Допустимый перекос фаз по току: Перекос фаз в трехфазной сети — чем опасен и когда возникает

Опубликовано автором

Содержание

Перекос фаз в трехфазной сети — чем опасен и когда возникает

Оглавление

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:

  1. 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.
  1. 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.

Какие нормы на перекос фаз?

Стоимость электролаборатории

Виды измерений электролаборатории

Периодичность измерений электролабораторией

Электролаборатория » Вопросы и ответы » Какие нормы на перекос фаз?

Настоятельно рекомендуем избегать перекоса фаз на строящихся объектах, и особенно на объектах, которые реконструируются. Очень просто этого избежать ещё на стадии проектирования, когда проектировщик исходя из данных мощностей электрооборудования, распределяет нагрузки равномерно. Бывают случаи, когда расчёты оказываются неверными по тем или иным причинам и происходит перекос фаз. Нужно очень внимательно следить за соблюдением нормативных  документов для исключения аварийных ситуаций.

Баланс нагрузок между фазными проводниками питающей сети зданий общественного назначения должно быть распределено таким образом, чтобы соотношение между токами наиболее загруженных и наименее загруженных фазных проводников не выходило за пределы 30% в распределительных щитах или щитках и 15% в панелях ВРУ. Прочитать данный норматив вы можете в СП 31-110, редакции 2003 года, пункт 9.5.

Так-же рекомендуем Вам ознакомиться с ГОСТ 13109-97 – О КАЧЕСТВЕ ЭЛЕКТРО ЭНЕРГИИ, п.п 5.5. В этом пункте говорится о несимметрии напряжений (в простонародии “перекос фаз”) характеризующиеся следующими показателями: 1. коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности; 2. коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности. Допустимые значения коэффициента несимметрии напряжений равны 2,0 и 4,0 % соответственно. 

Это касается всех, кто не доволен низким напряжение в сети, в следствии чего, горение светильников происходит в пол накала, скачками напряжения выражающимися кратковременными вспышками тех-же светильнов. Эти признаки очень часто встречаются в дачных кооперативах, садовых товариществах и деревнях. Если вас тревожат данные проблемы обращайтесь в электролабораторию и мы поможем их решить.

Основным и практически единственным способом проверить и определить перекос фаз является измерение токов на фазных проводниках в ВРУ или распределительных щитах. Данное измерение проводится токовыми клещами, например, наши инженеры пользуются цифровыми клещами токоизмерительными CMP-1. Они точные и очень удобны своим маленьким размером, позволяющим подлезть к любому проводнику в стеснённых условиях. Необходимо при максимально полной нагрузке измерить протекающий ток и сравнить показания. Эти показания не должны отличаться на 15% в ВРУ и на 30% в распределительных щитах.

Внимание: перекос фаз может повлиять на работоспособность бытовой техники и даже вывести её из строя!

Важным параметром фаз является правильное чередование. Соблюдение правильности чередования фаз важно в случаях подключения электродвигателей. При нарушении чередования фаз, двигатель может вращаться в обратную сторону или выйти из строя. Проверить чередование фаз можно прибором TKF-11.

Блог

Электролаборатория в ЖК «Достояние»

Электролаборатория в ЖК «Достояние»узнать больше…

Электролаборатория в ЖК Маяк

Наша электролаборатория работает в ЖК “Маяк”узнать больше…

Электролаборатория в ЖК Наследие

Наша электролаборатория работает в ЖК “Наследие”узнать больше…

Не дозвонились?

Заказать звонок

мы перезвоним!

Только в
10%
позвоните нам
для получения скидки

Новости

ЖК Семеновский парк появилась прописка

Новый ЖК в московском районе Соколиная гора!!! …узнать больше…

В юго-восточных районах Москвы восстановлено электроснабжение

Снабжение электричеством жилых домов на юго-востоке столицы восстановлено . ..узнать больше…

Освещать Москву начали 289 лет назад

В этот день, 27 ноября, только в 1730 году, началось непрерывное освещение Москвы …узнать больше…

ПРИЧИНЫ, ПОСЛЕДСТВИЯ И ЗАЩИТА – Помехи напряжения

В трехфазных системах асимметрия тока определяется как максимальное отклонение любого фазного тока от среднего, деленное на средний ток. Текущий дисбаланс может возникнуть по причинам, находящимся под контролем конечного пользователя или вне контроля конечного пользователя. Некоторые из причин небаланса тока (или дисбаланса):

