Quels sont les effets néfastes du déséquilibre triphasé dans les systèmes électriques ?

Le déséquilibre triphasé dans les réseaux électriques entraîne de nombreux effets néfastes, notamment des pertes énergétiques accrues dans les lignes, des pertes énergétiques accrues dans les transformateurs de distribution, une réduction de la capacité de sortie des transformateurs de distribution, la génération d'un courant homopolaire dans les transformateurs de distribution, une compromission de la sécurité de fonctionnement des appareillages électriques et une diminution du rendement des moteurs électriques. Comment atténuer le déséquilibre triphasé dans les réseaux électriques ? La section suivante, fournie par la société Nantong Zhifeng Electric Technology Co., Ltd., explique en détail les dangers liés au déséquilibre triphasé ainsi que les solutions pour y remédier.

Dangers causés par le déséquilibre triphasé dans les réseaux électriques :

1. Augmentation des pertes énergétiques dans les lignes

Dans un réseau d'alimentation triphasé à quatre fils, lorsque le courant circule dans le conducteur de ligne, des pertes d'énergie électrique se produisent inévitablement en raison de la présence d'impédance, et ces pertes sont proportionnelles au carré du courant. Lorsque le réseau basse tension est alimenté par un système triphasé à quatre fils, la présence de charges monophasées provoque inévitablement un déséquilibre des charges triphasées. Dans ces conditions de charge déséquilibrées, le courant circule à travers le conducteur neutre. Cela entraîne non seulement des pertes dans les conducteurs de phase, mais aussi des pertes dans le conducteur neutre, augmentant ainsi les pertes globales dans les lignes du réseau électrique.

2. Augmentation des pertes d'énergie électrique dans les transformateurs de distribution

Le transformateur de distribution est l'équipement principal d'alimentation électrique dans le réseau basse tension. Lorsqu'il fonctionne dans des conditions de déséquilibre des charges triphasées, il provoque une augmentation des pertes du transformateur, car la perte de puissance du transformateur varie en fonction du degré de déséquilibre des charges.

3. Réduction de la sortie du transformateur de distribution

Dans la conception d'un transformateur de distribution, sa structure d'enroulement est basée sur des conditions de fonctionnement à charge équilibrée, avec essentiellement des performances uniformes des enroulements et une capacité nominale égale pour chaque phase. La sortie maximale admissible du transformateur de distribution est limitée par la capacité nominale de chaque phase. Lorsque le transformateur de distribution fonctionne dans des conditions de déséquilibre de charge triphasée, la phase faiblement chargée dispose d'une capacité excédentaire, ce qui entraîne une réduction de la sortie du transformateur. L'ampleur de cette réduction est liée au degré de déséquilibre de la charge triphasée. Plus le déséquilibre est important, plus la sortie du transformateur diminue. En conséquence, lorsqu'il fonctionne dans des conditions de déséquilibre de charge triphasée, la capacité de sortie du transformateur de distribution ne peut atteindre sa valeur nominale, sa capacité de réserve est réduite en conséquence, et sa capacité à supporter des surcharges est diminuée. Si le transformateur de distribution fonctionne en conditions de surcharge, il risque fortement de provoquer un échauffement du transformateur, ce qui, dans les cas graves, peut même entraîner une destruction du transformateur.

4. Génération du courant homopolaire par le transformateur de distribution

Lorsque le transformateur de distribution fonctionne dans des conditions de déséquilibre de charge triphasée, un courant de séquence zéro est généré. Ce courant varie en fonction du degré de déséquilibre de la charge triphasée ; plus le déséquilibre est important, plus le courant de séquence zéro est élevé. Si un courant de séquence zéro existe dans le transformateur de distribution en fonctionnement, un flux de séquence zéro sera généré dans son circuit magnétique. (Il n'y a pas de courant de séquence zéro côté haute tension.) Cela oblige le flux de séquence zéro à traverser uniquement les parois du réservoir à huile et les composants structurels en acier. Étant donné que la perméabilité magnétique des composants en acier est relativement faible, lorsque le courant de séquence zéro traverse ces composants, des pertes par hystérésis et par courants de Foucault apparaissent, provoquant une élévation locale de la température et un échauffement des composants en acier du transformateur. L'isolation des enroulements du transformateur de distribution vieillit prématurément en raison de la surchauffe, ce qui réduit la durée de vie de l'équipement. En outre, la présence d'un courant de séquence zéro augmente les pertes du transformateur de distribution.

5. Impact sur le fonctionnement sûr des équipements électriques

Le transformateur de distribution est conçu sur la base de conditions de fonctionnement avec des charges triphasées équilibrées, les résistances, réactances de fuite et impédances magnétisantes de chaque enroulement de phase étant essentiellement identiques. Lorsque le transformateur de distribution fonctionne sous des charges triphasées équilibrées, les courants triphasés sont essentiellement égaux, et les chutes de tension internes dans chaque phase du transformateur sont également pratiquement identiques ; par conséquent, les tensions de sortie triphasées du transformateur sont équilibrées. Si le transformateur de distribution fonctionne avec un déséquilibre des charges triphasées, les courants de sortie de chaque phase seront inégaux, et les chutes de tension internes du transformateur par phase seront différentes, conduisant inévitablement à un déséquilibre des tensions triphasées en sortie du transformateur.

En même temps, lorsque le transformateur de distribution fonctionne avec un déséquilibre de charge triphasé, les courants de sortie triphasés sont inégaux, entraînant un courant circulant dans le conducteur neutre. Cela provoque une chute de tension d'impédance dans le conducteur neutre, conduisant à un déplacement du point neutre, ce qui modifie les tensions de phase de chaque phase. La tension de la phase fortement chargée diminue, tandis que celle de la phase faiblement chargée augmente. Fournir de l'énergie électrique en cas de déséquilibre de tension peut facilement endommager les équipements électriques connectés à la phase de tension plus élevée, tandis que les équipements connectés à la phase de tension plus basse pourraient ne pas fonctionner. Par conséquent, le fonctionnement avec un déséquilibre de charge triphasé compromet gravement la sécurité de fonctionnement des équipements électriques.

6. Réduction de l'efficacité du moteur électrique

Lorsqu'un transformateur de distribution fonctionne dans des conditions de déséquilibre de charge triphasée, cela provoque un déséquilibre triphasé de la tension de sortie. Étant donné que la tension déséquilibrée comprend des composantes de tension en séquence positive, négative et zéro, lorsqu'une telle tension déséquilibrée est appliquée à un moteur électrique, la tension en séquence négative génère un champ magnétique tournant opposé à celui produit par la tension en séquence positive, créant un effet de freinage. Cependant, comme le champ magnétique en séquence positive est nettement plus fort que le champ magnétique en séquence négative, le moteur électrique continue de tourner dans la direction du champ magnétique en séquence positive. En raison de l'effet de freinage du champ magnétique en séquence négative, la puissance de sortie du moteur électrique diminue inévitablement, ce qui entraîne une réduction de l'efficacité du moteur. Parallèlement, l'échauffement et les pertes en puissance réactive du moteur électrique augmentent également avec le degré de déséquilibre des tensions triphasées. Par conséquent, faire fonctionner un moteur électrique dans des conditions de déséquilibre de tension triphasée est fortement économiquement défavorable et insécurisé.