Распределение однофазных нагрузок
Все однофазные нагрузки, особенно с нелинейными характеристиками, в электрической установке с трехфазным питанием должны быть равномерно распределены между фазами.
Балансировка однофазных нагрузок для достижения энергоэффективности (на фото: инструмент расчета электронных сетей, разработанный Schneider Electric)
Такие требования должны быть продемонстрированы при проектировании для всех трехфазных 4-проводных цепей, превышающих 100 А с однофазными нагрузками. Максимальное распределение несбалансированных однофазных нагрузок в условиях дисбаланса в процентах не должно превышать 10%.
Процент текущего дисбаланса может быть определен следующим выражением:
I u = (I d × 100) / I a
Где:
- I u - процентный дисбаланс в процентах
- I d -максимальное отклонение тока от среднего тока
- I a - средний ток между тремя фазами
Подключение однофазных нагрузок различных характеристик и энергопотребления к трехфазной системе электропитания приведет к неравномерным токам, протекающим в трехфазных силовых цепях и неуравновешенным фазным напряжениям в точке источника питания, то есть несбалансированным искажениям.
Несбалансированное искажение
Неблагоприятные последствия несбалансированного искажения в системе распределения электроэнергии включают:
- Дополнительные потери мощности и падение напряжения в нейтральных проводниках
- Причинение несбалансированных трехфазных напряжений в системе распределения электроэнергии
- Уменьшенный передний рабочий крутящий момент и перегрев асинхронных двигателей
- Чрезмерные электромагнитные помехи (EMI) для чувствительного оборудования в зданиях
- Дополнительная ошибка при измерении энергосистемы
Все однофазные нагрузки являются потенциальными источниками несбалансированного искажения.
Они должны быть тщательно спланированы на этапе проектирования для балансировки, даже если случайное соединение и работа большого количества малых однофазных нагрузок на конечных цепях будут иметь тенденцию отменять эффект искажения дисбаланса в основной и вспомогательной цепях.
Рисунок 1 - Нейтральный ток с 10% дисбалансом между фазовыми токами
10% -ный неуравновешенный фазовый ток в трехфазной 4-проводной силовой распределительной системе со средним фазным током 100 А (рис. 1) создаст нейтральный ток около 17А и увеличит общую потерю меди на 1%.
Комбинированный эффект 10% неуравновешенных и 30% токовых фазных токов (рис. 2 ниже) на той же схеме создаст нейтральный ток почти такой же величины, как и фазовый ток, что приведет к значительно более высоким потерям в трехфазном 4-проводном распределении мощности система.
Рисунок 2 - Нейтральный ток с 10% дисбалансом и 30% THD
Изменение уровня напряжения и неуравновешенное напряжение, вызванное несимметричным искажением однофазных нагрузок, являются некоторыми отклонениями напряжения, которые могут повлиять на стоимость и надежность двигателя. Опубликованные трехфазные характеристики асинхронного двигателя основаны на идеальном сбалансированном напряжении между фазами.
Перегрев (дополнительные потери) и уменьшение выходного крутящего момента являются серьезными негативными последствиями, вызванными работой асинхронных двигателей на неуравновешенных напряжениях.
Величина этих побочных эффектов напрямую связана со степенью дисбаланса напряжения. Неблагоприятное влияние небалансного напряжения на работу трехфазного асинхронного двигателя обусловлено тем, что небалансное напряжение разбивается на компонент положительной последовательности и противоположный компонент отрицательной последовательности.
Компонент положительной последовательности создает желаемый положительный крутящий момент. Этот крутящий момент, как правило, имеет меньшую величину, чем нормальный крутящий момент, выведенный из сбалансированного источника питания и с несколько более высокими, чем нормальные потери двигателя, поскольку напряжение положительной последовательности обычно ниже номинального.
Компонент отрицательной последовательности создает отрицательный крутящий момент, который не требуется. Вся мощность двигателя, создающая этот крутящий момент, попадает прямо в потери, которые должны поглощаться двигателем. Увеличивая количество несбалансированного напряжения, напряжение положительной последовательности уменьшается и напряжение отрицательной последовательности увеличивается. Оба этих изменения наносят ущерб успешной работе двигателя.
Позитивные (E + ve) и отрицательные (E -ve) последовательности могут быть рассчитаны по соотношению симметричных компонентов как:
Где:
- E R, E Y и E B являются исходными неуравновешенными напряжениями для красных, желтых и синих фаз и
- a = -1 / 2 + j√3 / 2.
Применение напряжения отрицательной последовательности на клемму трехфазной машины создает поток, который вращается в противоположном направлении от напряжения, создаваемого напряжением положительной последовательности. Таким образом, при синхронной скорости напряжения и токи индуцируются в роторе с удвоенной частотой линии.
Таким образом, применение напряжения отрицательной последовательности может влиять на потери в моторе, статоре и роторе, потери железа ротора и, следовательно, перегрев машины. Интересно отметить, что гармонические напряжения 5-го, 11-го, 17-го и т. Д. Порядков также являются отрицательной последовательностью и будут приводить к такому же отрицательному эффекту, как неуравновешенное напряжение.
Ссылка // Руководство по энергоэффективности электроустановок - Отдел электротехнических и механических услуг - Правительство Гонконг - Специальный административный район