения вызывает ответную реакцию на других. Это может в некоторых случаях вызвать вторичный перекос с уже другими параметрами. Невозможность 100 % гарантии защиты от последствий перекоса фаз основной недостаток стабилизаторов напряжения. - Использование в трехфазной системе питания симметрирующего трансформатора позволяет выравнивать напряжение не только на отдельной конкретной фазе, а обеспечивать симметричность напряжений на всех трех согласно требуемых норм.
Кроме этого прибор сглаживает напряжение переходного процесса при подключении в сеть мощных асинхронных двигателей, дросселей, трансформаторов и другого подобного оборудования.Устройство способно устранить фазный перекос в большом диапазоне значений напряжения. - Стабилизатор напряжения, симметрирующий трансформатор это дорогие устройства, не всегда есть возможность их применить. Существует достаточно простой и эффективный способ не допустить критического перекоса фаз — применение специального реле.
Трехфазные стабилизаторы напряжения конструктивно включают в себя однофазные, которые реагируют на изменение параметров конкретно на своей фазе. Поднятие, опускание напряжения вызывает ответную реакцию на других. Это может в некоторых случаях вызвать вторичный перекос с уже другими параметрами. Невозможность 100 % гарантии защиты от последствий перекоса фаз основной недостаток стабилизаторов напряжения.
Кроме этого прибор сглаживает напряжение переходного процесса при подключении в сеть мощных асинхронных двигателей, дросселей, трансформаторов и другого подобного оборудования.Устройство способно устранить фазный перекос в большом диапазоне значений напряжения.
Если параметры трехфазной сети выходят за пределы установленного диапазона реле отключит источник питания. Когда параметры восстановятся до приемлемых значений, реле самостоятельно возобновит подачу питания.
Ответственное отношение к равномерному распределению нагрузки по фазам не гарантирует избежать перекос. От обрыва нулевого провода никто не застрахован, соединительный контакт может от перегрева «отгореть» в любой момент. Поэтому к рекомендациям по оборудованию трехфазной сети приборами защиты от перекоса следует прислушаться. Единовременные затраты сохранят работоспособность более дорогому электрическому оборудованию, работающему от трехфазной сети.
Где купить
Максимально быстро приобрести устройства стабилизации можно в ближайшем специализированном магазине. Оптимальным же, по соотношению цена-качество, остаётся вариант покупки в Интернет-магазине АлиЭкспресс. Обязательное длительное ожидание посылок из Китая осталось в прошлом, ведь сейчас множество товаров находятся на промежуточных складах в странах назначения: например, при заказе вы можете выбрать опцию «Доставка из Российской Федерации»:
Видно по теме
Трёхфазная цепь переменного тока как правило состоит из потребителей, подключенных к одной из её фаз. Потребители, в свою очередь, бывают активными и реактивными.
Напомним. Активные – это элементы типа обычного сопротивления. Они преобразуют электрическую энергию в тепловую. Изменений в графиках напряжения и тока при этом не происходит. Реактивные различаются на индукционные – катушки и ёмкостные- конденсаторы. Графики напряжения и тока для этих нагрузок сохраняют синусоидальную форму, но сдвигаются друг относительно друга. В катушках ток «запаздывает» по сравнению с напряжением. В конденсаторах – опережает.
В одну и ту же трёхфазную сеть включают потребителей малой мощности – электрические лампочки и электродвигатели, создающие, особенно при включении, повышенную нагрузку. При этом происходит так называемый «перекос фаз» – увеличение напряжения на недогруженной фазе и снижение на находящихся под повышенной нагрузкой.
Пример из жизни. В момент запуска насоса окислителя на старом 50-х годов прошлого столетия советском ракетном комплексе для изделий 8К- 63, все светильники дружно притухали, и в подземельях стартовой позиции на несколько секунд наступали «сумерки».
Связанные с такими явлениями перекосы фаз неприятны, но кратковременны и опасности, обычно, не представляют. Хуже, если допущены ошибки при распределении нагрузок по фазам. Скажем, на одну из фаз трёхфазной домашней сети подключили сразу несколько мощных потребителей, например 4-х конфорочную варочную панель, на вторую – домашние светильники, третью –оставили «про запас». Воскресный день. Включают все конфорки, готовя семейный обед. Перекос фаз –гарантирован!
В идеальном случае напряжение по фазам распределяется в соответствии с диаграммой. При этом линейные АВ=ВС=АС=380 В и фазные AN=BN=CN= 220 В
В реальной жизни ситуация иная:
Линейные напряжения по прежнему равны 380 В, а фазные изменяются в значительных пределах. Допустимые отклонения устанавливаются ГОСТ 13109 97 и СП 31 110. Для вводно-распределительных устройств разница нагрузок по фазам не должна превышать 15%, для распределительных щитов – в пределах 30%.
