Pro napájení většiny moderních budov se používá třífázová čtyř (nebo pěti) drátová síť s pevně uzemněným neutrálem.
V síti s 5 vodiči – 3 vodiče jsou fáze, čtvrtý vodič je nulový pracovní vodič (NRP), pátý vodič je nulový ochranný vodič (NZP).
V síti se 4 vodiči – 3 vodiče jsou fáze a čtvrtý kombinuje NRP a WIP.
Fáze jsou spojeny do hvězdy s vyvedeným nulovým vodičem.
Fázové spotřebiče jsou zapojeny mezi odpovídající fázi a nulový pracovní vodič (NRP). V tomto případě slouží nulový ochranný vodič (NZP) k provedení ochranného opatření „nulování“.
V ideální třífázové síti je napětí každé ze tří fází 220 V a síťová napětí jsou si navzájem rovna a činí 380 V.
Zobrazte vztah mezi lineárním a fázovým napětím nejjasněji pomocí vektorového diagramu.
Na obrázku vlevo vidíme ideální situaci:
Fázový zkreslení (napětí, nevyváženost, nevyváženost napětí) v tomto vektorovém diagramu bude vypadat takto:
Fázová nerovnováha způsobuje výskyt předpětí U0-U0′, což výrazně snižuje účinnost fázových spotřebičů, způsobuje narušení jejich výkonu a poruchy.
Příčiny fázové nerovnováhy
Existuje jak „externí“ fázová nerovnováha generovaná státní sítí (1), tak „interní“ nevyváženost způsobená vlastními spotřebiči (2).
Nevyváženost fází nevyhnutelně nastane, pokud jsou spotřebitelé elektřiny ve fázích rozmístěni nerovnoměrně. Ale i při rovnoměrném rozložení zátěže na jmenovitý výkon není možné udržet rovnoměrnost zátěže kvůli následujícím faktorům:
Fázová nesymetrie v třífázové síti (bez použití symetrizačního transformátoru) tedy bude probíhat téměř vždy. Jedinou otázkou je její míra. Mírné vychýlení (A) vede ke snížení životnosti zařízení. Silné zešikmení (B) vede k vypnutí zařízení a dokonce k selhání zařízení.
Důsledky fázové nerovnováhy
Odstranění fázové nesymetrie pomocí symetrizačního transformátoru TST
Hlavní funkce symetrizačního transformátoru TST:
Výkonová řada modelové řady: od 10 kVA do 1000 kVA
Jak TST funguje?
Princip činnosti TST je založen na efektu vyvažování – díky elektromagnetickému přerozdělení zátěže ve fázích. Přerozdělení se provádí takto:
Zátěže jsou připojeny ke všem třem fázím, takové přerozdělení umožňuje mnohem rovnoměrnější zatížení třífázové sítě.
Účinek použití TST:
Další funkce modifikovaných transformátorů TST:
Výhody TST oproti tradičním řešením
Tradičně se pro odstranění problémů spojených s nízkou kvalitou elektřiny používají třífázové stabilizátory napětí různých typů – elektronické, elektromechanické a další. O výhodách použití balančních transformátorů TST ve srovnání se stabilizátory napětí a také o rozdílech mezi těmito zařízeními jsme připravili samostatný podrobný článek.
Běžné problémy a řešení
Externí fázová nesymetrie generovaná státní sítí. Elektřina dodávaná ze státní sítě do vstupního rozvaděče podniku se vyznačuje výraznou napěťovou (fázovou) nesymetrií, která je způsobena nerovnoměrným zatížením fází a ztrátou elektřiny na straně státní sítě. To vede k poruše a selhání elektrických přijímačů.
řešení: instalace symetrizačního transformátoru mezi vstupním rozvaděčem a spotřebiči při současném odstranění vlivu nerovnoměrného zatížení fází.
Vnitřní fázová nerovnováha, generované vlastními napájecími přijímači v důsledku nerovnoměrného rozložení zátěže po fázích, nebo dokonce při rovnoměrném rozložení, nelze zohlednit současnost a dobu trvání zapínání spotřebičů, různé typy zátěží atd.
řešení: instalace symetrizačního transformátoru mezi státní sítí a spotřebiteli.
