Шкода від несиметрії трифазного навантаження в розподільчому трансформаторі

I. Шкода від несиметрії трифазного навантаження в розподільчому трансформаторі

1. Збільшення втрат у лінії: втрати навантаження розподільчого трансформатора змінюються разом зі струмом навантаження трансформатора та пропорційні квадрату струму навантаження. У випадку трансформатора з однаковою потужністю трифазне навантаження незбалансоване, а активні втрати збільшуються.

Крім того, будуть втрати потужності на дроті. Чим більший дисбаланс, тим більші втрати в лінії.

2. Збільшення втрат потужності розподільного трансформатора: розподільний трансформатор є основним обладнанням живлення низьковольтної електромережі. Коли він працює під незбалансованим трифазним навантаженням, втрати розподільного трансформатора зростають, оскільки втрати потужності розподільчого трансформатора змінюються залежно від ступеня незбалансованості навантаження.

3. Знижена вихідна потужність розподільного трансформатора: під час проектування розподільного трансформатора його структура обмотки розраховується відповідно до робочих умов балансування навантаження, а характеристики обмотки в основному однакові, а номінальна потужність кожної фази однакова.

Максимально допустима вихідна потужність розподільного трансформатора обмежена номінальною потужністю кожної фази. Якщо розподільний трансформатор працює під незбалансованим трифазним навантаженням, фаза з малим навантаженням матиме надлишкову потужність, що зменшить вихідну потужність розподільного трансформатора.

Ступінь зниження вихідної потужності пов'язаний зі ступенем незбалансованості трифазного навантаження. Чим більше незбалансоване трифазне навантаження, тим більше зменшується вихідна потужність розподільного трансформатора. Тому, коли трифазне навантаження незбалансоване, вихідна потужність трансформатора не може досягти номінального значення, і його резервна потужність відповідно зменшується, а також зменшується перевантажувальна здатність.

Якщо розподільний трансформатор працює в умовах перевантаження, це може призвести до його нагрівання, а у серйозних випадках навіть до його перегорання.

4. Розподільний трансформатор виробляє струм нульової послідовності: розподільний трансформатор працює в умовах незбалансованого трифазного навантаження, виробляючи струм нульової послідовності, струм змінюється залежно від ступеня трифазного незбалансованого навантаження, чим більший ступінь незбалансованості, тим більший струм нульової послідовності.

Коли струм нульової послідовності проходить через сталевий елемент, він створює гістерезис та втрати на вихрові струми, що призводить до підвищення локальної температури сталевого елемента розподільчого елемента та його нагрівання, а ізоляція обмотки прискорює старіння через перегрів, що призводить до скорочення терміну служби обладнання.

5. Вплив на безпечну експлуатацію електрообладнання: Розподільний трансформатор розроблений відповідно до умов роботи трифазного балансування навантаження, а опір, реактивний опір витоку та імпеданс збудження кожної фазної обмотки в основному однакові.

Коли трансформатор працює в режимі трифазного балансування навантаження, його трифазний струм практично однаковий, а падіння напруги на кожній фазі всередині трансформатора практично однакове, тоді трифазна вихідна напруга трансформатора також збалансована.

Якщо розподільний трансформатор працює в трифазному режимі небалансу навантаження, вихідний струм кожної фази нерівний, а внутрішнє трифазне падіння напруги розподільного трансформатора нерівне, що призведе до трифазного дисбалансу вихідної напруги розподільного трансформатора.

Водночас, розподільний трансформатор працює з незбалансованим трифазним навантаженням, вихідний струм трифазної мережі різний, і через нейтральну лінію протікає струм. Таким чином, на нейтральній лінії виникає падіння імпедансу напруги, що призводить до дрейфу нейтральної точки, а отже, до змін фазної напруги, що серйозно загрожує безпечній роботі електрообладнання.

6. Зниження ефективності двигуна: розподільний трансформатор працює під незбалансованим трифазним навантаженням, що призводить до незбалансованої трифазної вихідної напруги. Коли на двигун подається незбалансована напруга, напруга зворотної послідовності створює обертове магнітне поле, протилежне обертовому магнітному полю, що генерується напругою прямої послідовності, діючи як гальмо.

Але оскільки позитивне магнітне поле набагато сильніше за негативне, двигун все одно обертається в напрямку позитивного магнітного поля. Однак, через гальмівний ефект магнітного поля зворотної послідовності, вихідна потужність двигуна зменшиться, а отже, і його ефективність знизиться.