Кроме неравномерного распределения нагрузки по фазам, причиной перекоса могут быть обрыв нейтрали – провода N на диаграммах, и КЗ одного из фазовых проводов на землю. Обрыв нейтрали особо неприятен, поскольку в некоторых случаях может привести к появлению в розетках напряжения в 380 В.
Признаки возникновения перекоса фаз
Основными признаками возникновения такого перекоса является некорректная работа потребителей электричества:
- лампочки накаливания светят тускло, светильники дневного света не желают включаться;
- утюг и титан греются долго и слабо;
- двигатель пылесоса не запускается или с трудом раскручивает вентилятор.
Крайними проявлениями рассматриваемого явления может быть поломка бытовой техники. Особой опасности подвергаются при перекосе фаз устройства, имеющие электронную начинку:
- телевизоры;
- стиральные машины-автоматы;
- компьютеры.
Отрицательно сказывается перекос фаз и на работе автономных генераторов электроэнергии. Здесь, как минимум, будет наблюдаться перерасход топлива. Соответственно повышается нагрузка на привод генератора, и ускоряется его износ.
Проверить силу тока на каждой из фаз можно при помощи токовых клещей
Результаты измерений позволят сделать профессиональный вывод о наличии перекоса фаз.
Устранение перекоса фаз
Устраняют перекос фаз правильным перераспределениям нагрузок по фазам. Учитывать следует не только мощность подключаемых потребителей, но и график включения, а также вероятность одновременной работы. В случаях обрывов и т. п. повреждений сети – их следует устранять.
Способы защиты от перекоса фаз
Перекос фаз может возникнуть не только вследствие причин, находящихся внутри сети потребителя. Не исключено получение этого «счастья» извне, т. е. от поставщика электроэнергии. Существуют различные способы защиты от вызываемых им неприятностей:
1. Реле контроля фаз. Устанавливается оно после трёхфазного счётчика, и подключается по приводимой схеме
Указанное реле в состоянии:
- контролировать амплитуду тока;
- проверять очерёдность подключения фаз;
- обнаруживать обрывы на фазах;
- отслеживать появление перекоса, отключая оборудование при его появлении.
2. Стабилизаторы напряжения – трёхфазные или однофазные – на каждую фазу. Второй вариант бывает предпочтительней, поскольку сохраняет питание по двум или одной фазе при отключении прочих. Среди многих производителей соотношением «цена-качество» выгодно отличаются стабилизаторы итальянского производителя ORTEA, выпускающего подобную продукцию с середины 60-х годов минувшего столетия. Штаб-квартира фирмы находится в Италии. Там же – основные производственные мощности и научно-конструкторские подразделения. В изделиях широко используются комплектующие известных европейских брэндов. Серьёзное внимание уделяется техническому дизайну, что делает стабилизаторы не только надёжными, но и красивыми. На рынке Российской Федерации изделия фирмы представлены модельными рядами однофазных стабилизаторов «Atlas», «Vega», «Antares», «Gemini», «Saver» предназначенными для использования в быту и трёхфазных «Orion», «Sirius», «Aquarius», «Odyssey» – для производственных потребителей. Мощность предлагаемых стабилизаторов – от 5 до 6000 кVА. О качестве электротехнической продукции ORTEA свидетельствует готовность страховых компаний страховать подключаемое к ним оборудование на сумму до 3000000 рублей. Бонусом для покупателя служит то, что страховой договор заключается за счёт поставщика! К неоспоримым достоинствам стабилизаторов ORTEA относятся:
- устойчивость к помехам;
- быстрый и точный отклик на изменение входного напряжения;
- способность продолжать работу в случае перегрузки
- возможность функционирования при отрицательных температурах воздуха – до – 25°С.
Стабилизаторы ORTEA имеют электромеханический либо электронный принцип действия, что обеспечивает надёжное энергоснабжение потребителя в самых жёстких условиях. Исчерпывающую консультацию по продукции итальянцев можно получить на сайте http://orteamoscow.ru/ , специалисты которого расскажут какой из имеющихся в их распоряжении стабилизаторов подойдёт заказчику наилучшим образом.
3. Использовать специальный трёхфазный стабилизатор, выравнивающий напряжение по фазам. Такой трансформатор называется «симметрирующим» .
