I. Che cos'è lo squilibrio trifase?
Il termine "squilibrio trifase" si riferisce comunemente ai carichi di potenza disuguali su ciascuno dei tre cavi sotto tensione. La formula per il calcolo della potenza è la seguente:
La formula per il calcolo della potenza rivela che l'entità della potenza è determinata dalla tensione, dalla corrente e dal fattore di potenza. Le fluttuazioni e le deviazioni della tensione trifase- sono minime e rimangono effettivamente costanti. Nei tipici circuiti trifase-, dove predominano apparecchiature bi-fase, il fattore di potenza trifase-rimane quasi uniforme. Pertanto, il monitoraggio delle correnti trifase- consente una valutazione accurata dell'equilibrio del sistema.
II. Indicatori di misurazione
Lo standard nazionale (ad esempio GB/T 15543-2019 "Squilibrio di tensione trifase") definisce:
1. Criteri di valutazione dello squilibrio di tensione:
I valori consentiti sono generalmente specificati come:
Il grado di squilibrio trifase- è inferiore o uguale al 2% durante il normale funzionamento e l'utente finale può essere inferiore o uguale al 3%
.
2. Criteri di valutazione dello squilibrio attuale:
Imax è la corrente massima tra le tre-correnti di fase e Iavg è la corrente media.
Il requisito generale è che lo squilibrio della corrente trifase-deve essere inferiore o uguale al 10%, mentre per apparecchiature speciali come i motori dovrebbe essere inferiore o uguale al 5%.
III. Cause di avvenimento
Quando si verifica uno squilibrio trifase-, dovremmo selezionare metodi di trattamento appropriati in base alle cause corrispondenti. In genere, i motivi principali dello squilibrio tri-fase includono una distribuzione non uniforme del carico tra le tre fasi, guasti a terra, interruzioni della linea di fase, risonanza e fattori di potenza incoerenti tra le fasi.
Cause dello squilibrio di tensione trifase-
Le cause principali dello squilibrio della tensione trifase nei sistemi di alimentazione sono lo squilibrio del carico e l'impedenza del sistema. Lo squilibrio del carico è la causa principale dello squilibrio della tensione trifase, con notevoli carichi monofase-tra cui locomotive elettriche e saldatrici. Nei sistemi di alimentazione, i generatori e i trasformatori trifase-mostrano una buona simmetria e non influiscono sullo squilibrio della tensione trifase. Pertanto, lo squilibrio dell'impedenza del sistema è causato principalmente dall'impedenza sbilanciata della linea di alimentazione. Quando i conduttori trifase (linee aeree o cavi) sono disposti orizzontalmente o verticalmente, è necessario implementare misure di sfasamento per mantenere l'equilibrio dell'impedenza trifase.
Cause dello squilibrio della corrente trifase-
Le cause principali dello squilibrio di tensione trifase nel sistema di alimentazione sono il carico monofase (ad esempio illuminazione, elettrodomestici) concentrato su una fase e il guasto dell'apparecchiatura trifase (ad esempio cortocircuito dell'avvolgimento del motore).
IV. Pericoli e controllo dello squilibrio trifase-
- Pericoli e controllo dello squilibrio di tensione trifase-
1. Pericoli causati dallo squilibrio della tensione trifase-
(1) Quando il trasformatore funziona con carico sbilanciato, la tensione di una fase è a pieno carico mentre le altre due fasi no, il che fa sì che la capacità del trasformatore non venga completamente utilizzata. Nel frattempo, il trasformatore funziona a lungo con carico sbilanciato, causando il surriscaldamento locale e riducendone la durata.
(2) In un sistema di alimentazione trifase sbilanciato, la corrente di sequenza negativa genera perdite aggiuntive, aumentando le perdite di linea e la caduta di tensione. Inoltre, aumenta l'interferenza con i sistemi di comunicazione, compromettendo la normale qualità della comunicazione.
(3) Potrebbe causare il malfunzionamento della protezione del relè.
(4) I carichi sensibili possono causare malfunzionamenti.
(5) Il componente di sequenza negativa aumenta le perdite di rame nello statore e nel rotore del motore, causando surriscaldamento e accelerando l'invecchiamento dell'isolamento, riducendone così la durata operativa.
2. Misure per correggere lo squilibrio di tensione trifase-
(1) Innanzitutto, dare la priorità alle apparecchiature elettriche trifase simmetriche.
(2) Per i carichi monofase-, distribuirli ragionevolmente tra le tre fasi per ottenere un bilanciamento del carico ottimale su tutte le fasi.
(3) Quando i carichi monofase-non possono essere distribuiti correttamente in un sistema tri-fase, devono essere collegati a diversi punti di alimentazione.
(4) Per i carichi monofase-con elevata richiesta di potenza, per fornire alimentazione viene utilizzato un trasformatore monofase dedicato-.
(5) Installare apparecchiature di bilanciamento tri-fase.
