Какие опасности представляет дисбаланс трех фаз в электрической системе? 

Дисбаланс трех фаз в электрической системе вызывает множество негативных последствий, таких как: увеличение потерь электроэнергии в линиях, рост потерь в распределительных трансформаторах, снижение выходной мощности трансформаторов, возникновение нулевого тока в трансформаторах, угроза безопасности работы электрооборудования, снижение КПД электродвигателей и т.д. Как можно улучшить баланс трех фаз в электрической системе? Ниже ООО Цзянсу Чжифэн Электрические технологии подробно расскажет о вреде дисбаланса трех фаз и методах его устранения.

Опасности, вызванные дисбалансом трех фаз в электрической системе:

1.Увеличение потерь электроэнергии в линиях

В трехфазной четырехпроводной сети при прохождении тока через проводники возникают потери из-за сопротивления, пропорциональные квадрату тока. В низковольтных сетях с трехфазным питанием неизбежен дисбаланс нагрузок из-за наличия однофазных потребителей. При неравномерной нагрузке в нейтральном проводе появляется ток, что приводит к потерям не только в фазных проводниках, но и в нейтрали, увеличивая общие потери в сети.

2.Рост потерь в распределительных трансформаторах

Распределительные трансформаторы, являясь основным оборудованием низковольтных сетей, при работе с дисбалансом нагрузок испытывают повышенные потери. Величина потерь мощности трансформатора напрямую зависит от степени неравномерности нагрузки.

3.Снижение выходной мощности трансформатора

Конструкция обмоток трансформатора рассчитана на симметричный режим работы, с примерно одинаковыми параметрами обмоток и равной номинальной мощностью по фазам. Максимальная допустимая мощность ограничена номинальной мощностью каждой фазы. При несимметрии нагрузки менее нагруженная фаза имеет избыточную емкость, что снижает общую выходную мощность трансформатора. Степень снижения зависит от величины несимметрии - чем больше дисбаланс, тем значительнее уменьшение мощности. Таким образом, при несимметрии трансформатор не может выдать номинальную мощность, его резервная емкость сокращается, а способность к перегрузкам снижается. В случае перегрузки это может привести к перегреву и даже повреждению трансформатора.

4.Возникновение токов нулевой последовательности в трансформаторе

При несимметричной нагрузке в трансформаторе появляется ток нулевой последовательности, величина которого зависит от степени дисбаланса. Наличие этого тока вызывает появление магнитного потока нулевой последовательности в сердечнике (в высоковольтной обмотке ток нулевой последовательности отсутствует). Этот поток вынужден замыкаться через стенки бака и стальные конструкции, которые имеют низкую магнитную проницаемость. Прохождение тока через стальные элементы вызывает дополнительные потери на гистерезис и вихревые токи, приводя к локальному нагреву. Это ускоряет старение изоляции обмоток и сокращает срок службы оборудования. Кроме того, ток нулевой последовательности увеличивает общие потери в трансформаторе.

5.Угроза безопасности электрооборудования

Трансформаторы проектируются для работы с симметричной нагрузкой, с примерно одинаковыми параметрами сопротивления обмоток, индуктивности рассеяния и намагничивающего сопротивления по фазам. При симметричной нагрузке фазные токи примерно равны, падения напряжения внутри трансформатора одинаковы, и выходное напряжение остается симметричным. При несимметрии фазные токи различаются, что вызывает неравномерное падение напряжения в обмотках и нарушение симметрии выходного напряжения.

Кроме того, при несимметричной нагрузке различие фазных токов приводит к появлению тока в нейтрали и соответствующему падению напряжения на ее сопротивлении. Это вызывает смещение нейтральной точки и изменение фазных напряжений: напряжение снижается на более нагруженной фазе и повышается на менее нагруженной. Такая ситуация может привести к повреждению оборудования у потребителей на фазе с повышенным напряжением и к невозможности нормальной работы устройств на фазе с пониженным напряжением. Таким образом, работа с несимметричной нагрузкой серьезно угрожает безопасности электрооборудования.

6.Снижение КПД электродвигателей

Несимметрия напряжения, вызванная несимметричной нагрузкой трансформатора, содержит три составляющие: прямой, обратной и нулевой последовательностей. Обратная последовательность напряжения создает вращающееся магнитное поле, противоположное полю прямой последовательности, что оказывает тормозящее действие. Однако поскольку поле прямой последовательности значительно сильнее, двигатель продолжает вращаться в прежнем направлении. Тем не менее, тормозящий эффект снижает выходную мощность двигателя и его КПД. Одновременно увеличиваются нагрев и реактивные потери двигателя пропорционально степени несимметрии. Поэтому работа электродвигателей при несимметрии напряжения крайне неэкономична и небезопасна.