Его применение позволяет:
· равномерно распределить нагрузки между фазами;
· поддерживать заданное значение напряжения по фазам;
· преобразовывать трёхфазную сеть в однофазную;
· в случае трёхпроводной трёхфазной сети, превращать её в четырёхпроводную, вводя рабочий нулевой провод для подключения потребителя на фазу;
· снятие до 50% имеющейся мощности трёхфазной сети на одну фазу;
· при наличии ограничениях по мощности источника электроснабжения, подключать потребителей повышенной мощности.
Решить вопрос о целесообразности применения симметрирующего трансформатора помогут советы профессионалов сайта http://orteamoscow.ru/.
Чашка ароматного кофе, хрустящие тосты, чистая глаженая одежда – это лишь малая часть того, чтоб было бы невозможно, ну или очень сложно, не будь у нас электричества. Добавляя всё больше бытовых приборов для комфортной жизни, мы часто забываем о грамотном распределении нагрузок. И в результате начинаем замечать, что светильники стали тусклее, утюг греется дольше, барабан в стиральной машине или двигатель пылесоса раскручиваются с трудом, варочная панель не достигает максимальной температуры или не включается телевизор.
«Странное» поведение приборов говорит нам о том, что происходит перекос – явление, где на перегруженной фазе напряжение падает ниже нормы, тогда как на недогруженной происходит резкое повышение напряжения, превышающее пределы нормы. В трёхфазной сети такое явление могут вызвать три причины:
- Неверное распределение энергии между однофазными потребителями, которые включаются одновременно приводит перегрузке одной фазы и недогрузке второй.
- При обрыве, повреждении или дефекте нулевого провода, когда одна из оставшихся фазных жил берёт на себя функцию нейтрали, что создаёт резкое скачкообразное повышение напряжения.
- Заземление фазного провода может привести к срабатыванию УЗО или возникновению токов короткого замыкания.
Последствия любой из этих причин непредсказуемы, но всегда плачевны, а разница между ними кроется лишь в размере ущерба. Например, электроприбор может не выдержать скачок и сгореть, которое замыкание спроецирует электрический пожар, низкое напряжение, напротив, приведёт к недобору мощности и неэффективной работе техники. А при асимметрии фаз Вы будете приплачивать за электричество.
Стоит заметить, что «последствия легче предупредить…» Поэтому для защиты проводки и бытовой техники можно провести ряд профилактических мероприятий или добавить в цепь необходимое модульное электрооборудование.
Для однофазных цепей, которые всё ещё встречаются в старых домах или на дачах, перекос фаз гораздо опаснее, так как оборудование почти сразу даёт серьёзный сбой или сгорает. Чтобы обезопасить себя и продлить срок эксплуатации приборов, лучше включить в цепь следующие устройства:
- Автоматические выключатели, которые при недопустимо высоком напряжении оперативно размыкают цепь в автоматическом режиме, предотвращая аварийные ситуации и поломку оборудования.
- Стабилизатор напряжения, который позволит предотвратить асимметрию в перераспределении нагрузок, и специальный трансформатор, который обеспечивает симметричное распределение нагрузок и обеспечивают стабильную работу однофазной сети. Последний вариант будет актуален для дач и частных домов.
- В редких случаях допускается применение конденсаторов с переменной ёмкостью и низкой токопроводимостью.
-
Выключатель автоматический 1П OptiDin BM63-1C32-УХЛ3 (6кА) 260508387,21
-
Выключатель автоматический 1П MD63 20А 6кА хар-ка C YON ДКС MD63-1C20-6
430,22
-
Выключатель автоматический 1П 32А 4.5кА хар-ка C Easy9 SE EZ9F34132
375,32
-
Выключатель автоматический 1П ВА47-60 32А 6кА хар-ка C KARAT ИЭК MVA41-1-032-C
292,40
-
Выключатель автоматический 1П TX3 6000 20А 6кА хар-ка C TX3 Legrand 403917
538,12
У трёхфазных цепей есть как минимум ещё две фазы «чтобы смягчить последствия». Но и здесь, лучше сыграть на опережение:
- Необходимо продумать заранее, а в случае проблем пересмотреть, существующую схему подключения электротехники, исходя из того, какие приборы будут работать одновременно.
- Включить в сеть трёхфазный стабилизатор, рассчитанный на предельно допустимую на заданном контуре нагрузку.
- Интегрировать в сеть реле контроля фазного тока, которое автоматически отслеживает уровень напряжения. И в случае резких скачков, которые превышают заданные допустимые значения, оперативно размыкает цепь и предотвращает аварийные ситуации.
