Kako merimo kakovost električne energije?

Trofazno neuravnoteženje v elektroenergetskih sistemih povzroča številne negativne učinke, vključno s povečanimi izgubami električne energije v vodih, povečanimi izgubami električne energije v razdelilnih transformatorjih, zmanjšano izhodno zmogljivostjo razdelilnih transformatorjev, generacijo nične komponente toka v razdelilnih transformatorjih, ogroženo varno delovanje električne opreme ter zmanjšano učinkovitostjo elektromotorjev. Kako se lahko zmanjša trofazno neuravnoteženje v elektroenergetskih sistemih? V nadaljevanju podjetja Nantong Zhifeng Electric Technology Co., Ltd. podrobneje razloži škodljivosti, ki jih povzroča trofazno neuravnoteženje, ter predstavi načine za njegovo izboljšanje.

Škodljivosti zaradi trofaznega neuravnoteženja v elektroenergetskih sistemih:

1. Povečane izgube električne energije v vodih

V trifaznem štirivodnem omrežju električne energije se ob pretoku toka skozi vodnik zaradi prisotnosti impedance neminoma pojavijo izgube električne energije, in sicer v sorazmerju s kvadratom toka. Ko nizkonapetostno omrežje dobavlja trifazno štirivodno sistem, povzročijo enofazne obremenitve neminoma neravnovesje trifazne obremenitve. V teh pogojih z neuravnoteženo obremenitvijo tok teče skozi nevtralni vodnik. Posledično pride ne samo do izgub v faznih vodnikih, temveč tudi do izgub v nevtralnem vodniku, s čimer se povečajo skupne izgube v vodnikih električnega omrežja.

2.Povečane izgube električne energije v distribucijskih transformatorjih

Distribucijski transformator je osnovna napajalna naprava v nizkonapetostnem omrežju. Ko deluje v pogojih neravnovesja trifazne obremenitve, povzroči povečanje izgub transformatorja, saj izgube električne energije transformatorja variirajo v skladu z merilom neravnovesja obremenitve.

3. Zmanjšanje izhodne moči distribucijskega transformatorja

Pri načrtovanju razdelilnega transformatorja je njegova utekanje navitja temelji na uravnoteženih pogojih obremenitve, pri čemer so lastnosti navitja vsebinsko enakomerna, nazivne moči pa enake za vsako fazo. Največja dovoljena izhodna moč razdelilnega transformatorja je omejena z nazivno močjo posamezne faze. Ko razdelilni transformator deluje pri neuravnoteženih pogojih trifazne obremenitve, ima faza z manjšo obremenitvijo prebytek zmogljivosti, kar vodi v zmanjšanje izhodne moči transformatorja. Stopnja zmanjšanja izhodne moči je povezana z merilom neuravnoteženosti trifazne obremenitve. Večja kot je neuravnoteženost, manjša je izhodna moč transformatorja. Posledično, ko transformator deluje pri neuravnoteženih pogojih trifazne obremenitve, njegova izhodna zmogljivost ne more dosegati svoje nazivne vrednosti, njegova rezervna zmogljivost se ustrezno zmanjša in njegova zmožnost preobremenitve oslabi. Če razdelilni transformator deluje v pogojih preobremenitve, je zelo verjetno, da pride do segrevanja transformatorja, kar v težjih primerih lahko povzroči celo poškodbe zaradi pregrevanja.

4. generacija ničelnega toka s strani razdelilnega transformatorja

Ko deluje razdelilni transformator v pogojih neenakomerne tri-fazne obremenitve, se generira ničelni tok. Ta tok se spreminja glede na stopnjo neenakomerne tri-fazne obremenitve; večja je neenakomernost, večji je ničelni tok. Če obstaja ničelni tok pri delovanju razdelilnega transformatorja, bo v njegovem jedru generiran ničelni magnetni tok. (Na visokonapetostni strani ni ničelnega toka.) To pomeni, da mora ničelni magnetni tok prehajati le skozi stensko pločevino in jeklene konstrukcijske komponente v rezervoarju. Ker je magnetna prepustnost jeklenih komponent sorazmerno nizka, pride do vrtinčnih tokov in izgub histerze, ko skozi te jeklene komponente teče ničelni tok, kar povzroča lokalno dvigovanje temperature in segrevanje jeklenih komponent transformatorja. Zaradi pregreva se pospeši staranje izolacije navitja razdelilnega transformatorja, kar vodi v zmanjšanje življenjske dobe naprave. Prav tako prisotnost ničelnega toka poveča izgube razdelilnega transformatorja.

5. Vpliv na varno delovanje električne opreme

Transformator za razdeljevanje je zasnovan na podlagi uravnoteženih trofaznih obremenitvenih delovnih pogojev, pri čemer so upor, puščanje reaktance in magnetna impedanca vsake faze navitja v bistvu identična. Ko transformator za razdeljevanje deluje pod uravnoteženimi trofaznimi obremenitvami, so trofazni tokovi v bistvu enaki, padci napetosti v vsaki fazi transformatorja pa so tudi približno enaki; zato so trofazne izhodne napetosti transformatorja uravnotežene. Če transformator za razdeljevanje deluje pod neuravnoteženimi trofaznimi obremenitvami, bodo izhodni tokovi posameznih faz neenaki, notranji padci napetosti faz transformatorja pa se bodo razlikovali, kar neizbežno pripelje do neuravnoteženosti trofaznih napetosti na izhodu transformatorja.

Hkrati, ko deluje razdelilni transformator v pogoju nesimetričnega trifaznega obremenitve, so izhodne tokove trije faze neenaki, kar povzroči tok, ki teče skozi nevtralni vodnik. To povzroči padec napetosti v nevtralnem vodniku, kar vodi do premika nevtralne točke in s tem spremembe faznih napetosti posamezne faze. Napetost močno obremenjene faze se zmanjša, medtem ko se napetost številno obremenjene faze poveča. Napajanje v pogojih nesimetrične napetosti lahko preprosto povzroči poškodbe električne opreme, priključene na višjo napetostno fazo, medtem ko oprema, priključena na nižjo napetostno fazo, morda ne bo delovala. Zato resno ogroža varno delovanje električne opreme delovanje v pogoju nesimetrične trifazne obremenitve.

6. Zmanjšanje učinkovitosti električnega motorja

Ko deluje razdelilni transformator v pogojih nesimetrije trofaznega obremenitve, povzroči nesimetrijo trofaznega izhodnega napetosti. Ker nesimetrična napetost vsebuje napetostne komponente pozitivne, negativne in nične sekvence, ko se taka nesimetrična napetost uporabi na električnem motorju, negativna sekvenčna napetost ustvari vrtečo se magnetno polje v nasprotni smeri tistega, ki ga ustvari pozitivna sekvenčna napetost, kar povzroča zaviralni učinek. Kljub temu, ker je magnetno polje pozitivne sekvence znatno močnejše od magnetnega polja negativne sekvence, električni motor nadaljuje z vrtenjem v smeri magnetnega polja pozitivne sekvence. Zaradi zaviralnega učinka negativnega magnetnega polja, izhodna moč električnega motorja neizbežno upade, kar ima za posledico zmanjšano učinkovitost motorja. Hkrati temperatura in izgube jalove moči električnega motorja narastejo skupaj s stopnjo nesimetrije trofazne napetosti. Zato je delovanje električnega motorja pri pogojih nesimetrije trofazne napetosti zelo neučinkovito in nevarno.