Nestabilní provoz a odpojení záložního zdroje (dieselového generátoru) z důvodu rozdílu procentuálního zatížení fáze od jmenovité hodnoty. Schopnost generátoru pracovat při nerovnoměrném zatížení ve fázích je charakterizována faktorem nevyváženosti. Pokud nerovnoměrnost zatížení překročí faktor nevyváženosti generátoru, pak se vypne.
řešení: instalace vyvažovacího transformátoru mezi dieselagregátem a spotřebiči.
Poruchy a poruchy v provozu zařízení (počítače, kancelářská technika, ochranná zařízení, automatizované linky a další spotřebitelé elektřiny) kvůli výraznému (10-15%) rozdílu v napětí fází státní sítě od jmenovité. Současně mohou jednotlivé spotřebiče přijímat napětí mnohem nižší (vyšší), než je požadováno./p>
řešení: instalace symetrizačního transformátoru mezi státní sítí a spotřebiteli.
Potřeba přímého připojení výkonného dvoufázového spotřebiče k síti (např. v hutnictví při připojování ocelo-tavicí lázně, ve stavebnictví při připojování svařovacích strojů). Přímé připojení výkonných dvoufázových spotřebičů k síti způsobuje značnou napěťovou nerovnováhu v síti a výskyt velkého proudu v nulovém vodiči. Rovněž není možné připojit výkonná dvoufázová zařízení kvůli různým požadavkům spotřebitelů z hlediska napětí, což prakticky vylučuje běžný provoz ostatních spotřebitelů.
řešení: transformace třífázové sítě na dvoufázovou síť pomocí symetrizačního transformátoru.
Nutnost připojení výkonnější jednofázové zátěže když je spotřeba energie omezená.
řešení: instalace symetrizačního transformátoru TST umožní zapínání jednofázových elektrických spotřebičů s výkonem až 50 % třífázového.
Potřeba vytápění konstrukcí (např. v podnicích vodárenských společností pro teplovody; na letištích při spojování jednotek pro tepelné zpracování dráhy).
řešení: ohřev elektrickým proudem pomocí speciální úpravy transformátoru TST-OR
Volba modelu symetrizačního transformátoru TST
Pro usnadnění výběru jsme představili celou řadu transformátorů TST v jediné tabulce podle funkčnosti a výkonu.
Kliknutím na libovolnou položku v tabulce se otevře stránka s podrobným popisem a charakteristikami odpovídajícího modelu transformátoru.
Bez stabilního napájení nemohou fungovat domácí spotřebiče ani průmyslová zařízení. Asymetrie zátěže a napětí nebo nevyváženost fází je hlavní příčinou poruch a poruch. S tímto jevem lze a mělo by se bojovat, což vyžaduje komplexní pochopení pravidel pro provoz třífázové elektrické sítě.
Exkurz do teorie elektrotechniky
Systém třífázového střídavého proudu byl zaveden do průmyslu před více než stoletím v podstatě ve stejné podobě, v jaké přežil dodnes. Hlavním vývojářem třífázové sítě je Michail Osipovič Dolivo-Dobrovolsky, domácí vědec, který vzal myšlenky Nikoly Tesly za základ svého vývoje.
Výhody třífázové sítě jsou zřejmé: pokud se při rotaci magnetického pole objeví proud symetricky a postupně na třípólovém vinutí generátoru, lze jeho tvar snadno využít k přeměně elektrické energie zpět na rotaci. V éře rozvíjejícího se vědeckého a technologického pokroku byla možnost svobodně používat elektrické stroje nesmírně důležitá a zůstává jí dodnes.
Nepřerušovaný napájecí zdroj AGM-7,5
Třífázový napájecí systém však není bez nevýhod. Napětí na každé z fází jsou vzájemně propojena faktorem symetrie. V třífázové síti se rozlišují dva typy elektrických napětí: lineární, působící mezi fázemi, a fáze, která se měří mezi fází a nulovým vodičem. Pokud je zatížení každé fáze stejné (symetrické), je síťové napětí √3násobkem fázového napětí. Vzhledem k tomu, že změna polarity napětí na každé fázi se střídá s ostatními a částečně se prolíná v čase, vede výrazná nerovnoměrnost v rozložení zátěže k nestabilnímu provozu celého systému.