- Установить трансформатор для симметричного распределения нагрузок и обеспечения бесперебойной работы сети независимо от количества и мощности подключённых потребителей.
-
Реле контроля фаз CZF-B DIN Евроавтоматика F&F EA04.001.002
1 650
-
Реле контроля напряжения РН 10-3х400В SQ1504-0011
1 743
-
Реле контроля фаз РК101-02 23301DEK
2 838
-
Реле тока ORI 1,6-16А 24-240В AC/24В DC IEK ORI-01-16
1 882,37
-
Реле контроля напряжения 3-фазное РНПП-311 НОВАТЕК A8291-80108615
2 983
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:
- Если наблюдается скачок напряжения, электроприбор может его не выдержать и сгореть. Такого сценария можно избежать, при условии срабатывания автомата в щитке.
- Когда напряжение в сети падает, мощность работы электрооборудования не позволяет добиться эффективности его работы. При включении приборов в сеть, возрастает пусковой ток, что значительно увеличивает нагрузку.
- Асимметрия фаз может вызвать повышенный расход электроэнергии.
- Чтобы понять, чем опасен перекос фаз в трехфазной сети, следует изучить диапазоны напряжений, при котором приборы, включённые в сеть, будут работать бесперебойно. Как правило, при перекосе фаз, снижается их ресурс, заявленный производителем.
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:
- При стандартной работе оборудования предельный показатель асимметрии распределения нагрузок не может превышать 15%. То есть, каждое значение модуля напряжения AN, BN или CN находится в пределах от 187В до 253В.
- При монтаже электрической схемы с использованием распределительного щита, включающим несколько контуров, показатели перекоса фаз могут быть увеличены в 2 раза – до 30%.
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:
- Любая световая индикация приборов начинает мерцать, либо горит слишком тускло.
- Если эксплуатация оборудования подразумевает работу нагревающейся спирали, тепловая энергия не позволяет набрать заявленную производителем мощность.
- Слабый набор оборотов крыльчатки электромоторов, что снижает частоту работы движущихся частей оборудования, например, барабана стиральной машины, лопастей вентилятора или воздушного насоса пылесоса.
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:
- Повреждение оборудования.
- Выгорание проводки и обмотки электромоторов.
- Снижение эксплуатационного периода бесперебойной работы техники.
- Постоянная нагрузка на системы аварийного отключения сети.
- Механические повреждения источников электрической энергии.
- Увеличение затрат на оплату электроэнергии в связи с её неконтролируемым расходом.
- Частая поломка приборов, потеря гарантии, расходы на ремонт.
- Риск возгорания, короткого замыкания, получения травмы.
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:
- При большом количестве потребителей электроэнергии, они должны быть включены в сеть по группам, а распределение мощности, при этом, должно происходить равномерно. Если потребители сгруппированы неравномерно, это может вызвать асимметрию в распределении нагрузок.
- При случайном или ошибочном отсоединении нейтрали от общей цепи.
- При ошибочном подключении заземления через фазный провод.
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:
- ИБП изменяют форму гармонических электрических колебаний, выравнивая их траекторию до состояния идеальной синусоиды. Устройство работает по принципу нелинейного распределения нагрузки между фазами.
- Устройства успевают потреблять электрический ток до создания предельной разности потенциалов в цепи. Если же разность потенциалов невелика, то ИБП вообще перестаёт потреблять ток. Это приводит к выравниванию перекоса и стабилизации работы электрооборудования.
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 выборе кабельной жилы, выдерживающей повышенную нагрузку, вызываемую перекосом фаз.
- Корректное включение потребителей электроэнергии в сеть с равномерным распределением нагрузки между фазами.
- Включение в сеть дополнительного стабилизирующего оборудования, выравнивающего асимметрию при эксплуатации бытовых приборов.
- Перед организацией бытовой сети следует предварительно разработать проект, создать схему подключения и учесть равномерное распределение нагрузки на каждый элемент цепи.
- Устройство в распределительном щитке реле, позволяющего вести контроль фаз.
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:
- Любое однофазное оборудование почти сразу даёт сбой в работе и сгорает.
- Формирующееся в бытовой сети напряжение в 220В мгновенно преобразуется в 380В.
- Классическая схема равностороннего треугольника с лучевыми векторами, соединённым с нейтралью в центре нарушается, вызывая асимметрию при распределении фазных напряжений.
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:
- Функция нейтрали перенимается фазной жилой, которая подвержена максимальной нагрузке.
- Напряжение на данной жиле возрастает до предельных 380В, в то время, как в самом слабо нагруженном кабеле она, наоборот, падает, вплоть до 127В.
