Elektrik sistemlerinde üç faz dengesizliğinin zararları nelerdir?

Güç sistemlerinde üç faz dengesizliği birçok olumsuz etkiye neden olur. Bunlara hatlardaki elektrik enerjisi kayıplarında artış, dağıtım transformatörlerinde elektrik enerjisi kayıplarında artış, dağıtım transformatörlerinin çıkış kapasitesinde azalma, dağıtım transformatörlerinde sıfır bileşenli akım oluşması, elektrikli ekipmanların güvenli çalışmasının tehlikeye girmesi ve elektrik motorlarının verimliliğinde düşüş örnek olarak verilebilir. Güç sistemlerindeki üç faz dengesizliği nasıl önlenir? Nantong Zhifeng Elektrik Teknoloji A.Ş.'nin aşağıdaki bölümü, üç faz dengesizliğinin neden olduğu zararları ve bunun giderilmesi için önerilen yöntemleri detaylı olarak açıklamaktadır.

Güç sistemlerinde üç faz dengesizliğinin neden olduğu zararlar:

1. Hatlarda elektrik enerjisi kayıplarında artış

Üç fazlı dört iletkenli bir güç besleme şebekesinde, akım faz iletkenlerinden geçerken empedansın varlığı nedeniyle kaçınılmaz olarak elektrik enerjisi kaybı oluşur ve bu kayıp akımın karesiyle orantılıdır. Alçak gerilim şebekesine üç fazlı dört iletkenli sistem üzerinden enerji verildiğinde, tek fazlı yüklerin varlığı kaçınılmaz olarak üç fazlı yük dengesizliğine neden olur. Böyle dengesiz yük koşulları altında, nötr iletken üzerinden akım geçer. Bu durum, faz iletkenlerinde oluşan kayıpların yanı sıra nötr iletken üzerinde de kayıplara neden olur ve böylece güç şebekesi hatlarındaki toplam kayıplar artar.

2.Dağıtım transformatörlerinde artan elektrik enerjisi kayıpları

Dağıtım transformatörü, alçak gerilim şebekesindeki temel enerji besleme cihazıdır. Üç fazlı yük dengesizliği koşulları altında çalışırken, transformatör kayıplarında artışa neden olur çünkü transformatörün güç kaybı, yük dengesizliğinin derecesine göre değişir.

3. Dağıtım Transformatörü Çıkışının Azaltılması

Bir dağıtım transformatörünün tasarımında sargı yapısı, dengeli yük çalışma koşullarına dayanır. Her faz için sargı performansı temelde eşit olup, anma kapasiteleri aynıdır. Dağıtım transformatörünün maksimum izin verilen çıkışı, her fazın anma kapasitesiyle sınırlıdır. Dağıtım transformatörü üç fazlı yük dengesizliği koşulları altında çalıştığında, düşük yüklü faz fazla kapasiteye sahip olur ve bu da transformatörün çıkışının azalmasına neden olur. Çıkıştaki azalma miktarı, üç fazlı yük dengesizliğinin derecesiyle ilişkilidir. Dengesizlik ne kadar büyükse, dağıtım transformatörünün çıkışı da o kadar azalır. Sonuç olarak, üç fazlı yük dengesizliği altında çalışırken dağıtım transformatörünün çıkış kapasitesi anma değerine ulaşamaz, yedek kapasitesi buna bağlı olarak azalır ve aşırı yüklenme kapasitesi düşer. Eğer dağıtım transformatörü aşırı yük koşulları altında çalışıyorsa, transformatörün ısınmasına neden olma ihtimali çok yüksektir ve ciddi durumlarda transformatör yanabilir.

