מהו חוסר איזון תלת-שלבי? כולל קריטריוני הזיהוי שלו, הגורמים, הסכנות ואמצעי התיקון שלו

א. מהו חוסר איזון תלת-שלבי?

המונח 'חוסר איזון תלת-פאזי' מתייחס בדרך כלל לעומסי הכוח הלא שווים על פני כל אחד משלושת החוטים החיים. נוסחת חישוב ההספק היא כדלקמן:

נוסחת חישוב ההספק מגלה שגודל ההספק נקבע לפי מתח, זרם ומקדם הספק. תנודות וסטיות מתח תלת-פאזיים הם מינימליים, ולמעשה נשארים קבועים. במעגלים תלת-פאזיים טיפוסיים, שבהם ציוד דו-פאזי שולט, גורם ההספק התלת-פאזי נשאר כמעט אחיד. לפיכך, ניטור זרמים תלת-פאזיים מאפשר הערכה מדויקת של איזון המערכת.

II. מדדי מדידה

התקן הלאומי (לדוגמה, GB/T 15543-2019 "חוסר איזון מתח תלת פאזי") מגדיר:

1. קריטריונים להערכת חוסר איזון במתח:

הערכים המותרים מצוינים בדרך כלל כך:

דרגת חוסר האיזון בשלושת-השלבים היא פחות או שווה ל-2% במהלך פעולה רגילה, וקצה המשתמש רשאי להיות פחות או שווה ל-3%

.

2. קריטריונים נוכחיים להערכת חוסר איזון:

Imax הוא הזרם המקסימלי מבין שלושת הזרמים-הפאזיים, ו-Iavg הוא הזרם הממוצע.

הדרישה הכללית היא שחוסר איזון הזרם התלת--פאזי צריך להיות קטן או שווה ל-10%, בעוד שלציוד מיוחד כגון מנועים, הוא צריך להיות קטן או שווה ל-5%.

III. גורמים להתרחשות

כאשר מתרחש חוסר איזון תלת-שלבי, עלינו לבחור שיטות טיפול מתאימות בהתאם לסיבות המתאימות. באופן כללי, הסיבות העיקריות לחוסר איזון תלת-שלבי כוללות חלוקת עומס לא אחידה בין שלושת השלבים, תקלות הארקה, הפסקות קו פאזה, תהודה וגורמי הספק לא עקביים על פני שלבים.

גורמים לחוסר איזון מתח תלת-פאזי

הגורמים העיקריים לחוסר איזון מתח תלת-פאזי במערכות חשמל הם חוסר איזון עומס וחוסר איזון עכבת המערכת. חוסר איזון עומס הוא הגורם העיקרי לחוסר איזון מתח תלת-פאזי, עם עומסים חד פאזיים- בולטים הכוללים קטרים ​​חשמליים ומכונות ריתוך. במערכות חשמל, גנרטורים ושנאים תלת-פאזיים מציגים סימטריה טובה ואינם משפיעים על חוסר איזון מתח בתלת-. לכן, חוסר איזון של עכבת המערכת נגרם בעיקר על ידי עכבת קו אספקת חשמל לא מאוזנת. כאשר שלושה-מוליכי פאזות (קווים עיליים או כבלים) מסודרים אופקית או אנכית, יש ליישם אמצעים להסטת פאזה- כדי לשמור על איזון עכבה תלת-פאזי.

גורמים לחוסר איזון נוכחי תלת-שלבי

הגורמים העיקריים לחוסר איזון מתח תלת-פאזי במערכת החשמל הם עומס חד-פאזי (למשל תאורה, מכשירי חשמל ביתיים) המרוכז בתקלת ציוד חד-פאזי ותלת-פאזית (למשל קצר בפיתול מנוע).

IV. סיכונים ושליטה בחוסר איזון תלת-שלבי

• סכנות ובקרה של חוסר איזון מתח בתלת-

1. סיכונים הנגרמות כתוצאה מחוסר איזון מתח תלת-פאזי

(1) כאשר השנאי פועל בעומס לא מאוזן, מתח שלב אחד נמצא בעומס מלא בעוד שני השלבים האחרים אינם, מה שגורם לקיבולת השנאי לא מנוצלת במלואה. בינתיים, השנאי נמצא בפעולת עומס לא מאוזנת במשך זמן רב, מה שגורם להתחממות יתר המקומית שלו ולקיצור חיי השירות שלו.

(2) במערכת אספקת חשמל לא מאוזנת תלת-פאזית, זרם רצף שלילי יוצר הפסדים נוספים, הגדלת הפסדי הקו וירידת המתח. בנוסף, הוא משפר את ההפרעות למערכות תקשורת, ופוגע באיכות התקשורת הרגילה.

(3) זה עלול לגרום לתקלה בהגנה על הממסר.

(4) עומסים רגישים עלולים לגרום לתקלה.

(5) רכיב הרצף השלילי מגביר את הפסדי הנחושת בסטטור וברוטור של המנוע, גורם להתחממות יתר ולהאצת הזדקנות הבידוד, ובכך מקטין את תוחלת החיים התפעולית שלו.

2. אמצעים לתיקון חוסר איזון מתח תלת-פאזי

(1) ראשית, תעדוף ציוד חשמלי סימטרי תלת-פאזי.

(2) עבור עומסים חד-פאזיים-, חלק אותם בצורה סבירה בין שלושת השלבים כדי להשיג איזון עומס אופטימלי על פני כל השלבים.

(3) כאשר לא ניתן לפזר עומסים חד-פאזיים-באופניים במערכת תלת-פאזית, יש לחבר אותם לנקודות אספקת חשמל שונות.

(4) עבור עומסים חד-פאזיים- עם דרישת חשמל גבוהה, שנאי חד-פאזי ייעודי- משמש לאספקת חשמל.

