Допустимый перекос фаз, причины возникновения и способы устранения
Это явление, возникающее в трехфазных четырех- и пятипроводных электрических сетях с глухозаземленной нейтралью. Данное состояние сети отличается несимметрией токов и напряжений с разными амплитудами напряжений углами между ними.
Для лучшего понимания и большей наглядности процесса предлагаем сравнить векторные диаграммы напряжений трехфазных сетей. Диаграмма 1 отличается идеальной взаимосвязью линейных и фазных напряжений, на диаграмме 2 хорошо видна несимметрия напряжений сети, т. е. имеет место перекос фаз.
Причины возникновения
В большинстве случаев к этому аварийному режиму приводит неравномерное распределения нагрузки – когда одна или две фазы перегружены. В этом случае высокие токи потребления на них приводят к неизбежному увеличению напряжения на других фазах.
Нередко, причиной несимметрии напряжения сети является неполнофазный режим, опасный не только для нагрузок с питающим напряжением 220 В, но и для трехфазного оборудования. Так, отсутствие одной фазы в линии может привести к возрастанию токов в остальных.
Обрыв нулевого провода. Режим работы линии при отсутствии рабочего нуля (N) можно отнести к разряду неполнофазных. Нарушение соотношений токов нагрузки на в таких случаях неизбежно вызывает изменение фазных напряжений (Uф). Отклонения напряжений зависит от соотношения мощностей нагрузки по фазам. В некоторых случаях Uф может достигать линейных значений (380 В).
Замыкание одной из фаз с рабочей нейтралью (“нулем”) и несработка по каким-либо причинам автомата защиты (неисправность, большая длина участка линии между местом КЗ и автоматом и пр.). В этом случае также происходит увеличение Uф на других проводниках.
Способы устранения
Несомненно, лучшим способом предотвращения несимметрии напряжения является планирование равномерного распределения предполагаемой нагрузки по фазам сети еще на стадии проектирования электроустановки.
Для устранения возникшей несимметрии напряжения в ходе эксплуатации электрической сети производят замеры токов по фазам и перераспределением нагрузок (переключение с более загруженных на менее нагруженные фазы) добиваются равных токов потребления.
В быту для обеспечения допустимого напряжения питания отдельных приборов или их группы нередко используют однофазные стабилизаторы напряжения, в трехфазных сетях – соответственно, трехфазные устройства.
Совет
Однако, следует учитывать, что выравнивание значения Uф до допустимого с использованием трехфазного стабилизатора неизбежно сопровождается отклонением от нормы на других фазах.
Таким образом, можно говорить об эффективности его использования для предотвращения отклонения напряжения на одной (контролируемой) фазе, но его отклонение от нормы на других может стать вторичной причиной возникновения несимметрии напряжении.
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.
| Сергей Никитин. |
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:
AB=BC=CA=380 В;
AN=BN=CN=220 В.
При этом напряжения AB, BC, CA в 1,73 раза больше напряжений AN, BN, CN.
Трехфазный генератор, который используется для питания всех бытовых приборов и промышленных сетей, должен обеспечивать эти уровни напряжений в широком диапазоне нагрузок.
Нарушение симметрии в высоковольтных сетях
Инверторные сварочные аппараты способны нарушить распределение нагрузки тока
В сетях высокого напряжения появление нежелательной асимметрии связано с наличием мощных однофазных нагрузок или трехфазных потребителей с неодинаковым распределением по фазам. Источниками перекоса в промышленных сетях 0,38-10 кВ являются различные типы плавильных электропечей (рудотермические, индукционные и подобные им нагревательные установки). К перечню создающего асимметрию оборудования следует отнести инверторные сварочные аппараты, отличающиеся высокими токами потребления и способными нарушить равномерность распределения по нагрузкам.
Мощными источниками опасной асимметрии являются тяговые подстанции железнодорожного транспорта, поскольку современные электровозы представляют собой однофазные потребители электрической энергии. Их мощность достигает нескольких сотен киловатт, что только увеличивает вероятность нарушений при распределении нагрузок.
Убедиться в их наличии можно с помощью специальных токоизмерительных клещей, посредством которых удается проверить цепи, работающие с перегрузкой. При обнаружении в одной из фаз токовых значений, заметно превышающих допустимые величины, можно смело говорить о наличии опасного перекоса.