Příčiny a důsledky fázové nerovnováhy
S výskytem asymetrie zátěže dochází ke ztrátě fázového napětí na jedné z fází, zatímco síťové napětí zůstává konstantní. Obvod, kterým jsou připojeny třífázové zátěže, lze považovat za dělič napětí: jeho úbytek na nejvíce zatížené fázi bude maximální díky nízkému odporu, zatímco na nejméně zatížených fázích se napětí zvýší a bude mít tendenci k lineárnímu. Jinými slovy, napětí na fázích je rozloženo v poměru k připojené zátěži.
Pozorujeme to v domácích elektrických sítích: všichni spotřebitelé jsou připojeni k různým fázím, ale není zaručeno, že při přísné individualitě provozních režimů a výkonu elektrického zařízení bude zátěž rozložena rovnoměrně. Proto je nejběžnější schéma pro připojení zátěží v třífázové síti, nazývané “hvězda”, doplněno neutrálním vodičem připojeným k centrálnímu bodu a elektricky připojeným k uzemňovacímu systému. Díky tomuto přídavku je výrazně snížen vliv nesymetrických zátěží na fázová napětí, přičemž účinnost vyrovnávání je vysoce závislá na vodivosti nulového vodiče.
Pokud je vodivost nedostatečná nebo se nulový vodič přeruší, asymetrie zátěží se opět zvýší a způsobí nerovnoměrné rozložení fázových napětí. Tento režim provozu elektrické sítě je plný vážných důsledků: se zvýšením napětí u každého aktivního spotřebitele se proud zvyšuje až na mezní hodnoty, kapacitní filtry zařízení pro přeměnu energie selhávají, zvyšuje se pravděpodobnost poruchy izolace, přehřívání a u třífázových motorů je pozorován nárůst parazitních proudů. Nulový výpadek v městské síti jistě způsobí poškození elektrospotřebičů připojených k nechráněné pobočce, i když zrovna nefungují. Často je poškození zařízení nevratné, navíc se výrazně zvyšuje pravděpodobnost požáru. Fázová nesymetrie také negativně ovlivňuje třífázové zdroje energie – snižovací výkonové transformátory a třífázové generátory.
Obnova nulového vodiče
Pro přenos elektřiny na velké vzdálenosti se používají kolosální napětí, díky nimž je možné zmenšit průřez vodičů na rozumné hodnoty. Jak se přibližujete ke spotřebiteli, dochází ke skokovému poklesu napětí pomocí výkonových transformátorů a postupnému rozvětvení elektrické sítě. Není třeba připojovat transformátory nulovým vodičem, takový úžasný vodič, jako je zemská kůra, tento úkol skvěle zvládne. K nulovému zlomu tedy může dojít pouze v konečné fázi transformace: v útlumové rozvodně 6–0,4 kV nebo v jakémkoli místě distribuční sítě nízkého napětí.
Abychom zjistili, kde je možné přerušení nulového vodiče, pojďme se obrátit na klasický příklad – třífázovou napájecí síť pro bytový dům. V technickém kanálu spojujícím podlahové plochy lze položit třížilový kabel a společnou domovní zemnící sběrnici. Je také možné připojit neutrální sběrnici k zemní smyčce rozvodny pomocí čtvrté kabelové žíly. Téměř ve všech případech je určení místa zlomu vcelku jednoduché, stačí pouze změřit voltmetrem elektrický potenciál mezi nulovou sběrnicí a zemí. Pokud zařízení vykazuje hodnoty blízké odchylce fázového napětí od normy, musí být místo poškození prohledáno dříve podle schématu směrem k rozvodně.
U nadzemního elektrického vedení je situace jiná. Nulový vodič následuje spolu s fázovými vodiči po celé délce distribuční sítě, počínaje rozvodnou nebo transformátorem. Přirozeně nikdo nebude nezávisle měřit napětí mezi nulovým vodičem a zemí na každém pólu nadzemního elektrického vedení. Útes lze určit pouze vizuálně a ještě lépe – silami pracovníků záchranné služby. Kromě toho poznamenáváme, že nemá smysl nezávisle uzemňovat nulový vodič v oblasti jeho odpovědnosti, protože v tomto případě bude celá síť vyložena podél spotřebitelského vodiče, což znamená, že proud bude protékat měřícím zařízením.