  • Несбалансированное напряжение источника от электросети
  • Unequal impedance of three phase distribution system
  • Unequal distribution of single-phase loads
  • Unbalanced loads across each phase
  • Mismatched transformer taps
  • Faulty contactor, loose connection
  • Single phase потери

В трехфазной системе асимметрия напряжения возникает, когда фазное или линейное напряжение отличается от номинального сбалансированного состояния. Нормальное сбалансированное состояние — это когда напряжения трех фаз одинаковы по величине и векторно смещены на 120 градусов. Дисбаланс напряжения может быть вызван разницей в величине напряжения или фазового угла, или того и другого . Стандарт NEMA для электродвигателей рекомендует, чтобы максимальный дисбаланс напряжения составлял 1% без снижения номинальных характеристик. При дисбалансе напряжения свыше 1 % необходимо снизить номинальную мощность двигателя (см. рис. 6). Асимметрия напряжения приводит к асимметрии тока , перегреву, повреждению или сокращению срока службы асинхронных двигателей.

Ссылка на калькулятор асимметрии напряжения

Рис. 1: График, показывающий фазный ток и асимметрию тока в процентах

Дисбаланс напряжения может создавать проблемы для цепей двигателя, особенно для двигателей, питаемых от сети. Дисбаланс напряжения в двигателях с питанием от ЧРП также приводит к дисбалансу тока, но разница в том, что фаза с наибольшим напряжением будет нести наибольший ток, поэтому нагрузка ЧРП имеет тенденцию немного смягчать дисбаланс напряжения. Дисбаланс напряжения с нагрузкой ЧРП обсуждается в статье по ссылке ниже.

Связь с асимметрией напряжения

Из компонентов последовательности мы знаем, что несимметричное напряжение будет иметь компоненты напряжения прямой и обратной последовательности, тогда как чисто симметричное напряжение будет иметь компоненты только прямой последовательности.

Ссылка на компоненты последовательности

Проблема с нагрузкой асинхронного двигателя заключается в том, что напряжение обратной последовательности индуцирует ток обратной последовательности в обмотке ротора двигателя. Асинхронный двигатель имеет более низкий импеданс к току обратной последовательности по сравнению с током прямой последовательности . Типичный диапазон соотношения между импедансом прямой и обратной последовательности в асинхронном двигателе составляет от 3 до 10.

Поскольку полное сопротивление обратной последовательности асинхронного двигателя низкое, небольшой дисбаланс напряжения приведет к большому току обратной последовательности в обмотках ротора. Векторы обратной последовательности вращаются в направлении, противоположном вектору напряжения прямой последовательности, что означает, что ток, индуцируемый в обмотке ротора, в два раза превышает частоту питания (пример: 120 Гц для системы 60 Гц) и будет создавать крутящий момент при вращении, противоположном желаемому направлению вращения. Ток двойной частоты в роторе приводит к повышению температуры и может привести к повреждению обмотки. Повышение температуры двигателя 10 o C выше его номинала сократит ожидаемый срок службы двигателя на 50%.

Может ли реле перегрузки по току [TOC] защитить двигатель от асимметрии тока?

Увеличение среднеквадратичного значения чистого тока статора из-за асимметрии напряжения не очень значительно, и для отключения элемента перегрузки по току (TOC) может потребоваться много времени. Помните, что ток ротора с двойной частотой индуцирует , что в конечном итоге приводит к повреждению двигателя. Ток двойной частоты приводит к более высоким потерям на вихревые потоки и в сердечнике, которые не могут быть учтены элементами TOC. По этой причине для асинхронного двигателя рекомендуется использовать реле защиты от небалансного тока.

Усовершенствованные реле защиты двигателя имеют тепловые модели, которые могут рассчитывать эффекты нагрева токов обратной последовательности, возникающие в результате асимметрии. Тепловая модель рассчитывает энергию, рассеиваемую внутри двигателя из-за блокировки ротора, перегрузки, нормального тока двигателя, неуравновешенного тока, и обозначается как % тепловой мощности. Когда тепловая мощность превышает настройку пользователя, реле инициирует отключение двигателя. В приложениях с усовершенствованными реле защиты двигателя с расширенным расчетом тепловой мощности, как описано, защита от несимметрии токов может использоваться в качестве резервной защиты.

Расчет дисбаланса тока двигателя

Реле вычисляют % дисбаланса, используя немного разные методы в зависимости от величины среднего тока.

Поскольку малонагруженные двигатели могут выдерживать гораздо более высокие уровни асимметрии токов, современные реле защиты двигателей автоматически отключают функцию защиты от асимметрии, когда средняя величина фазного тока ниже 25 % или 30 % [зависит от производителя].

