Weder Haushaltsgeräte noch Produktionsanlagen können ohne stabile Stromversorgung betrieben werden. Last- und Spannungsungleichgewicht oder Phasenungleichgewicht sind die Hauptursache für Ausfälle und Ausfälle. Dieses Phänomen kann und sollte bekämpft werden, was ein umfassendes Verständnis der Regeln für den Betrieb eines dreiphasigen Stromnetzes erfordert.
Ein Ausflug in die Theorie der Elektrotechnik
Das dreiphasige Wechselstromsystem wurde vor über einem Jahrhundert in der Industrie eingeführt, praktisch in der Form, in der es bis heute überlebt hat. Der Hauptentwickler des dreiphasigen Netzwerks ist Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, ein einheimischer Wissenschaftler, der die Ideen von Nikola Tesla als Grundlage für seine Entwicklungen verwendete.
Die Vorteile eines dreiphasigen Netzwerks liegen auf der Hand: Wenn während der Drehung des Magnetfelds ein Strom symmetrisch und gleichmäßig auf der dreipoligen Wicklung des Generators erscheint, kann seine Form leicht verwendet werden, um die Umwandlung elektrischer Energie in Drehung umzukehren. In der Zeit der Entwicklung des wissenschaftlichen und technologischen Fortschritts war die Fähigkeit, elektrische Maschinen frei zu benutzen, äußerst wichtig, und dies ist auch weiterhin so..
Garantiertes Netzteil AGM-7,5
Das dreiphasige Stromversorgungssystem ist jedoch nicht ohne Nachteile. Die Spannungen in jeder der Phasen sind durch den Symmetriekoeffizienten miteinander verbunden. In einem dreiphasigen Netzwerk werden zwei Arten von elektrischen Spannungen unterschieden: linear, zwischen Phasen wirkend, und Phase, die zwischen der Phase und dem Neutralleiter gemessen wird. Wenn die Last an jeder Phase gleich ist (symmetrisch), ist die Netzspannung v3-mal höher als die Phasenspannung. Da sich die Umkehrung der Spannungspolarität in jeder Phase mit dem Rest abwechselt und zeitlich teilweise überlappt, führt eine erhebliche Ungleichmäßigkeit in der Lastverteilung zu einem instabilen Betrieb des gesamten Systems.
Ursachen und Folgen eines Phasenungleichgewichts
Wenn eine Lastasymmetrie auftritt, tritt in einer der Phasen ein Verlust der Phasenspannung auf, während die Netzspannung konstant bleibt. Die Schaltung, nach der dreiphasige Lasten angeschlossen werden, kann als Spannungsteiler betrachtet werden: Ihr Abfall in der am stärksten belasteten Phase ist aufgrund des geringen Widerstands maximal, während bei den am wenigsten belasteten Phasen die Spannung ansteigt und zur Linearität tendiert. Mit anderen Worten wird die Spannung über die Phasen proportional zur angeschlossenen Last verteilt.
Wir beobachten dies in Haushaltsstromnetzen: Alle Verbraucher sind an verschiedene Phasen angeschlossen, es gibt jedoch keine Garantie dafür, dass bei einer strengen Individualisierung der Betriebsarten und der Leistung elektrischer Geräte die Last gleichmäßig verteilt wird. Daher wird das gebräuchlichste Schema zum Verbinden von Lasten in einem dreiphasigen Netzwerk, das als „Stern“ bezeichnet wird, durch einen Neutralleiter ergänzt, der an einen zentralen Punkt angeschlossen und elektrisch mit dem Erdungssystem verbunden ist. Dank dieses Zusatzes wird der Effekt von unsymmetrischen Lasten auf Phasenspannungen erheblich reduziert, während die Ausgleichseffizienz stark von der Leitfähigkeit des Neutralleiters abhängt..
Wenn die Leitfähigkeit nicht ausreicht oder der Neutralleiter abgeschaltet ist, steigt das Lastungleichgewicht wieder an und verursacht eine ungleichmäßige Verteilung der Phasenspannungen. Diese Funktionsweise des Stromnetzes ist mit schwerwiegenden Konsequenzen behaftet: Mit einem Spannungsanstieg in jedem aktiven Verbraucher steigt die Stromstärke bis zu den Grenzwerten, kapazitive Filter von Stromumwandlungsgeräten fallen aus, die Wahrscheinlichkeit eines Isolationsausfalls steigt, Überhitzung und ein Anstieg der parasitären Ströme werden bei Drehstrommotoren beobachtet. Eine Unterbrechung des Stadtnetzes von Null führt mit Sicherheit zu Schäden an Elektrogeräten, die an einen ungeschützten Zweig angeschlossen sind, auch wenn diese derzeit nicht funktionieren. Oft ist eine Beschädigung der Ausrüstung irreversibel, außerdem steigt die Wahrscheinlichkeit eines Brandes erheblich an. Das Phasenungleichgewicht wirkt sich auch negativ auf dreiphasige Stromversorgungen aus – Abwärtstransformatoren und dreiphasige Generatoren..