- При работе всех потребителей в точке подключения приборов будет наблюдаться напряжение 380В на обеих фазах без нуля. Это приведёт к непроектной нагрузке на каждый электроприбор, и их поломке. При эксплуатации сети с оборванным нулевым проводником длительное время, импульсные блоки питания также выходят из строя, что влечёт за собой выгорание сложных электронных приборов.
- Приборы, включённые в конец электрической цепи, подвергаются риску возгорания, так как при перекосе фаз на них часто наблюдается некорректная работа УЗО.
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:
- Все кабели в схеме должны быть подключены корректно, с соблюдением последовательности. Работа должна выполняться профессиональным монтажником, имеющим доступ к работе с электроустановками не ниже 3 разряда.
- Необходимо периодически контролировать надёжность соединения клемм в щитке. Неплотный контакт влечёт за собой искру, окисление металлических частиц и, как следствие, их оплавление.
- Если кабель прокладывается воздушным способом, его необходимо защитить от негативных воздействий окружающей среды – ветровых и гололёдных нагрузок.
- УЗО, включённые в цепь для аварийного отключения должны быть точно рассчитаны на критическую нагрузку и срабатывать в кратчайшее время.
- Избежать обрыва нулевого проводника удаётся, если на линии устанавливается стабилизирующее устройство, позволяющее выравнивать перекос фаз.
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:
- Внутренние причины:
- Неравномерная нагрузка по фазам при включении потребителей в цепь.
- Пренебрежение коэффициентом единовременной работы электроприёмных устройств.
- Ошибки учёта неравномерности нагрузок, в зависимости от её типа – индуктивной или ёмкостной.
- Внешние причины:
- Поломка на линии высокого напряжения, подходящей к трансформатору.
- При наличии дефектов на электроизоляторах внешней кабельной линии.
- Если в общую высоковольтную линию включаются потребители с несравнимо большей мощностью.
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:
- Скачки напряжения улавливаются автоматами защитного отключения, которые вовремя размыкают цепь, предотвращая выход оборудования из строя.
- Для постоянного контроля асимметричного перераспределения нагрузок, в сеть устанавливается стабилизатор напряжения. При установке прибора достигается защита от перекоса фаз.
- Для стабильности работы однофазной сети, профессионалы также рекомендуют устанавливать специальные трансформаторы, обеспечивающие симметричное распределение нагрузок.
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:
- Учитывая, что перекос фаз является аварийной ситуацией, его легко можно устранить путём перераспределения нагрузок. Для этого все потребители включаются в цепь таким образом, чтобы на каждый автомат приходилось равномерное распределение нагрузки.
- При обрыве кабеля необходимо устранить неисправность.
- Во время подключения оборудования следует учитывать коэффициент одновременного использования каждого прибора, чтобы исключить образование пиковых нагрузок на одной фазе.
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:
- Неправильное распределение между однофазными потребителями электроэнергии в сети с одновременным включением, что влечёт за собой перегрузку одной фазы и недогрузку другой.
- В случае дефекта нулевого кабеля, что вызывает резкий скачок напряжения, когда одна из фазных жил начинает выполнять роль нейтрали.
- При заземлении фазного провода, что влечёт за собой КЗ и срабатывание автоматического защитного устройства.
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:
- Интеграция в сеть реле контроля фазного тока. Устройство обеспечивает непрерывное считывание показателей скачков напряжения. На приборе заранее выставлены граничные условия, при достижении которых он автоматически обеспечивает расцепление цепи.
- Перед включением в сеть оборудования необходимо провести проверку фазных жил и нейтрали на предмет обрыва и надёжности контактов.
- Включение в общую сеть 3-фазных стабилизирующих приборов. Перед приобретением следует ознакомиться с техническими характеристиками, так как выравнивание напряжения неизбежно влечёт за собой потерю мощности.
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:
- Изменить схему подключения электроприборов в сеть с перераспределением нагрузок, исходя из их единовременной эксплуатации.
- Изначальная сборка цепи по заранее разработанному проекту, исключающему явление асимметрии.
- Включение в сеть трёхфазного стабилизатора, рассчитанного на предельно допустимую на данном контуре нагрузку.
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 / Umax * 100%,
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:
- Если перекос определяется в распределительных щитках (РЩ), предельное отношение напряжений не может достигать более 30%.
- В случае, когда дисбаланс наблюдается на ВРУ – вводно-распределительных устройствах – 15%.
- При выявлении асимметрии на обратной последовательности – 2%.
- Перекос фаз на прямой последовательности должен быть не более 4%.
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.
