Szkody wynikające z nierównowagi obciążenia trójfazowego w transformatorze rozdzielczym

I. Szkody wynikające z nierównowagi obciążenia trójfazowego w transformatorze rozdzielczym

1. Wzrost strat liniowych: straty obciążeniowe transformatora rozdzielczego zmieniają się wraz z prądem obciążenia transformatora i są proporcjonalne do kwadratu prądu obciążenia. W przypadku transformatora o tej samej mocy, obciążenie trójfazowe jest niesymetryczne, a straty czynne rosną.

Dodatkowo wystąpią straty mocy w przewodzie. Im większa asymetria, tym większe straty w linii.

2. Zwiększenie strat mocy w transformatorze rozdzielczym: transformator rozdzielczy jest głównym urządzeniem zasilającym sieci niskiego napięcia. Podczas pracy pod niesymetrycznym obciążeniem trójfazowym straty w transformatorze rozdzielczym rosną. Wynika to z faktu, że straty mocy w sieci rozdzielczej zmieniają się wraz ze stopniem niesymetrycznego obciążenia.

3. Zmniejszona moc wyjściowa transformatora rozdzielczego: podczas projektowania transformatora rozdzielczego struktura jego uzwojeń jest projektowana zgodnie z warunkami pracy przy równoważeniu obciążenia, a wydajność uzwojeń jest zasadniczo taka sama, a znamionowa pojemność każdej fazy jest równa.

Maksymalna dopuszczalna moc wyjściowa transformatora rozdzielczego jest ograniczona przez moc znamionową każdej fazy. Jeśli transformator rozdzielczy pracuje przy niesymetrycznym obciążeniu trójfazowym, faza o niskim obciążeniu będzie miała nadwyżkę mocy, co zmniejszy moc wyjściową transformatora rozdzielczego.

Stopień redukcji mocy wyjściowej jest związany ze stopniem asymetrii obciążenia trójfazowego. Im większe jest asymetria obciążenia trójfazowego, tym bardziej zmniejsza się moc wyjściowa transformatora rozdzielczego. W związku z tym, gdy obciążenie trójfazowe jest asymetryczne, moc wyjściowa transformatora nie może osiągnąć wartości znamionowej, co powoduje zmniejszenie jego rezerwy mocy i zmniejszenie przeciążalności.

Jeżeli transformator rozdzielczy pracuje w warunkach przeciążenia, łatwo może dojść do jego nagrzania, a w poważnych przypadkach nawet do jego spalenia.

4. Transformator rozdzielczy wytwarza prąd składowej zerowej: transformator rozdzielczy pracuje w warunkach niesymetrycznego obciążenia trójfazowego, wytwarza prąd składowej zerowej, który zmienia się w zależności od stopnia niesymetrii obciążenia trójfazowego. Im większy stopień niesymetrii, tym większy prąd składowej zerowej.

Gdy prąd składowej zerowej przepływa przez element stalowy, powstaje histereza i strata prądów wirowych, co powoduje wzrost lokalnej temperatury i nagrzewanie się elementu stalowego rozdzielnicy, a izolacja uzwojenia przyspieszy starzenie się z powodu przegrzania, co prowadzi do skrócenia żywotności urządzenia.

5. Wpływ na bezpieczną pracę urządzeń elektrycznych: Transformator rozdzielczy jest projektowany zgodnie z warunkami pracy trójfazowego układu równoważenia obciążenia, a rezystancja, reaktancja upływu i impedancja wzbudzenia każdego uzwojenia fazowego są zasadniczo takie same.

Gdy transformator pracuje w trybie trójfazowego równoważenia obciążenia, jego prąd trójfazowy jest zasadniczo równy, a spadek napięcia w każdej fazie wewnątrz transformatora jest zasadniczo taki sam, wówczas trójfazowe napięcie wyjściowe transformatora jest również zrównoważone.

Jeżeli transformator rozdzielczy pracuje w warunkach trójfazowej asymetrii obciążenia, prąd wyjściowy każdej fazy nie jest równy, a wewnętrzny trójfazowy spadek napięcia transformatora rozdzielczego nie jest równy, co prowadzi do trójfazowej asymetrii napięcia wyjściowego transformatora rozdzielczego.

Jednocześnie transformator rozdzielczy pracuje przy niesymetrycznym obciążeniu trójfazowym, prąd wyjściowy w trzech fazach jest różny, a w przewodzie neutralnym przepływa prąd. W rezultacie przewód neutralny generuje spadek napięcia impedancji, co powoduje przesunięcie punktu neutralnego, a w efekcie zmiany napięcia fazowego, co poważnie zagraża bezpiecznej pracy urządzeń elektrycznych.

6. Obniżona sprawność silnika: transformator rozdzielczy pracuje pod niesymetrycznym obciążeniem trójfazowym, co powoduje niesymetryczne napięcie wyjściowe trójfazowe. Gdy niesymetryczne napięcie jest podawane na silnik, składowa przeciwna napięcia wytwarza wirujące pole magnetyczne przeciwne do wirującego pola magnetycznego generowanego przez składową zgodną napięcia, działając jak hamulec.

Ponieważ jednak dodatnie pole magnetyczne jest znacznie silniejsze niż ujemne, silnik nadal obraca się w kierunku dodatniego pola magnetycznego. Jednak ze względu na hamujący wpływ ujemnego pola magnetycznego, moc wyjściowa silnika ulegnie zmniejszeniu, a jego sprawność spadnie.

Jednocześnie, wraz z asymetrią napięcia trójfazowego, wzrasta wzrost temperatury i strata mocy biernej silnika. Dlatego praca silnika w warunkach asymetrii napięcia trójfazowego jest bardzo nieekonomiczna i niebezpieczna.