Подобно расчету асимметрии напряжения, асимметрию тока также можно рассчитать двумя способами: Метод среднего отклонения (перечислен выше) или как отношение тока обратной последовательности к компоненту прямой последовательности , обычно выражаемое в процентах [IEEE Std 1159-2009]. Некоторые современные измерители мощности предоставляют данные в обоих форматах. Расчеты с использованием обоих методов могут давать несколько разные значения, поскольку метод компонента последовательности использует амплитуду и фазовый угол, тогда как метод среднего отклонения использует только текущую величину. Для несбалансированного расчета защиты двигателя обычно достаточно использовать метод среднего отклонения. Рисунок 2 иллюстрирует расчет текущего дисбаланса для той же системы с использованием двух методов.

Рис. 2: Измерение дисбаланса тока двумя методами

Рекомендации по настройке отключения по дисбалансу тока

При получении уставки отключения по дисбалансу тока для реле двигателей следует учитывать следующее.

  1. Однофазное

Однофазное состояние приводит к наихудшему состоянию дисбаланса тока в асинхронных двигателях. Без надлежащей защиты от этой возможности двигатели могут быть повреждены в течение нескольких минут. Когда двигатель, нагруженный до предела своей мощности, находится в однофазном состоянии (потеря одного из трех соединений напряжения), двигатель будет продолжать развивать номинальную выходную мощность. При этом на исправные фазы будет приходиться 173 % тока нагрузки до отказа.

Рисунок 3: Состояние однофазного двигателя

Если двигатель надлежащим образом защищен в соответствии с его номинальной полной нагрузкой, а предаварийная нагрузка близка к полной нагрузке, то защитное устройство (автоматические выключатели или предохранители) быстро сработает в этом состоянии перегрузки по току на 173%.

Возможный сценарий, при котором обычная защита двигателя от перегрузки может не определить однофазное состояние, – это когда двигатель слабо нагружен . Скажем, например, двигатель загружен только на 50%. Тогда ток двигателя на единицу будет 1 * 0,5 = 0,5 о.е. Здоровые фазы будут видеть только 0,5 * 1,73 = 0,865 о.е. тока. Автомат защиты от перегрузки по току или предохранитель, рассчитанный на номинальное значение 1pu FLA, не сработает. Тем не менее, правильно настроенное реле несимметричного тока двигателя может легко обнаружить и устранить это состояние. В этом примере двигатель, нагруженный до 50 % с потерей одной фазы, приведет к дисбалансу тока 58 %. Типичные реле двигателей настроены на срабатывание в диапазоне 15-20% и легко обнаруживают это состояние.

На приведенном ниже графике показан процент небаланса тока для различных однофазных условий.

Рис. 4: Асимметрия тока при однофазном соединении для различных нагрузок двигателя

Согласно рис. 4, когда двигатель, нагруженный до 60 %, находится в однофазном состоянии, асимметрия тока теоретически составит 69 %. Если двигатель может работать при низких нагрузках, то важно НЕ устанавливать слишком высокое значение срабатывания по току небаланса .

  1. Асимметрия сетевого напряжения

При программировании настроек асимметрии тока на реле защиты следует помнить, что 1% асимметрия напряжения вызывает приблизительно 6% асимметрию тока в асинхронных двигателях . Несимметричное напряжение до 0,2-0,5% характерно для электросети. В некоторых редких случаях они могут быть выше на 1-2%.

Рисунок 5: Асимметрия напряжения, измеренная на линии 12,47 кВ

Если в каком-либо месте существует асимметрия напряжения 2 %, то установите защиту от несимметрии тока не менее чем на 12 % в дополнение к снижению номинальных характеристик двигателя в соответствии с коэффициентом снижения номинальных характеристик NEMA (см. рис. 6).

Рис. 6: Снижение номинальных характеристик двигателя NEMA
  1. Сбои в сети

Сбои в сети, удары молнии, повторное включение и т. д. приводят к кратковременному дисбалансу напряжения, что может привести к кратковременному дисбалансу тока двигателя. Сбои в работе сети и повторное включение обычно длятся от 50 мс до 5 с. Программирование подходящей выдержки времени в реле тока небаланса важно, чтобы избежать ложных срабатываний в таких ситуациях .

Принимая во внимание сценарии, упомянутые в случае «1», «2», «3», отключение по току дисбаланса обычно выбирается в пределах 15-25% с задержкой 10-20 с . Можно также рассмотреть настройку аварийного сигнала 10 % с задержкой 10 с. Это типичные значения, и пользователям рекомендуется просматривать каждое приложение в каждом конкретном случае.