Основные причины подобного явления
Главным фактором возникновения такой ситуации принято считать неравномерное и неправильное по технологии распределение рабочей нагрузки во внутренней сети. В таких случаях неизбежно проявляется перегрузка одной из фаз. Следствием происходящего процесса обязательно становится недогруз двух остальных фаз.
Наличие всего одной фазы не гарантирует стабильность нагрузки. В моменты подключения к питанию значительного количества техники бытового назначения практически всегда проявляется перегрузка. Мощность вследствие перекоса падает, и работа приборов прекращается.
Работа во внештатном режиме приводит к значительным поломкам оборудования. Наиболее уязвимыми в этом плане для практически всех устройств будут двигатели. Следовательно, вероятность их выхода из строя наиболее высока. Токоизмерительные клещи – оптимальный способ выполнить проверку для определения зоны перекоса и уточнить, какая цепь подвержена перегрузке.
Нейтраль глухозаземленного типа – обязательный элемент трехфазной цепи. Главная ее функция – это выполнить в цепи выравнивание распределения в случае его неравномерности. Но эту функцию приобретает одна из фаз при ситуации с обрывом нуля. На ней напряжение будет 380 вольт, а на других участках всего 127, а во многих случаях и ниже.
Что же собой представляет перекос фаз с точки зрения электротехники?
Трехфазную электрическую сеть в идеале можно представить равносторонним треугольником с нейтральной точкой в его середине. Он отражает работу силового трансформатора на подстанции, которая установлена в каждом микрорайоне города и предназначена для равномерного распределения электричества по всем потребителям. Стороны этого треугольника – это векторные линии, соединяющие его вершины. Обозначив вершины точками A, B, C и нейтралью N, можно составить таблицу напряжений и зависимость между ними:
AB=BC=CA=380 В;
AN=BN=CN=220 В.
При этом напряжения AB, BC, CA в 1,73 раза больше напряжений AN, BN, CN.
Идеальный трехфазный генератор, который обычно используется для питания всех бытовых приборов и промышленных сетей, должен обеспечивать эти уровни напряжений в широком диапазоне нагрузок.
Чем опасен перекос фаз.
Во время перекоса наблюдается неравномерная нагрузка на фазы – на задействованной напряжение падает ниже нормы, тогда как недогруженная фаза испытывает скачок напряжения, превышающий допустимые показатели. Результаты такого положения могут быть плачевными для многих электроприборов. Это вызвано тем, что отдельный прибор может либо недополучать требующейся мощности, либо получать ее в избытке. Особенно такое положение опасно для приборов, потребляющих много энергии: двигателей для ворот, насосов, оборудования, использующегося в бассейнах и при поливе.
Вернемся: как исправит проблему с перекосом фаз?
Предотвратить негативные последствия для оборудования от перекоса между фазами позволяет трехфазный автомат. Если мощность в одной фазе превышаю предусмотренную нагрузку, автоматически отключается электричество во всем доме/линии. Это не является решением ситуации, потому что лишь подобный подход не позволяет использовать всю доступную мощность. К примеру, при трехфазном автомате на 16А, при превышении нагрузки на одной фазе 16А – система отключится, но это не позволяет полностью использовать всю возможную мощность 48А (16Х3).
Идеальным вариантом является планирование всех мощностей на начальном этапе проектирования здания, таким образом можно равномерно распределить напряжение между всеми фазами, предотвратив тем самым перекос. Если же здание уже сдано в эксплуатацию – можно замерить напряжение на каждой фазе в отдельности, для этого используется вольтметр, и при необходимости осуществить перераспределение.
Реальные рабочие условия
При стандартном распределении на дом с тремя подъездами обычно одна фаза используется для питания одного подъезда, вторая для второго и третья, соответственно, для третьего. Это позволяет равномерно нагрузить развязывающий понижающий трансформатор на подстанции и обеспечить ему оптимальные режимы работы. Но это справедливо, только если нагрузка примерно одинакова, притом как в активной, так и реактивной составляющей.
Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.