Neutralleiterwiederherstellung
Zur Übertragung von Elektrizität über große Entfernungen werden kolossale Spannungen verwendet, wodurch es möglich ist, den Leiterquerschnitt auf vernünftige Werte zu reduzieren. Wenn wir uns dem Verbraucher nähern, sinkt die Spannung mithilfe von Leistungstransformatoren schrittweise und das Stromnetz verzweigt sich allmählich. Es ist nicht erforderlich, die Transformatoren mit einem Neutralleiter zu verbinden, einem so wunderbaren Leiter, dass die Erdkruste diese Aufgabe perfekt bewältigt. Daher kann eine Nullunterbrechung nur in der letzten Phase der Transformation auftreten: einer 6-0,4-kV-Absenkstation oder an einem beliebigen Punkt des Niederspannungsverteilungsnetzes.
Um herauszufinden, wo ein Bruch im Neutralleiter möglich ist, wenden wir uns einem klassischen Beispiel zu – einem dreiphasigen Stromversorgungsnetz eines Wohnhauses. In dem technischen Kanal, der die Bodenflächen verbindet, können ein dreiadriges Kabel und ein gemeinsamer Erdungsbus verlegt werden. Es ist auch möglich, den Neutralbus über den vierten Kern des Kabels an die Erdungsschleife der Unterstation anzuschließen. In fast allen Fällen ist es recht einfach, den Ort der Unterbrechung zu bestimmen. Es reicht aus, nur das elektrische Potential zwischen dem Nullbus und der Erde mit einem Voltmeter zu messen. Wenn das Gerät Werte nahe der Abweichung der Phasenspannung von der Norm anzeigt, muss der Ort der Beschädigung gemäß dem Schema früher gesucht werden und sich in Richtung der Unterstation bewegen.
Bei Freileitungen ist die Situation anders. Der Neutralleiter folgt zusammen mit den Phasendrähten über die gesamte Länge des Verteilungsnetzes, beginnend vom Umspannwerk oder Transformator. Natürlich misst niemand unabhängig die Spannung zwischen dem Neutralleiter und der Masse an jedem Pol der Freileitung. Die Unterbrechung kann nur visuell und noch besser bestimmt werden – durch die Kräfte der Rettungskräfte. Darüber hinaus stellen wir fest, dass es keinen Sinn macht, den Neutralleiter in Ihrem Verantwortungsbereich unabhängig zu erden, da in diesem Fall das gesamte Netzwerk entlang des Leiters des Verbrauchers entladen wird, was bedeutet, dass der Strom durch das Messgerät fließt.
Wechselrichterphasenstabilisatoren
Nicht nur Verbraucher mit einer einphasigen Verbindung, sondern auch dreiphasige Teilnehmernetzwerke, einschließlich industrieller, leiden unter der Asymmetrie von Spannungen und Strömen. Eine der effektivsten Möglichkeiten zur Lösung des Phasenungleichgewichtsproblems ist die Installation eines Phasenstabilisators. Im Gegensatz zu herkömmlichen Haushaltsspannungsstabilisatoren beseitigen Phasenstabilisatoren Asymmetrien durch Verstärken oder Umverteilen der Last..
Tatsächlich kann die Funktion eines mehrphasigen Ausgleichsstabilisators durch eine Anordnung von drei einphasigen Spannungsstabilisatoren ausgeführt werden. Wenn jedoch drei Geräte zu einem kombiniert werden, kann dies erhebliche Vorteile versprechen. Das Funktionsprinzip eines Dreiphasengeräts besteht darin, dass es über ein Speicher- und Energieumwandlungsgerät verfügt, dessen Rolle ein Impulstransformator ist. Kurz gesagt: Ein einphasiger Stabilisator, der in der am stärksten durchhängenden Phase installiert ist, muss den Spannungsanstieg durch Erhöhung des Stromverbrauchs ausgleichen, was mit einer starken Abnahme des Wirkungsgrads des Wandlers einhergeht.