Ссылка на калькулятор тока двигателя

Асимметрия фаз и почему это важно

Механическое и электрическое поведение машин тесно связаны. Системы MBVI могут дать новое представление о том, как ведет себя оборудование, указывая на некоторые скрытые нагрузки, говорит директор по операциям Faraday Predictive Джефф Уокер 9.0005

Асимметрия фаз может звучать как скучное, занудное измерение качества электропитания, малоинтересное никому, кроме инженеров-электриков, следящих за поездами. Но на самом деле асимметрия фаз важна для инженеров по техническому обслуживанию по нескольким причинам.

Может вызывать значительные дополнительные механические нагрузки на валы и передачи в результате создаваемых крутильных колебаний; это может сократить срок службы ваших двигателей в результате повышенного тепловыделения внутри двигателя; и это само по себе может быть вызвано определенными механическими аспектами машины, которые создают колебания крутящего момента на определенных частотах.

Что с этим делать?

Причины асимметрии фаз

Асимметрия фаз означает, что три фазы трехфазного питания не имеют одинаковой величины – например, здесь одна фаза (красная) больше двух других:

Может возникнуть асимметрия фаз либо по напряжению, либо по току – или, скорее всего, по обоим.

Дисбаланс напряжения обычно вызывается подачей электроэнергии к машине, а не самой машиной.

Асимметрия тока может быть вызвана либо асимметрией напряжения, либо неисправностью электропроводки двигателя, неисправностью двигателя или поведением приводимой машины.

Неравное сопротивление в кабелях, идущих к двигателю, может привести к снижению тока в одной фазе. Обычно проблема возникает в ненадежных или ослабленных разъемах. Тепловизионные камеры часто могут помочь быстро определить проблему такого рода.

Механическое поведение , которое создает более высокую скручивающую нагрузку на машину в одном и том же месте при каждом обороте вала, например, трение деформированного тормозного диска или эллиптического тормозного барабана, или трение изогнутого или эксцентрикового вала, также может привести к дисбалансу тока. Поскольку более высокая нагрузка приводит к более высокому току, трение в одной и той же точке при каждом обороте вызовет более высокий ток в соответствующей точке обмотки статора.

Влияние асимметрии фаз

Асимметрия тока приводит к нагреву обмоток статора, так как для обеспечения того же общего крутящего момента требуется более высокий ток. Обычно 1 % дисбаланса напряжения вызывает 5 % дисбаланса тока, что приводит к повышению температуры на 10 ÅãC, что, в свою очередь, вдвое сокращает срок службы обмоток двигателя.

Небаланс тока приводит к колебательному крутящему моменту на выходе двигателя, что создает дополнительные нагрузки на валы, муфты и срезные штифты.

На первой диаграмме ниже представлена ​​полярная диаграмма напряженности магнитного поля (которое управляет крутящим моментом двигателя) в трехфазном двигателе. Когда все три фазы равны, получается магнитное поле постоянной силы, вращающееся с постоянной скоростью.

Если одна из фаз слабее, например, из-за высокого сопротивления в подаче на эту фазу, магнитное поле, создаваемое этой фазой, будет слабее, чем две другие, что приведет к эллиптическому графику крутящего момента (средний рисунок). Крутящий момент увеличивается и уменьшается дважды за цикл, создавая колебательную нагрузку крутящего момента на вал, муфту, трансмиссию и ведомую машину, что может привести к усталостным отказам таких компонентов, как срезные штифты.

Процесс может работать и по-другому: нагрузка, создающая колебательный момент один раз за оборот, приводит к большему току, потребляемому фазой, связанной с расположением повышенной нагрузки (см. правую диаграмму). Таким образом, текущий дисбаланс может быть диагностическим инструментом для обнаружения проблем, включая эксцентриковые или эллиптические тормозные барабаны или трение эксцентричных или изогнутых валов.

Как объяснялось в предыдущих статьях (M&E, март/апрель и июль/август 2020 г.), системы измерения напряжения и тока на основе моделей (MBVI) используют математическую модель взаимосвязи между током и напряжением для выявления искажений формы сигнала тока. Это означает, что в дополнение к обнаружению общих электрических характеристик, таких как дисбаланс тока, они также могут обнаруживать широкий спектр более тонких механических проблем, включая дисбаланс, несоосность, проблемы с подшипниками, трение, ослабление ременных приводов и т.