Invertorové fázové stabilizátory
Asymetrií napětí a proudů trpí nejen spotřebitelé s jednofázovým připojením, ale také třífázové účastnické sítě, včetně průmyslových. Jedním z nejúčinnějších způsobů, jak vyřešit problém fázové nerovnováhy, je instalace fázového stabilizátoru. Na rozdíl od běžných stabilizátorů napětí pro domácnost eliminují fázové stabilizátory asymetrii zesílením nebo přerozdělením zátěže.
Ve skutečnosti může být funkce vícefázového vyrovnávacího stabilizátoru vykonávána sestavou tří jednofázových stabilizátorů napětí. Pokud se však tři zařízení spojí do jednoho, může to slibovat značné výhody. Princip činnosti třífázového zařízení spočívá v tom, že má jedno zařízení pro ukládání a přeměnu energie, kterým je pulzní transformátor. Stručně řečeno: jednofázový stabilizátor instalovaný na nejvíce prověšené fázi je nucen kompenzovat nárůst napětí zvýšením spotřeby energie, což je doprovázeno silným poklesem účinnosti měniče.
Třífázové stabilizátory zase odebírají energii potřebnou pro vyrovnání z fází, na kterých je napětí vyšší než jmenovité napětí, díky čemuž je množství konverzních ztrát mnohem nižší. V tomto případě dochází k dodatečnému zatížení nezatížených fází, to znamená, že se stabilizuje nejen spotřebitel, ale také částečně napájecí síť. Přítomnost společného měniče také umožňuje udržovat třífázovou síť v případě dočasné absence napětí na jedné z napájecích fází.
Třífázový stabilizátor napětí FNEX SBW 100
Ne bez jeho nevýhod. Za prvé je to složitost zařízení a vysoká cena třífázových stabilizačních zařízení. Fázové stabilizátory se z velké části používají při napájení malých podniků vybavených elektrickým zařízením s celkovým příkonem do 80–100 kVA: kotelny, základnové stanice mobilní komunikace, nábytkářské dílny. Pro výkonnější spotřebitele jsou k dispozici další způsoby stabilizace.
Vyvažovací transformátory
Dalším typem zařízení pro stabilizaci proudů a napětí jsou balanční transformátory. Mají širší rozsah připojeného výkonu. Pro sítě s příkonem do 400 kVA se doporučuje instalovat nízkonapěťové transformátory typu TST, pro výkonnější – symetrizační transformátory 6 / 0,4 kV typu TMGSU.
Oba typy transformátorů se od klasických výkonových liší tím, že mají přídavné vinutí. Je umístěn paralelně s primárními vinutími a je zapojen mezi pracovní nulu a zemní smyčku středního bodu transformátoru. Princip činnosti je jednoduchý: když se v nulovém vodiči objeví asymetrie zátěže, vznikne proud, který se přenese do magnetického jádra transformátoru a poté přitáhne nejvíce zatíženou fázi. Kompenzace se provádí automaticky kvůli rozdílu v periodách oscilací různých fází.
Transformátory TMGSU se prakticky neliší od nízkonapěťových balunů. Umístění fázového balancéru na snižovací transformaci jednoduše eliminuje potřebu dalšího konverzního obvodu a v souladu s tím zabraňuje dalším ztrátám v magnetickém obvodu. Jednoduchost, spolehlivost a nízká cena dělají z balančních transformátorů nejlepší řešení pro sítě s nízkými požadavky na čistotu sinusoidy. Transformátory však nemají tak širokou škálu ochranných a stabilizačních funkcí, jako mají přístroje invertorového typu.
Přepěťová ochrana
A co spotřebitelé s jednofázovým připojením? Pravděpodobnost warpu a jím způsobený nárůst napětí bohužel nelze nějak ovlivnit. K takovým jevům čas od času dochází v důsledku nedostatečného vybavení páteřních sítí, nedostatku práce na predikci zatížení a žalostného technického stavu elektrizačních soustav.
Stále je však možné chránit vlastní elektrická zařízení. Nejjednodušším způsobem je instalace napěťového relé, které vypne napájení objektu, když se v síti objeví maximální provozní parametry. I když je dočasný výpadek napájení v zařízení nepřijatelný, existují dva způsoby, jak se chránit proti fázové nesymetrii: instalace jednofázového stabilizátoru nebo vybavení vstupní distribuční skupiny ATS autonomním zdrojem energie.
Líbil se vám článek? Přihlaste se k odběru kanálu, abyste byli informováni o nejzajímavějších materiálech