II. Przyczyny nierównomiernego obciążenia trójfazowego

(1) Niedostateczne zrozumienie znaczenia trójfazowego bilansowania obciążenia. Kadra zarządzająca nie postępowała ściśle zgodnie z zasadami i przepisami, ani nie realizowała wymagań oceny.

(2) Duża liczba jednofazowych urządzeń elektrycznych. W ostatnich latach do powszechnego użytku domowego trafiła duża liczba wysokiej jakości, jednofazowych urządzeń elektrycznych o dużej mocy. W przypadku znacznego wzrostu poboru mocy przez obciążenie jednofazowe i nierównomiernego prawdopodobieństwa jednoczesnego użytkowania, stopień asymetrii obciążenia trójfazowego w sieci elektroenergetycznej niskiego napięcia może wzrosnąć.

(3) Ponieważ personel zarządzający nie jest zaznajomiony ze zmieniającymi się zasadami i rozkładem obciążenia trójfazowego w obszarze platformy, nie jest możliwe zrównoważone rozłożenie obciążenia nowych użytkowników jednofazowych, zwłaszcza dużego sprzętu jednofazowego, zgodnie z obciążeniem trójfazowym.

(4) Tymczasowe i sezonowe zwiększenie zużycia energii, np. latem, zimą, w święta, powoduje nierównomierny wzrost zużycia energii przez każdego użytkownika, co skutkuje nierównowagą obciążenia trójfazowego.

III. Środki poprawy

1. Rozwiązania problemu nierównowagi napięć trójfazowych w sieci elektroenergetycznej spowodowanej niesymetrycznym obciążeniem:

(1) Obciążenie asymetryczne jest rozproszone na różne punkty zasilania, aby ograniczyć problem nadmiernej nierównowagi spowodowanej scentralizowanym połączeniem.

(2) Metodę wymiany krzyżowej i równości stosuje się w celu racjonalnego rozłożenia obciążenia asymetrycznego na każdą fazę i próby jego zrównoważenia.

(3) Zwiększyć zdolność zwarciową punktu dostępu obciążenia, np. poprzez zmianę sieci lub poprawę poziomu napięcia zasilania, aby poprawić zdolność systemu do wytrzymywania nierównomiernego obciążenia.

2. Wzmocnij zarządzanie

(1) Zorganizuj specjalny personel, który każdego roku sporządzi schemat sieci transformatorowej i schemat rozkładu obciążenia, sporządź odpowiednie dane, takie jak liczba użytkowników energii elektrycznej w każdej fazie i model licznika energii elektrycznej, w wygodnej i łatwej do sprawdzenia tabeli, a także sprawdź, czy brakuje nowych lub nowych użytkowników, i na bieżąco dokonuj aktualizacji w zależności od zmian obciążenia.

(2) Przydziel osobie miernik cęgowy i przeprowadzaj test obciążenia co najmniej raz w miesiącu, aby sprawdzić nierównomierne obciążenie trójfazowe.

(3) W przypadku chwilowego i sezonowego zużycia energii elektrycznej personel zarządzający musi znać podstawową sytuację użytkowników, miejsca instalacji, zmiany zużycia energii elektrycznej i na tej podstawie odpowiednio dostosowywać swoje działania.

(4) Złóż wniosek o nowy sprzęt jednofazowy do korzystania z energii elektrycznej, wykonaj dobrą pracę rozdzielania mocy obciążenia, w miarę możliwości równomiernie rozprowadzając ją w obwodzie trójfazowym.

3. Dostosuj obciążenie trójfazowe niesymetryczne, aby uzyskać „zrównoważenie poczwórne”

„Cztery równowagi” to równowaga punktów pomiarowych, równowaga gałęzi, równowaga linii głównych i równowaga strony wyjściowej transformatora niskiego napięcia.

Spośród czterech bilansów, kluczowy jest punkt pomiaru i bilans gałęzi, średnie zużycie energii elektrycznej użytkownika może być wykorzystane jako podstawa do regulacji, zużycie energii elektrycznej jest mniej więcej takie samo jak w klasie, odpowiednio równomiernie dostosowane do trzech faz.

4. Podłącz jednocześnie linię trójfazową do punktu obciążenia

Aby uzyskać symetrię obciążenia trójfazowego, linie trójfazowe należy wprowadzić do punktu obciążenia w tym samym czasie, ponieważ straty ulegają znacznemu zmniejszeniu, gdy linie trójfazowe zostaną wprowadzone do punktu obciążenia w tym samym czasie.

Należy maksymalnie rozszerzyć obszar dystrybucji zasilania w systemie trójfazowym i czteroprzewodowym oraz skrócić długość jednofazowej linii głównej zasilającej. Linia doprowadzeniowa powinna być prowadzona z faz U, V i W na tym samym słupie, w miarę możliwości. Obciążenie trzech grup linii jednofazowej powinno być w miarę możliwości zrównoważone.

5. Rozsądnie zaprojektuj schemat modernizacji sieci energetycznej

Aby uzyskać trójfazowy bilans obciążenia po transformacji, konieczne jest rozsądne zaprojektowanie schematu transformacji sieci elektroenergetycznej. Przed przystąpieniem do projektowania należy zrozumieć prawo zmian obciążenia i jego rozkładu, przeprowadzić badania terenowe, opanować zasady rozkładu obciążenia oraz narysować schemat okablowania.

Okablowanie należy wykonać ściśle według zasady równoważenia obciążenia trójfazowego, a przewody trójfazowe i czterofazowe powinny być wprowadzone do każdego ważnego ośrodka obciążenia, w miarę możliwości.

Źródło: Windows on Power