(5) התקן ציוד איזון תלת-שלבי.

• סיכונים ושליטה בחוסר איזון נוכחי תלת-שלבי

1. סיכונים הנגרמות כתוצאה מחוסר איזון נוכחי תלת-שלבי

בחיי היומיום, קיימים עומסים רבים-חד-פאזיים ותלת--פאזיים. אם הקו הנייטרלי (קו N) וקו הארקה המגן (קו PE) משותפים, זה יהיה שווה ערך לחיבור מספר רב של התקנים חד-פאזיים ותלת-פאזיים למערכת אספקת חשמל TN-C. מה יהיו ההשלכות?

חוסר איזון תלת-פאזי מגביר את זרם הקו הנייטרלי, מעלה את פוטנציאל הקו הנייטרלי ומעלה את הפסדי הקו. קו ניטרלי שבור, בפרט, גורם לקפיצות מתח משמעותיות בשלב אחד ולנפילות משמעותיות בשלב אחר. השלב העומס יתר על המידה עלול לסבול נזק, בעוד שציוד שנמצא בשלב תת-מתח הופך לבלתי ניתן להפעלה.

חוסר איזון תלת-פאזי מגביר את הפסדי השנאים, שכן אובדן הספק בשנאי הפצה משתנה בהתאם לחוסר איזון העומס. זה גם גורם לסטיות מתח גדולות יותר בכל שלושת השלבים, ומפחית את היעילות של מכשירים חשמליים מחוברים.

(1) כאשר זרם שלושת-הפאזי אינו מאוזן

עם התקנים רבים-חד-פאזיים, שמירה על איזון עומס תלת-פאזי קבוע היא בלתי אפשרית. כאשר לא מאוזן, זרם לא מאוזן זורם דרך הקו הנייטרלי, הגורם לתנודות מתח. רמת המתח תלויה בזרם הקו הנייטרלי והתנגדות- זרם גבוה והתנגדות גורמים למתח גבוה יותר.

אם חוטי הנייטרלי והארקה משותפים, ברגע שהקו הניטראלי הלא מאוזן תלת-פאזי יקבל אנרגיה, מעטפת הציוד תהפוך לחשמל. מתח זה עשוי לנוע בין מספר וולט לעשרות וולט. למרות שמתח זה אינו גבוה, הוא עלול ליצור קשת חשמלית, להצית חומרים דליקים או נפיצים ולגרום לשריפה.

לדוגמה, כאשר מאוורר תלת- פאזי מותקן על תושבת זווית פלדה המקובעת לאדמה (או לפלטפורמת מתכת), זרם חשמלי חי מהמארז של המאוורר עלול לזרום דרך התושבת אל האדמה. אם הברגים של התושבת רופפים והמנוע רוטט, הדבר עלול ליצור קשת חשמלית בנקודות המגע של הבורג. אם חומרים דליקים או נפיצים נמצאים בקרבת מקום, עלולה להיווצר שריפה.

(2) שבירת חוט ניטרלי-חד-פאזי

ידוע על כך שחוט נייטרלי שבור מאפשר העברת זרם חי דרך מכשירים חשמליים לנייטרלי, וכתוצאה מכך נייטרלי חי. אם החוט הנייטרלי הראשי במעגל ביתי מנותק והנייטרלי חולק את אותו חוט הארקה, כל מתחמי הציוד החשמלי בתוך משק הבית יהפכו לחיים, מהווים סכנה בטיחותית משמעותית.

(3) החוט הנייטרלי שבור.

קו ניטרלי שבור במערכת אספקת החשמל, בשילוב עם עומסים תלת-פאזיים לא מאוזנים, עלול לגרום לקו הנייטרלי לאבד את הארקה ולגרום לסטייה חמורה בנקודה ניטרלית. זה מוביל בסופו של דבר לאסימטריה מלאה של מתח תלת-, כאשר מתח שלב A עשוי לרדת ליותר מ-100 וולט, מתח שלב B עשוי לעלות ל-300 וולט, ומתח הקו הנייטרלי עשוי להגיע גם לכמה עשרות וולט.

2. אמצעים לתיקון חוסר איזון נוכחי תלת-שלבי

(1) חלוקה מחדש של עומסים, חלוקה שווה של עומסים חד-פאזיים על פני שלוש-מערכות פאזיות.

(2) התקן התקני פיצוי ואיזון כוח תגובתי אוטומטי.

(3) אינטגרציה מאוזנת של מקורות כוח מבוזרים.

(4) ניטור והתראה: התקן התקני ניטור חכמים (למשל, שערים חכמים או מודולים של מדידת אנרגיה) במערכת חלוקת החשמל כדי לנטר באופן רציף את מאזן זרם/מתח תלת-פאזי.

לכן, יש לאזן את עומס התלת-פאזי במערכת הפצה-במתח נמוך, כאשר הפרש הקיבולת בין השלבים לא יעלה על 15%. במילים אחרות, עומס הפאזות המרבי לא יעלה על פי 1.15 מהעומס הממוצע של שלושה-שלבים.

V. מסקנה

ההשפעה של חוסר איזון תלת-שלבי אינה מבודדת אלא יוצרת מעגל קסמים מ"צד הרשת" ל"צד הציוד": "הפסדי מערכת מוגברים → כשלים בציוד → תנודות עומס → חוסר איזון מחמיר." לכן, יישומים מעשיים דורשים אמצעים כגון "אופטימיזציה של חלוקת עומסים במהלך שלב התכנון, ניטור- בזמן אמת במהלך הפעולה, והתקנת התקני פיצוי איזון" כדי לשמור על חוסר האיזון במסגרת הסטנדרטים הלאומיים, ובכך להפחית את הסכנות שלו במקור.