Dreiphasenstabilisatoren ziehen wiederum die zum Ausgleich erforderliche Energie aus Phasen, in denen die Spannung höher als der Nennwert ist, wodurch die Menge der Umwandlungsverluste viel geringer ist. In diesem Fall wird eine zusätzliche Belastung der unbelasteten Phasen durchgeführt, dh nicht nur der Verbraucher, sondern auch teilweise das Versorgungsnetz wird stabilisiert. Das Vorhandensein eines gemeinsamen Wechselrichters ermöglicht es Ihnen auch, ein dreiphasiges Netzwerk mit einem vorübergehenden Spannungsausfall an einer der Leistungsphasen aufrechtzuerhalten.
Dreiphasenspannungsstabilisator FNEX SBW 100
Nicht ohne Mängel. Dies sind vor allem die Komplexität der Vorrichtung und die hohen Kosten von Dreiphasenstabilisierungsvorrichtungen. Zum größten Teil werden Phasenstabilisatoren in der Stromversorgung kleiner Unternehmen eingesetzt, die mit elektrischen Geräten mit einem Gesamtstromverbrauch von bis zu 80-100 kVA ausgestattet sind: Kesselhäuser, Mobilfunkbasisstationen, Möbelgeschäfte. Für leistungsfähigere Verbraucher werden andere Stabilisierungsmethoden bereitgestellt.
Auswuchttransformatoren
Ein anderer Gerätetyp zur Stabilisierung von Strömen und Spannungen sind Balun-Transformatoren. Sie haben einen größeren Leistungsbereich. Für Netzwerke mit einem Stromverbrauch von bis zu 400 kVA wird empfohlen, Niederspannungstransformatoren vom Typ TST zu installieren, für leistungsstärkere Ausgleichstransformatoren 6 / 0,4 kV vom Typ TMGSU.
Beide Transformatortypen unterscheiden sich von herkömmlichen Leistungstransformatoren dadurch, dass sie eine zusätzliche Wicklung haben. Es befindet sich parallel zu den Primärwicklungen und ist zwischen dem Arbeitsnullpunkt und der Erdungsschleife des Transformatormittelpunkts geschaltet. Das Funktionsprinzip ist einfach: Wenn im Neutralleiter eine Asymmetrie der Lasten auftritt, entsteht ein Strom, der auf den Magnetkern des Transformators übertragen wird und dann die am stärksten belastete Phase hochzieht. Die Kompensation erfolgt automatisch aufgrund der unterschiedlichen Schwingungsperioden verschiedener Phasen.
TMGSU-Transformatoren unterscheiden sich praktisch nicht von Niederspannungsbaluns. Das Platzieren der Phasenausgleichsvorrichtung auf der Stufe der Abwärtstransformation ermöglicht es einfach, eine zusätzliche Transformationskette auszuschließen und dementsprechend zusätzliche Verluste im Magnetkreis zu vermeiden. Einfachheit, Zuverlässigkeit und niedrige Kosten machen Balun-Transformatoren zur besten Lösung für Netzwerke mit geringen Anforderungen an die sinusförmige Reinheit. Transformatoren verfügen jedoch nicht über ein so breites Spektrum an Schutz- und Stabilisierungsfunktionen wie Geräte vom Wechselrichtertyp..
Überspannungsschutz
Was ist mit Verbrauchern mit einer einphasigen Verbindung? Leider ist es nicht möglich, die Wahrscheinlichkeit eines Ungleichgewichts und den daraus resultierenden Spannungsanstieg irgendwie zu beeinflussen. Solche Phänomene treten regelmäßig auf, der Fehler liegt in der unzureichenden Ausstattung der Hauptnetze, dem Mangel an Arbeit zur Vorhersage der Lasten und dem bedauerlichen technischen Zustand der Elektrifizierungssysteme.
Sie können jedoch weiterhin Ihre eigenen elektrischen Einrichtungen schützen. Am einfachsten ist es, ein Spannungsrelais zu installieren, das die Versorgung des Objekts abschaltet, wenn die maximalen Betriebsparameter im Netzwerk angezeigt werden. Wenn selbst ein vorübergehender Mangel an Stromversorgung in der Anlage nicht akzeptabel ist, gibt es zwei Möglichkeiten zum Schutz vor Phasenungleichgewichten: Installation eines einphasigen Stabilisators oder Ausstattung der Eingangsverteilergruppe der automatischen Übertragungsschalter mit einer autonomen Stromquelle.
Was sind die Ursachen für ein Phasenungleichgewicht und wie können wir uns davor schützen?