Перекіс фаз в трифазній мережі: причини і наслідки

У кінцевих споживачів мереж централізованого електропостачання, яке є трифазним, застосовується напруга 220 В. Це фазна напруга. Три фази розподіляються між декількома споживачами. Вони підключаються до мережі не одночасно і з неоднаковими навантаженнями. Тому необхідне використання нейтрали щоб забезпечувати подачу фазної напруги кожного споживача за несиметричного навантаження в цій трифазної мережі.

Суть проблеми

Але оскільки існує обмеження по потужності кінцевих трансформаторних підстанцій, при згаданих вище навантаженнях величини фазних напруг змінюються відповідно навантажень. У більш навантаженої фази напруга зменшується наприклад до 195 - 205 В, а менш навантаженої збільшується до 245 В і більше. Наслідком таких навантажень є струм в нейтралі, який за своєю величиною може бути близьким до струму навантаженої фази.

Як наслідок цього - збільшення втрат. Вони є в кабельних і повітряних лініях електропередачі, трансформаторних підстанціях, і навіть в високовольтних ЛЕП живлять ці підстанції. Особливо характерно таке «зсув нейтралі» - термін, що характеризує фазні напруги при несиметричних навантаженнях в трифазній мережі, для житлового сектора споживачів електроенергії. При цьому підвищення напруги є небезпечним для деяких побутових електроприладів.

Використовувані в інфраструктурі житлового фонду трифазні асинхронні двигуни вже при двовідсотковій асиметрії відчувають додатковий нагрів обмоток, що помітно скорочує термін служби ізоляції. Причому подальше збільшення асиметрії в рази, тобто всього лише до 4 - 6% викликає зростання загальних втрат майже в два рази. Те саме можна сказати і до ламп розжарювання і люмінесцентних ламп. При підвищенні напруги всього лише на п`ять відсотків спіралі в них майже в два рази швидше перегорають.

Що робити?

Щоб зменшити зміщення нейтралі перед підстанціями рекомендується встановлювати спеціальні симетрувальні автотрансформатори. Схеми включення таких трансформаторів наведені нижче на зображеннях.

Наведені вище схеми застосовні також з глухо заземленою нейтраллю навантаження при відсутності технічної можливості вбудовування компенсаційної автотрансформаторной обмотки в нульовий провід, поєднуючи через цю обмотку навантаження з мережею.

Оскільки збільшення навантаження наприклад в фазі А викличе збільшення струму в цій фазі, напруга на відповідній послідовно включеної обмотці автотрансформатора теж збільшиться і відбудеться компенсація падіння напруги пропорційна силі струму навантаження. Установка автотрансформаторів поблизу розподільної підстанції забезпечує найкращий ефект. Коли з цієї підстанції електроенергія по розділеним фазами подається споживачам, стає можливим симетрування напруги.

Це зменшує втрати і дозволяє відфільтрувати гармонійні складові струму, що виникають від роботи напівпровідникових ключів електронних баластів газорозрядних ламп, потужних інверторів, зварювальних апаратів. Робота цих пристроїв вносить спотворення в синусоїдальну форму напруги електромережі. Наслідком подібних спотворень є теплові втрати у всіх працюючих електричних машинах, підключених до цієї електромережі.

Компенсація зсуву нейтрали з використанням спеціального автотрансформатора вельми недешевий спосіб боротьби з втратами електроенергії при зміщенні нейтрали при несиметричною фазной навантаженні. Однак позитивний ефект від цього способу виходить безперервно і швидко окупає всі витрати.