Для обеспечения питания современных объектов, как правило, используется трёхфазная электрическая сеть с 4 или 5 проводами и заземлённой нейтралью. Если применяется 5 проводов, 3 из них являются фазными, а 2 других - «ноль» и защитный. В случае четырёхпроводной электросети 3 провода также фазные, а четвёртый является одновременно нулевым и заземляющим.
Нормальная работа трёхфазной сети
В идеально функционирующей электрической сети разность потенциалов между любым из фазных проводов и нулевым проводом составляет 220 В. Линейные напряжения в этом случае между произвольно взятыми фазами равны 380 В. Если представить такую схему в виде векторной диаграммы, то векторы фаз будут отстоять друг от друга на угол, равный 120 градусов.
Суть и причины возникновения перекоса фаз
Однако не всегда сеть функционирует именно данным образом. Часто наблюдается такое явление, как перекос фаз. Он случается тогда, когда фаза (либо несколько фаз) находится под более высокой нагрузкой, нежели другие. Как следствие, напряжения фаз имеют разные значения, хотя линейное напряжение по-прежнему составляет 380 В.
На промышленных объектах в этих случаях происходит уменьшение мощности электродвигателей, трансформаторов, другого подобного оборудования. В быту из-за перекоса фаз могут выходить из строя электроприборы, у которых преобладает реактивная нагрузка.
Причины этого явления могут быть разные, причём сами перекосы бывают внешними и внутренними. В первом случае они случаются из-за источника энергии (электросетевой компании), во втором — из-за потребителей.
При этом перекос фаз может возникнуть, даже если нагрузка по ним распределена равномерно. В таком случае причинами могут стать следующие факторы:
- Использование одновременно различных видов нагрузки (индуктивной и емкостной);
- Различные значения потребляемой мощности в разные временные периоды (например, из-за пусковых токов);
- Неравномерность включения электроприборов.
Таким образом, практически в любой трёхфазной сети могут случаться перекосы фаз, за исключением вариантов, при которых в электросети установлен симметрирующий трансформатор.
Негативные последствия
Появление перекосов в функционировании электроприборов способно вызвать отрицательные последствия как по отношению к источникам электроэнергии, так и к потребителям. Среди таких последствий можно выделить:
- Замыкание и износ обмоток двигателей;
- Повышенный расход топлива у генератора, возможность его аварийного останова;
- Выход электрических приборов из строя;
- Снижение эксплуатационного ресурса электроприборов;
- Увеличение потребления электроэнергии;
- Рост расходов на ремонт и расходные материалы для электрогенератора.
Различные способы устранения
Для устранения фазового перекоса обычно применяются стабилизаторы напряжения. В быту используются однофазные стабилизаторы, защищающие отдельные электроприборы или их небольшие группы. В промышленности устанавливаются трёхфазные модели разной мощности, по своей конструкции состоящие из трёх однофазных стабилизаторов.
Принцип их действия основан на реакции на отклонения в той или иной фазе, в результате которой напряжение поднимается или опускается до номинального значения для конкретной фазы. Это приводит к изменению напряжения на остальных фазах и, как следствие, к возникновению нового перекоса фаз.
Таким образом, трёхфазные стабилизаторы напряжения не до конца решают задачу устранения перекоса фаз, так как сами вызывают вторичную фазовую асимметрию. Кроме того, стабилизаторы потребляют много электрической энергии.
Существуют и альтернативные методы перекоса фаз в трёхфазных сетях. В частности, применяется технология, с помощью которой производится не выравнивание напряжения на какой-то конкретной фазе, а симметрирование друг с другом. Эта технология реализуется при помощи установки в сети симметрирующего трансформатора. Принцип его действия состоит в эффекте симметрирования — т. е., равномерного распределения текущей нагрузки на все фазы. Таким способом сеть приводится в равновесие.