Quais são os danos causados pelo desequilíbrio trifásico nos sistemas elétricos?

O desequilíbrio trifásico nos sistemas elétricos causa diversos efeitos adversos, incluindo aumento das perdas de energia elétrica nas linhas, aumento das perdas de energia elétrica nos transformadores de distribuição, redução da capacidade de saída dos transformadores de distribuição, geração de corrente de sequência zero nos transformadores de distribuição, comprometimento da operação segura dos equipamentos elétricos e diminuição da eficiência dos motores elétricos. Como o desequilíbrio trifásico nos sistemas elétricos pode ser mitigado? A seção a seguir da Nantong Zhifeng Electric Technology Co., Ltd. fornece uma explicação detalhada dos danos causados pelo desequilíbrio trifásico e abordagens para sua correção.

Danos causados pelo desequilíbrio trifásico nos sistemas elétricos:

1. Aumento das perdas de energia elétrica nas linhas

Em uma rede de distribuição trifásica com quatro fios, quando a corrente flui através do condutor de linha, perdas de energia elétrica ocorrem inevitavelmente devido à presença de impedância, e essas perdas são proporcionais ao quadrado da corrente. Quando a rede de baixa tensão é alimentada por um sistema trifásico de quatro fios, a presença de cargas monofásicas causa inevitavelmente desequilíbrio nas cargas trifásicas. Sob tais condições de carga desequilibrada, a corrente flui através do condutor neutro. Isso resulta não apenas em perdas nos condutores de fase, mas também em perdas no condutor neutro, aumentando assim as perdas totais nas linhas da rede elétrica.

2.Aumento das perdas de energia elétrica nos transformadores de distribuição

O transformador de distribuição é o equipamento principal de alimentação na rede de baixa tensão. Quando opera em condições de desequilíbrio de carga trifásica, ocorre um aumento nas perdas do transformador, pois a perda de potência do transformador varia em função do grau de desequilíbrio da carga.

3. Redução da Saída do Transformador de Distribuição

No projeto de um transformador de distribuição, sua estrutura de enrolamento é baseada em condições de operação com carga equilibrada, apresentando essencialmente desempenho uniforme dos enrolamentos e capacidade nominal igual para cada fase. A saída máxima permitida do transformador de distribuição é limitada pela capacidade nominal de cada fase. Quando o transformador de distribuição opera em condições de desequilíbrio de carga trifásica, a fase com carga reduzida possui capacidade ociosa, o que leva à redução na saída do transformador. O grau de redução da saída está relacionado com a extensão do desequilíbrio de carga trifásica. Quanto maior o desequilíbrio, mais a saída do transformador de distribuição diminui. Consequentemente, ao operar com desequilíbrio de carga trifásica, a capacidade de saída do transformador de distribuição não consegue atingir seu valor nominal, sua capacidade de reserva é proporcionalmente reduzida e sua capacidade de sobrecarga é diminuída. Se o transformador de distribuição operar em condições de sobrecarga, há grande probabilidade de provocar aquecimento do transformador, o que, em casos graves, pode inclusive resultar na queima do transformador.

4. Geração de corrente de sequência zero pelo transformador de distribuição

Quando o transformador de distribuição opera em condições de desequilíbrio de carga trifásica, é gerada uma corrente de sequência zero. Essa corrente varia conforme o grau de desequilíbrio da carga trifásica; quanto maior o desequilíbrio, maior será a corrente de sequência zero. Se existir corrente de sequência zero no transformador de distribuição em operação, será gerado fluxo de sequência zero em seu núcleo. (Não há corrente de sequência zero no lado de alta tensão.) Isso força o fluxo de sequência zero a passar apenas pelas paredes do tanque de óleo e pelos componentes estruturais de aço. Como a permeabilidade magnética dos componentes de aço é relativamente baixa, quando a corrente de sequência zero passa por esses componentes de aço, ocorrem perdas por histerese e correntes parasitas, causando aumento localizado da temperatura e aquecimento dos componentes de aço do transformador. O isolamento do enrolamento do transformador de distribuição envelhece precocemente devido ao superaquecimento, resultando na redução da vida útil do equipamento. Além disso, a presença da corrente de sequência zero aumenta as perdas no transformador de distribuição.

5. Impacto na Operação Segura de Equipamentos Elétricos

O transformador de distribuição é projetado com base em condições de operação com carga trifásica equilibrada, possuindo resistência, reatância de dispersão e impedância de magnetização dos enrolamentos de cada fase essencialmente idênticas. Quando o transformador de distribuição opera com cargas trifásicas equilibradas, as correntes trifásicas são essencialmente iguais, e as quedas de tensão em cada fase do transformador também são praticamente as mesmas; consequentemente, as tensões de saída trifásicas do transformador estão equilibradas. Caso o transformador de distribuição opere com desequilíbrio de carga trifásica, as correntes de saída de cada fase serão desiguais, e as quedas de tensão internas nas fases do transformador serão diferentes, levando inevitavelmente ao desequilíbrio das tensões trifásicas na saída do transformador.

Simultaneamente, quando o transformador de distribuição opera com desequilíbrio de carga trifásica, as correntes de saída trifásicas são desiguais, resultando em corrente fluindo pelo condutor neutro. Isso causa uma queda de tensão por impedância no condutor neutro, levando ao deslocamento do ponto neutro, o que altera as tensões de fase de cada fase. A tensão da fase com carga pesada diminui, enquanto a tensão da fase com carga leve aumenta. Fornecer energia em condições de desequilíbrio de tensão pode facilmente causar danos aos equipamentos elétricos conectados à fase de maior tensão, enquanto os equipamentos conectados à fase de menor tensão podem deixar de funcionar. Portanto, operar com desequilíbrio de carga trifásica compromete seriamente a operação segura dos equipamentos elétricos.

6. Redução na Eficiência do Motor Elétrico

Quando um transformador de distribuição opera em condições de desequilíbrio de carga trifásica, isso provoca desequilíbrio trifásico na tensão de saída. Uma vez que a tensão desequilibrada é composta por componentes de tensão de sequência positiva, sequência negativa e sequência zero, quando essa tensão desequilibrada é aplicada a um motor elétrico, a tensão de sequência negativa gera um campo magnético rotativo oposto ao produzido pela tensão de sequência positiva, exercendo um efeito de frenagem. No entanto, como o campo magnético de sequência positiva é significativamente mais forte do que o campo magnético de sequência negativa, o motor elétrico continua girando na direção do campo magnético de sequência positiva. Devido ao efeito de frenagem do campo magnético de sequência negativa, a potência de saída do motor elétrico inevitavelmente diminui, resultando em redução da eficiência do motor. Simultaneamente, a elevação de temperatura e as perdas de potência reativa do motor elétrico também aumentam com o grau de desequilíbrio de tensão trifásica. Portanto, operar um motor elétrico em condições de desequilíbrio de tensão trifásica é altamente antieconômico e inseguro.