Водночас, підвищення температури та втрати реактивної потужності двигуна зростатимуть зі зміною балансу трифазної напруги. Тому робота двигуна за умов змінної балансу трифазної напруги є дуже неекономічною та небезпечною.

II. Причини незбалансованого трифазного навантаження

(1) Недостатнє розуміння важливості трифазного балансування навантаження. Керівний персонал не дотримувався суворо правил та норм, а також не виконував вимоги до оцінювання.

(2) велика кількість однофазного електрообладнання. В останні роки в будинках з'явилася велика кількість високоякісних, потужних однофазних електроприладів. Коли споживання енергії однофазним навантаженням значно зростає, а ймовірність одночасного використання не є послідовною, ступінь незбалансованості трифазного навантаження низьковольтної електромережі може зростати.

(3) Оскільки керівний персонал не знайомий зі зміною правил та розподілом трифазного навантаження в зоні платформи, використання нових однофазних споживачів, особливо великого однофазного обладнання, не може бути збалансовано розподілено відповідно до трифазного навантаження.

(4) Тимчасове та сезонне збільшення споживання енергії, таке як літо, зима, свята, збільшення споживання енергії кожним користувачем є нерівномірним, що призводить до трифазного дисбалансу навантаження.

III. Заходи з покращення

1. Рішення проблеми трифазного дисбалансу напруги енергомережі, спричиненого асиметричним навантаженням:

(1) Асиметричне навантаження розподіляється між різними точками живлення, щоб зменшити проблему серйозного надмірного дисбалансу, спричиненого централізованим підключенням.

(2) Метод перехресного обміну та рівності використовується для того, щоб асиметричне навантаження було обґрунтовано розподілене по кожній фазі та спробувати зробити його збалансованим.

(3) Збільште здатність точки доступу до навантаження до короткого замикання, наприклад, змінивши мережу або покращивши рівень напруги живлення, щоб покращити здатність системи витримувати незбалансоване навантаження.

2. Посилення управління

(1) Організувати спеціальний персонал для щорічного складання схеми трансформаторної мережі та схеми розподілу навантаження, внесення відповідних даних, таких як кількість споживачів електроенергії на кожній фазі та модель лічильника електроенергії, у зручну та легку для перевірки таблицю, а також перевірку наявності відсутніх або нових споживачів та своєчасне оновлення інформації разом із змінами навантаження.

(2) Призначте особу з струмомірами та проводите випробування навантаження принаймні раз на місяць для перевірки незбалансованого трифазного навантаження.

(3) Щодо тимчасового та сезонного споживання електроенергії, керівний персонал повинен бути ознайомлений з основною ситуацією користувачів, місцями встановлення, змінами споживання електроенергії, а потім своєчасно коригуватися відповідно до ситуації.

(4) Застосовуйте нове однофазне обладнання для використання електроенергії, добре розподіляйте навантаження, максимально рівномірно розподіляючи його по трифазному колу.

3. Відрегулюйте трифазне незбалансоване навантаження для досягнення "чотирьохбалансного"

«Чотирибаланс» – це баланс точок вимірювання, баланс відгалужень, баланс основних ліній та баланс боку виводу низької напруги трансформатора.

Серед чотирьох балансів ключовим є точка вимірювання та баланс гілок, середнє споживання електроенергії користувачем може бути використано як основа для коригування, споживання електроенергії приблизно таке ж, як і в класі, відповідно рівномірно скориговане для трифазного живлення.

4. Підключіть трифазну лінію до точки навантаження одночасно

Для досягнення симетрії трифазного навантаження трифазні лінії слід підключати до точки навантаження одночасно, оскільки втрати значно зменшуються, коли трифазні лінії підключаються до точки навантаження одночасно.

Розширте зону розподілу трифазних та чотирипровідних систем, наскільки це можливо, та зменште довжину однофазної основної лінії живлення. Лінію доступу слід прокладати з фаз U, V та W на одному полюсі, наскільки це можливо. А навантаження трьох груп однофазної лінії має бути збалансованим, наскільки це можливо.

5. Розумно спроектувати схему реконструкції електромережі

Для досягнення трифазного балансу навантаження після трансформації необхідно раціонально спроектувати схему трансформації енергомережі. Перед проектуванням необхідно зрозуміти закон зміни навантаження та розподілу навантаження, провести обстеження на місці, опанувати розподіл навантаження та намалювати схему розподілу навантаження.

Проводку слід виконувати суворо за принципом трифазного балансування навантаження, а трифазні та чотирипровідні проводки повинні проникати в кожен важливий центр навантаження якомога глибше.

Джерело: Windows on Power