Что такое перекос фаз, как исправить эту проблему. : 46 комментариев
Статья хорошая, на практике часто встречался с подобным, хотя по распределению фаз по подъездам могу не согласится,, например у нас в доме в подъезд заходит все три фазы, между которыми равномерно распределены квартиры. и в каждом подъезде есть свой распредщит. так что все зависит от обслуживающей дом, район, город РЭСа. Хочу спросить, фото из жизни.
Олег, здравствуйте.Спасибо за комментарий. В конце вы просите фото из жизни.Я не понял какое фото?
Юрий, здравствуйте Спасибо за статью, и все-таки такой вопрос. Предположим, что у себя в доме я распределил нагрузку и вcе три фазы нагружены равномерно. А перед моим домом творится все, что угодно — получается, что только своими мероприятиями обезопасить себя от перекоса фаз нельзя?
Конечно нет. Дружище, почитай комментарии.
Нет, я спрашиваю, фото в статье, взято из собственного опыта или нет.
«>
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.
Перекос фаз в трехфазной сети: причины и последствия
У конечных потребителей сетей централизованного электроснабжения, которое является трёхфазным, применяется напряжение 220 В. Это фазное напряжение. Три фазы распределяются между несколькими потребителями.
Они подключаются к сети не одновременно и с неодинаковыми нагрузками.
Поэтому необходимо использование нейтрали чтобы обеспечивать подачу фазного напряжения каждому потребителю при несимметричной нагрузке в этой трёхфазной сети.
Суть проблемы
Но поскольку существует ограничение по мощности конечных трансформаторных подстанций, при упомянутых выше нагрузках величины фазных напряжений изменяются соответственно нагрузкам.
У более нагруженной фазы напряжение уменьшается например до 195 – 205 В, а менее нагруженной увеличивается до 245 В и более.
Последствием таких нагрузок является ток в нейтрали, который по своей величине может быть близким к току нагруженной фазы.
Как следствие этого – увеличение потерь. Они есть в кабельных и воздушных линиях электропередачи, трансформаторных подстанциях, и даже в высоковольтных ЛЭП питающих эти подстанции.
Особенно характерно такое «смещение нейтрали» – термин, характеризующий фазные напряжения при несимметричных нагрузках в трёхфазной сети, для жилого сектора потребителей электроэнергии.
При этом повышение напряжения является небезопасным для некоторых бытовых электроприборов.
Совет
Используемые в инфраструктуре жилого фонда трёхфазные асинхронные двигатели уже при двухпроцентной асимметрии испытывают дополнительный нагрев обмоток, что заметно сокращает срок службы изоляции.
Причём дальнейшее увеличение асимметрии в разы, то есть всего лишь до 4 – 6% вызывает рост общих потерь почти в два раза. То же относится и к лампам накаливания и люминесцентным лампам.
При повышении напряжения всего лишь на пять процентов спирали в них почти в два раза быстрее перегорают.
Что делать при перекосе фаз?
Чтобы уменьшить смещение нейтрали перед подстанциями рекомендуется устанавливать специальные симметрирующие автотрансформаторы. Схемы включения таких трансформаторов приведены ниже на изображениях.
Приведенные выше схемы применимы также с глухо заземлённой нейтралью нагрузки при отсутствии технической возможности встраивания компенсационной автотрансформаторной обмотки в нулевой провод, соединяя через эту обмотку нагрузку с сетью.
Поскольку увеличение нагрузки например в фазе А вызовет увеличение тока в этой фазе, напряжение на соответствующей последовательно включённой обмотке автотрансформатора тоже увеличится и произойдёт компенсация падения напряжения пропорциональная силе тока нагрузки. Установка автотрансформаторов вблизи распределительной подстанции обеспечивает наилучший эффект. Когда с этой подстанции электроэнергия по разделённым фазам подаётся потребителям, становится возможным симметрирование напряжения.
Работа этих устройств вносит искажения в синусоидальную форму напряжения питающей электросети.
Следствием подобных искажений являются тепловые потери во всех работающих электрических машинах, подключенных к этой электросети.
Компенсация смещения нейтрали с использованием специального автотрансформатора весьма недешёвый способ борьбы с потерями электроэнергии при смещении нейтрали при несимметричной фазной нагрузке. Однако положительный эффект от этого способа получается непрерывно и быстро окупает все расходы.
