Кои се штетните ефекти од несбалансираноста на трифазниот систем во електроенергетските системи?

Дисбалансот на три фази во електроенергетските системи предизвикува многу негативни ефекти, вклучувајќи зголемени загуби на електрична енергија во линиите, зголемени загуби на електрична енергија во дистрибутивните трансформатори, намалена излезна моќност на дистрибутивните трансформатори, генерирање на нулта фаза струја во дистрибутивните трансформатори, заштитени операции со електрични уреди и намалена ефикасност на електромоторите. Како може да се ублажи дисбалансот на три фази во електроенергетските системи? Следниот дел од компанијата Нантов Зхифенг Електрична Технологија ДООЕЛ дава детално објаснување за штетите предизвикани од дисбаланс на три фази и пристапи за нивно подобрување.

Штети предизвикани од дисбаланс на три фази во електроенергетските системи:

1. Зголемени загуби на електрична енергија во линиите

Во трифазна четирижица мрежа за електроснабдување, кога струјата тече низ линискиот проводник, губиток на електрична енергија неизбежно настанува поради присуството на импеданса, а овој губиток е пропорционален со квадратот на струјата. Кога нисконапонската мрежа се снабдува со трифазен систем со четири жици, присуството на еднофазни товари неизбежно предизвикува дисбаланс на трифазниот товар. Под такви услови на небалансиран товар, струјата тече низ неутралниот проводник. Ова резултира не само со губитоци во фазните проводници, туку и со губитоци во неутралниот проводник, со што се зголемуваат вкупните губитоци во линиите на електричната мрежа.

2.Зголемени губитоци на електрична енергија во дистрибутивните трансформатори

Дистрибутивниот трансформатор е примарна опрема за електроснабдување во нисконапонската мрежа. Кога работи под услови на дисбаланс на трифазниот товар, тоа предизвикува зголемување на губитоците во трансформаторот, бидејќи губитокот на моќност на трансформаторот варира со степенот на дисбаланс на товарот.

3. Намалување на излезот на дистрибутивниот трансформатор

При дизајнот на дистрибутивен трансформатор, неговата навивна структура се базира на услови за работа со балансиран товар, со суштински униформно навивно однесување и еднаква номинална моќност за секоја фаза. Максималниот дозволен излез на дистрибутивниот трансформатор е ограничен од номиналната моќност на секоја фаза. Кога дистрибутивниот трансформатор работи под услови на дисбаланс на трифазен товар, фазата со полесен товар има сувишна моќност, што доведува до намалување на излезот на трансформаторот. Степенот на намалување на излезот е поврзан со степенот на дисбаланс на трифазниот товар. Поголемиот дисбаланс предизвикува поголемо намалување на излезот на дистрибутивниот трансформатор. Следствено, кога работи под услови на дисбаланс на трифазен товар, излезната моќност на дистрибутивниот трансформатор не може да достигне до номиналната вредност, неговата резервна моќност исто така се намалува, а неговата способност за подносење на претовар се намалува. Ако дистрибутивниот трансформатор работи под услови на претовар, постои голема веројатност да предизвика загревање на трансформаторот, кое во тешки случаи може дури и да доведе до изгарчање на трансформаторот.

4. Генерација на струја со нулта секвенца од страна на дистрибутивниот трансформатор

Кога дистрибутивниот трансформатор работи под услови на дисбаланс на трифазен товар, се генерира нулта-секвенцна струја. Оваа струја варира со степенот на дисбаланс на трифазниот товар; поголемиот дисбаланс предизвикува поголема нулта-секвенцна струја. Ако постои нулта-секвенцна струја кај работниот дистрибутивен трансформатор, во неговиот јадро ќе се генерира нулта-секвенцно магнетно поле. (На страната со висок напон нема нулта-секвенцна струја.) Тоа го принудува нултото-секвенцното поле да минува само низ ѕидот на масниот сад и низ челичните конструктивни компоненти. Бидејќи магнетната пермеабилност на челичните компоненти е релативно ниска, кога нултата-секвенцна струја минува низ овие челични компоненти, се јавуваат загуби од хистерезис и вртлозни струи, што предизвикува локално зголемување на температурата и загревање на челичните компоненти на трансформаторот. Изолацијата на навивките на дистрибутивниот трансформатор се старее поради прегревање, со што се намалува векот на траење на опремата. Дополнително, присуството на нулта-секвенцна струја ја зголемува загубата на дистрибутивниот трансформатор.

5. Влијание врз безбедната работа на електричните уреди

Трансформаторот за дистрибуција е конструиран врз основа на балансирано трифазно оптоварување во услови на работа, при што отпорноста, реактансата на лачење и импедансата на магнетизирање на секоја фазна навивка се по суштина идентични. Кога трансформаторот за дистрибуција работи под балансирани трифазни товари, трифазните струи се по суштина еднакви, а и падовите на напон во секоја фаза на трансформаторот исто така се по суштина исти; поради тоа, трифазните излезни напони на трансформаторот се балансирани. Ако трансформаторот за дистрибуција работи под несбалансирани трифазни товари, излезните струи на секоја фаза ќе бидат неравни, а внатрешните падови на напон на фазите на трансформаторот ќе се разликуваат, неизбежно доведувајќи до несбалансираност на трифазниот напон на излезот на трансформаторот.

Симултано, кога дистрибутивниот трансформатор работи под небалансирана трифазна товар, излезните трифазни струи не се еднакви, што резултира со струја која тече низ неутралниот проводник. Ова предизвикува пад на напонот на импедансата во неутралниот проводник, што доведува до поместување на неутралната точка, кое ги менува фазните напони на секоја фаза. Напонот на фазата со голем товар се намалува, додека напонот на фазата со мал товар се зголемува. Доставувањето на енергија под услови на небалансиран напон лесно може да предизвика оштетување на електричната опрема поврзана со фазата со повисок напон, додека опремата поврзана со фазата со понизок напон може да не функционира. Поради тоа, работа под небалансиран трифазен товар сериозно го загрозува безбедното функционирање на електричната опрема.

6. Намалување на ефикасноста на електричниот мотор

Кога трансформатор за дистрибуција работи под услови на дисбаланс на товарот во три фази, тоа предизвикува дисбаланс во излезниот напон во три фази. Бидејќи небалансираниот напон се состои од позитивни, негативни и нулти компоненти на напон, кога таков небалансиран напон се приложува на електромотор, негативната секвенца на напон создава ротирачко магнетно поле спротивно на она што го создава позитивната секвенца на напон, со што се предизвикува ефект на коњушење. Сепак, бидејќи позитивното магнетно поле е значително посилно од негативното магнетно поле, електромоторот продолжува да се врти во насоката на позитивното магнетно поле. Поради ефектот на коњушење на негативното магнетно поле, излезната моќност на електромоторот неизбежно опаѓа, со што се намалува ефикасноста на моторот. Истовремено, температурниот пораст и загубите на реактивна моќност на електромоторот исто така се зголемуваат со степенот на дисбаланс на напонот во три фази. Поради тоа, работа на електромотор под услови на дисбаланс на напонот во три фази е многу непријатна и незадоволувачка.