- Pericoli e controllo dello squilibrio di corrente trifase-
1. Pericoli causati dallo-squilibrio della corrente trifase
Nella vita quotidiana sono presenti numerosi carichi monofase-e trifase-. Se la linea neutra (linea N) e la linea di terra protettiva (linea PE) fossero condivise, sarebbe equivalente a collegare un gran numero di dispositivi mono-e trifase-ad un sistema di alimentazione TN-C. Quali sarebbero le conseguenze?
Lo squilibrio tri-fase aumenta la corrente della linea neutra, aumenta il potenziale della linea neutra e aumenta le perdite di linea. Una linea neutra interrotta, in particolare, provoca picchi di tensione significativi in una fase e cali sostanziali in un'altra. La fase sovraccarica può subire danni, mentre le apparecchiature nella fase sotto-tensione diventano inutilizzabili.
Lo squilibrio tri-fase aumenta le perdite del trasformatore, poiché la perdita di potenza nei trasformatori di distribuzione varia con lo squilibrio del carico. Inoltre provoca maggiori deviazioni di tensione su tutte e tre le fasi, riducendo l'efficienza dei dispositivi elettrici collegati.
(1) Quando la corrente trifase-è sbilanciata
Con numerosi dispositivi monofase-, è impossibile mantenere un bilanciamento del carico trifase costante-. Quando non bilanciato, una corrente sbilanciata scorre attraverso la linea neutra, provocando fluttuazioni di tensione. Il livello di tensione dipende dalla corrente e dalla resistenza della linea neutra.-Una corrente e una resistenza più elevate determinano una tensione più elevata.
Se i fili neutro e di terra sono condivisi, una volta che la linea neutra sbilanciata trifase-viene energizzata, l'involucro dell'apparecchiatura diventerà elettrificato. Questa tensione può variare da diversi volt a decine di volt. Sebbene questa tensione non sia elevata, potrebbe generare un arco elettrico, accendendo materiali infiammabili o esplosivi e provocando un incendio.
Ad esempio, quando un ventilatore tri- è montato su una staffa angolare in acciaio fissata al suolo (o su una piattaforma metallica), la corrente elettrica sotto tensione proveniente dall'involucro del ventilatore può fluire attraverso la staffa fino a terra. Se le viti della staffa sono allentate e il motore vibra, ciò potrebbe creare un arco elettrico nei punti di contatto delle viti. Se nelle vicinanze si trovano materiali infiammabili o esplosivi, potrebbe verificarsi un incendio.
(2) Rottura del filo neutro dell'apparecchiatura-monofase
È universalmente riconosciuto che un filo neutro rotto consente alla corrente attiva di trasferirsi attraverso i dispositivi elettrici al neutro, risultando in un neutro attivo. Se il filo neutro principale in un circuito domestico viene interrotto e il neutro condivide lo stesso filo di terra, tutti gli involucri delle apparecchiature elettriche all'interno della casa diventerebbero sotto tensione, presentando un notevole rischio per la sicurezza.
(3) Il filo neutro è rotto.
Una linea neutra rotta nel sistema di alimentazione, combinata con carichi trifase sbilanciati-, può causare la perdita di messa a terra della linea neutra e provocare una grave deviazione del punto neutro. Ciò alla fine porta alla completa asimmetria della tensione trifase, in cui la tensione della fase A può scendere fino a oltre 100 volt, la tensione della fase B può aumentare fino a 300 volt e la tensione della linea neutra può anche raggiungere diverse decine di volt.
2. Misure per rettificare lo squilibrio di corrente trifase-
(1) Ridistribuzione del carico, distribuendo uniformemente i carichi monofase-su sistemi tri-fase.
(2) Installare dispositivi automatici di compensazione e bilanciamento della potenza reattiva.
(3) Integrazione equilibrata delle fonti di energia distribuite.
(4) Monitoraggio e avvisi: installare dispositivi di monitoraggio intelligenti (ad esempio, gateway intelligenti o moduli di misurazione dell'energia) nel sistema di distribuzione dell'energia per monitorare continuamente l'equilibrio corrente/tensione trifase.
Pertanto, il carico tri-fase in un sistema di distribuzione a bassa-tensione deve essere bilanciato, con la differenza di capacità tra le fasi non superiore al 15%. In altre parole, il carico di fase massimo non deve superare 1,15 volte il carico trifase medio.
V. Conclusione
L'impatto dello squilibrio tri-fase non è isolato ma forma un circolo vizioso dal "lato rete" al "lato apparecchiature": "aumento delle perdite di sistema → guasti alle apparecchiature → fluttuazioni del carico → peggioramento dello squilibrio". Pertanto, le applicazioni pratiche richiedono misure come "l'ottimizzazione della distribuzione del carico durante la fase di progettazione, il-monitoraggio in tempo reale durante il funzionamento e l'installazione di dispositivi di compensazione del bilanciamento" per mantenere lo squilibrio entro gli standard nazionali, riducendo così i rischi alla fonte.