Перекос фаз: определение, причины его возникновения и способы защиты
В однофазном режиме значение напряжения должно составлять 220 вольт, а при трёхфазном — 380 вольт. Но в реальности эти числа практически не встречаются.
Поэтому проверив значение напряжения в розетке, можно наглядно убедиться в существовании перекоса фаз.
Чтобы приблизить значение напряжения к стандартным значениям, необходимо понимать, что подразумевается под словосочетанием «перекос фаз», его причинами и возможными способами устранения.
- Суть понятия
- Причины возникновения
- Способы защиты
- Последствия перекоса
Фаза — это электрическая цепь с некоторым значением синусоидальной электродвижущей силы.
Трёхфазная цепь, в свою очередь, состоит из трёх электрических цепей, которые владеют синусоидальной электродвижущей силой с одинаковой амплитудой и частотой тока.
Трёхфазная сеть состоит из трёх синусоидальных токов или напряжений, которые имеют одну частоту и сдвинуты по фазе на угол, равный 120 градусам.
Если потребителей электрической энергии подключить к фазам сети неравномерно — например, большинство сосредоточить в одной, а в двух других их будет гораздо меньше — это приведёт к асимметрии напряжения. При этом в трёхфазных четырёхпроводных сетях несимметричность параметров будет менее заметна, так как нулевой провод выравнивает неравномерность напряжения по фазам.
Причины возникновения
Нарушение симметричности напряжений в трёхфазной цепи — нежелательная ситуация. Поэтому для того чтобы её устранить, необходимо понять, почему она может возникнуть. Причины перекоса фаз в трёхфазной сети сводятся к основным трём обстоятельствам:
- неравномерное группирование потребителей;
- отсоединение нулевого провода;
- замыкание фазного провода на землю.
При неправильном распределении потребителей в трёхфазной трёхпроводной цепи, напряжение на них будет существенно отличаться. Потребители, обладающие наименьшим сопротивлением, окажутся под повышенным напряжением. Токоприёмники с большим значением сопротивления будут иметь напряжение, не достигающее оптимального значения.
На источниках электроэнергии неравномерное распределение напряжения по фазам скажется в виде увеличенного потребления энергии, повреждений изоляции, износа, сокращение срока службы. При использовании автономного дизельного генератора увеличится расход топлива и охлаждающего вещества.
Снижение качества электрической изоляции для потребителей чревато такими последствиями:
- повреждение, поломка бытовых приборов или электрической проводки;
- возникновение пожара;
- получение травм;
- выход из строя электроприборов.
Способы защиты
Устранить нежелательное явление перекоса можно с помощью организационных мероприятий и установкой защитной аппаратуры.
К организационным мероприятиям относится правильное распределение нагрузки по всем фазам с учётом мощности. Недостатком является тот факт, что при всём желании проектировщика произвести очень точное размещение, особенно при подключении квартир, домов, невозможно.
Защитная аппаратура, которую можно установить:
- Трёхфазный автоматический выключатель.
- Трёхфазный стабилизатор напряжения.
- Реле контроля фаз. Особенно целесообразно использовать реле совместно со стабилизаторами напряжения.
- Симметрирующие трансформаторы. По строению они отличаются от силовых тем, что имеют дополнительную обмотку, которая включается между заземлением средней точки и нулём.
Недостатки трёхфазных стабилизаторов:
- излишний расход электроэнергии;
- низкая надёжность работы из-за частой смены деталей;
- принцип работы, способствующий появлению перекоса фаз.
Последствия перекоса
Наиболее просто обнаружить неравномерность напряжения даже без вольтметра в быту. При его пониженном значении бытовые приборы могут не включаться, осветительные приборы будут гореть очень тускло.
Последствия неравномерного распределения нагрузки:
- ухудшение качества электроэнергии;
- появление уравнительных токов, из-за которых потери электроэнергии увеличиваются;
- неэффективная работа электрооборудования, снижение качества электрической изоляции и, как следствие, уменьшение срока службы аппаратуры.