dağıtım transformatörünün sıfır-sekans akımının 4. nesli

Dağıtım transformatörü üç fazlı yük dengesizliği koşulları altında çalıştığında sıfır sekanslı akım oluşur. Bu akım, üç fazlı yük dengesizliğinin derecesine bağlı olarak değişir; dengesizlik arttıkça sıfır sekanslı akım da büyür. Eğer çalışan dağıtım transformatöründe sıfır sekanslı akım varsa, transformatörün çekirdeğinde sıfır sekanslı akı oluşur. (Yüksek gerilim tarafında sıfır sekanslı akı yoktur.) Bu durum, sıfır sekanslı akının sadece yağ tankı duvarı ve çelik yapısal bileşenlerden geçmesine neden olur. Çelik bileşenlerin manyetik geçirgenliği nispeten düşük olduğundan, sıfır sekanslı akım bu çelik bileşenlerden geçerken histerezis ve girdap akımı kayıpları meydana gelir. Bu durum, transformatörün çelik bileşenlerinde yerel sıcaklık artışına ve ısınmaya neden olur. Dağıtım transformatörü sargılarının izolasyonu, aşırı ısınma nedeniyle hızla yaşlanır ve ekipmanın ömrü kısalır. Ayrıca, sıfır sekanslı akımın varlığı dağıtım transformatörünün kayıplerini artırır.

5. Elektrikli Ekipmanların Güvenli Çalıştırılmasına Etki

Dağıtım transformatörü, her bir faz sargısının direnci, kaçak reaktansı ve mıknatıslanma empedansının temelde aynı olduğu, dengeli üç fazlı yük çalışma koşullarına göre tasarlanmıştır. Dağıtım transformatörü dengeli üç fazlı yükler altında çalıştığında üç faz akımı temelde eşit olur ve transformatörün her fazındaki voltaj düşüşleri de aynıdır; dolayısıyla transformatörün üç fazlı çıkış voltajları dengelidir. Eğer dağıtım transformatörü üç fazlı yük dengesizliği altında çalıştırılırsa, her fazın çıkış akımları eşit olmaz ve transformatör fazlarının iç voltaj düşüşleri farklılık gösterir, bu da kaçınılmaz olarak transformatör çıkışında üç fazlı voltaj dengesizliğine yol açar.

Aynı zamanda, dağıtım transformatörü üç fazlı yük dengesizliği altında çalışırken üç faz çıkış akımları eşit olmayan akımlar haline gelir ve bu da nötr iletken üzerinden akım akmasına neden olur. Bu durum, nötr iletken üzerinde bir empedans gerilim düşümüne yol açarak nötr noktanın kaymasına neden olur ve bu da her fazın faz gerilimlerini değiştirir. Faz gerilimi, yüksek yüklenen fazın gerilimi düşerken, düşük yüklenen fazın gerilimi artar. Gerilim dengesizliği koşulları altında enerji sağlanması, daha yüksek gerilim fazına bağlı elektrikli ekipmanların zarar görmesine neden olabilirken, daha düşük gerilim fazına bağlı ekipmanlar çalışmaya devam edemeyebilir. Bu nedenle, üç fazlı yük dengesizliği altında çalışma, elektrik ekipmanlarının güvenli çalışmasını ciddi şekilde tehlikeye atar.

6. Elektrik Motoru Verimliliğinde Azalma

Bir dağıtım transformatörü, üç fazlı yük dengesizliği koşulları altında çalıştığında, çıkış geriliminde üç fazlı dengesizliğe neden olur. Dengesiz gerilim, pozitif sekans, negatif sekans ve sıfır sekans gerilim bileşenlerinden oluştuğundan, böyle bir dengesiz gerilim elektrik motoruna uygulandığında, negatif sekans gerilimi, pozitif sekans gerilimi tarafından üretilen manyetik alanın tersi yönde dönen bir manyetik alan oluşturur ve frenleme etkisi yapar. Ancak pozitif sekans manyetik alanı, negatif sekans manyetik alanından çok daha güçlü olduğundan, elektrik motoru pozitif sekans manyetik alanı yönünde çalışmaya devam eder. Negatif sekans manyetik alanının frenleme etkisi nedeniyle elektrik motorunun çıkış gücü kaçınılmaz olarak azalır ve motor verimliliği düşer. Aynı zamanda, elektrik motorunun sıcaklık artışı ve reaktif güç kayıpları da üç fazlı gerilim dengesizliğinin derecesiyle orantılı olarak artar. Bu nedenle, elektrik motorunu üç fazlı gerilim dengesizliği koşulları altında çalıştırmak oldukça ekonomik değildir ve güvenli değildir.