Перекос фаз — явление крайне нежелательное, но, к сожалению, довольно распространённое при работе электрооборудования. Полностью искоренить его почти невозможно. Поэтому необходимо следить, чтобы отклонения значения напряжений всегда находились в допустимых пределах. Это обеспечит длительный срок службы электроприборов и сохранит здоровье и жизнь обслуживающему персоналу.
Перекос фаз. Что это такое и с чем он связан? Как исправить?
Одним из выдающихся благ цивилизации является электричество. Благодаря тому, что это открытие в наше время так распространено, жизнь общества в целом, и каждого человека в отдельности, значительно упростилась и стала более комфортной.
Вместе с тем, время от времени, в электросети могут возникать трудности, требующие решения. С ростом средней мощности бытовых приборов и техники, установленной в одном месте, например, в квартире, нередко возникает явление, называемое перекосом фаз.
В таких случаях, очень многие задаются вопросом, какие причины вызывают перекос фаз? И так, давайте разбираться.
Что же собой представляет перекос фаз
Трехфазную электрическую сеть в идеале можно представить равносторонним треугольником с нейтральной точкой в его середине.
Перекос фаз
Он отражает работу силового трансформатора на подстанции, которая установлена в каждом микрорайоне города и предназначена для равномерного распределения электричества по всем потребителям. Стороны этого треугольника – это векторные линии, соединяющие его вершины. Обозначив вершины точками A, B, C и нейтралью N, можно составить таблицу напряжений и зависимость между ними:
- AB=BC=CA=380 В
- AN=BN=CN=220 В
При этом напряжения AB, BC, CA в 1,73 раза больше напряжений AN, BN, CN. Идеальный трехфазный генератор, который обычно используется для питания всех бытовых приборов и промышленных сетей, должен обеспечивать эти уровни напряжений в широком диапазоне нагрузок.
Причины перекоса фаз
Причин перекоса может быть несколько, однако, наиболее распространенной является причина, связанная с неправильной и неравномерно распределенной нагрузкой в фазах внутренних сетей. В случае возникновения перекоса на объекте с трехфазным питанием, это означает, что одна или две фазы работают с перегрузкой, тогда как другие фазы имеют гораздо меньшую нагрузку.
Однофазные потребители нередко попадают на одну фазу, и в этом случае перекос фаз образуется при одновременном включении большого количества бытовой техники. Первыми признаками перекоса могут быть бытовые приборы, мощность которых заметно упала, или они вообще перестали работать. Освещение становится тусклым, а лампы дневного света начинают мерцать.
Важно
Основная опасность ситуации состоит в том, что бытовые приборы начинают работать некорректно, и появляется реальная возможность поломок вплоть до полного выхода их из строя. Наибольшая часть негативных последствий приходится на различные виды электродвигателей, которые установлены почти во всех приборах.
После того, как выяснился вопрос, что такое перекос фаз и с чем он связан, необходимо рассмотреть основные способы борьбы с этим явлением. Следует сразу отметить, что данные способы не являются универсальными, а подходят только для конкретных ситуаций.
Устранение перекоса фаз
Для того, чтобы избежать перекос фаз, необходимо осуществить тщательное планирование всех мощностей и рассчитать все возможные нагрузки с их правильным распределением по фазам. Как правило, составляется подробный электропроект на квартиру или дом.
При эксплуатации необходимо выполнять проверку тока с помощью специальных тестеров. Если возникнет необходимость, должна быть выполнена переброска однофазных нагрузок с более загруженных фаз на менее загруженные.
Ток на каждой фазе трёхфазного автомата должен быть тщательно измерен, после чего нужно перераспределить однофазные нагрузки так, чтобы токи на каждой фазе были приблизительно равными.
Эта работа должна выполняться только профессионалом, имеющим специальное оборудование.
Защита от внешнего перекоса фаз может быть исполнена с помощью стабилизаторов напряжения. На каждую фазу устанавливают определённый стабилизатор. Это будет более эффективно, чем установка одного трёхфазного стабилизатора.
В заключение необходимо подчеркнуть, что перекос фаз может стать причиной повреждения или полного выхода из строя электроприборов. Следовательно, для её устранения необходимо установить стабилизаторы или привлечь профессионалов, которые квалифицированно спроектируют электросеть.
Защита от перенапряжения. Что поможет защитить сеть?
Источник бесперебойного питания для частного дома.
