Основи на технологията за наблюдение в системи с ниско напрежение

Какво означава асиметрия (дисбаланс) в трифазните системи? Най-често срещаната система е 400 V трифазна система (фигура 1), съставена от три променливи напрежения, които се движат 120 ° във времето (Фигура 2). Между фазите L1, L2 и L3 има 3 фазово-фазови напрежения UL1-L2, UL2-L3, UL3-L1, които са известни също като напрежения между линията. Представени графично на фазова диаграма, тези напрежения водят до равнобедрен триъгълник (Фигура 3). 3-те напрежения срещу неутрален N на трансформатора са звездните напрежения (фазово-неутрални напрежения) UL1-N, UL2-N, UL3-N, които също могат да бъдат изтеглени в равнобедрения триъгълник.

При нормални условия в трифазна система всички напрежения са равни по големина и всички ъгли са 120 °. Отклонение от това се нарича асиметрия (дисбаланс).

фазова

Има два вида асиметрия:

Случай 1: Като се има предвид твърда система, т.е. напреженията между фазите са постоянни, напреженията фаза към неутрала в товара (точка на измерване А) могат да се променят, без да се променя външната симетрия (фигура 4) Такъв е случаят с асиметрични натоварвания в звездни връзки и прекъснат неутрален проводник, т.е. с отворена неутрална точка (звезда).

Дело две: Ако обаче напреженията от фаза до фаза се променят, това винаги ще доведе до промяна на напрежението от фаза към неутрала. Това се случва при натоварвания с двигателна мощност, когато една фаза откаже (фигура 1b). Намотките на двигателя U и V индуцират напрежение в изключената намотка W, което вече не съответства на първоначалното напрежение на системата. Следователно, трифазната система след предпазителите в точката на измерване В сега стана асиметрична. Това е известно като обратна мощност.

За да се открие асиметрия в дадена система, за първия случай трябва да се измерват и сравняват помежду си 3-фазните напрежения спрямо звездната точка (неутрален проводник N). Дори най-малките разлики в напрежението причиняват асиметрия. Може да се изчисли чрез:

Във втория случай е достатъчно да сравните величината на фазово-фазовите напрежения и да определите асиметрията (дисбаланса) с горното уравнение.

Последици от асиметрията (дисбаланса) в трифазните системи

  1. Прекъсване на неутрален проводник

Отначало се разглежда случаят на счупен неутрален проводник. Както е показано на фиг. 4, напреженията фаза-неутрала могат да достигнат опасно високи стойности, до степента на напрежение фаза-фаза в екстремни случаи. Ясно е, че това би повредило или унищожило свързаните товари. Тези скокове са следствие от сериозен дисбаланс, който често се среща в частни или търговски системи. Това се дължи на факта, че използваните там електрически устройства са предимно еднофазни консуматори с различна консумация на енергия.

Въпреки че в сградата се обръща внимание на симетрично разпределение на натоварванията към 3-те фази, асиметричното натоварване не може да бъде избегнато при ежедневното използване на електрическото оборудване. Пример за силно асиметрично натоварване може да бъде пералня (2000 W) във фаза L1, крушки (100 W) във фаза L2 и радио (20 W) във фаза L3 (фигура 6а).

При нормална работа на системата правилното системно напрежение (230 V) се отнася за всички товари. Ако обаче неутралният проводник не бъде свързан отново след работа по инсталацията, например и системата е свързана отново, напрежението при малки натоварвания може да достигне много високи стойности. В нашия пример радиото ще бъде изложено на висок риск (захранващият блок ще бъде повреден) и крушките ще изгорят.

Целта трябва да бъде да се сигнализира и за най-малките дисбаланси с помощта на измервателни релета и да се разкачат товари, ако е необходимо, преди те да могат да се превърнат в опасни условия. Конвенционалните релета за пренапрежение/понижено напрежение не са подходящи за ранно откриване. За да се открие асиметрия от 5%, например, съгласно уравнение (1), само с помощта на релета за напрежение, те трябваше да бъдат настроени на стойност на свръхнапрежение или понижено напрежение от 2,5%. Това обаче не би било полезно, тъй като няма нужда да се изключва при минимално напрежение от само 2,5%.

Следователно мониторът DOLD IL 9069 би бил подходящо измервателно устройство за този случай, тъй като открива асиметрия на фазата към неутрални напрежения. Тъй като фазово-неутралните напрежения могат да достигнат високи стойности в случай на повреда, релето трябва да може да го издържи.

  1. Обратно напрежение

Обратното напрежение, наричано още обратна мощност, се превръща в проблем при всяко прекъсване на проводник в електрическата инсталация. Такова прекъсване може да бъде причинено от изгорял предпазител, счупен проводник или повреда на контакта в комутационно устройство, например (фиг. 1б). Обратното напрежение обаче възниква само когато има трифазен двигател или трансформатор.

Тъй като двигателите, които работят в две фази поради прекъсване, имат характеристиката да регенерират липсващата фаза на системата сами. Въпреки това, големината и ъгълът на това напрежение не съответстват на първоначалното системно напрежение. Следователно трифазната система стана асиметрична надолу по течението на точката на прекъсване (мярка В, фиг. 1б). Степента на асиметрия зависи от вида, размера и натоварването на двигателя.

В миналото горното поведение умишлено се използва за генериране на трифазна система от съществуваща еднофазна система. Днес, в ерата на силовата електроника, това вече не е необходимо. В нашия случай би било дори вредно, когато фаза се повреди в системи с електрически задвижвания.

Проблемът е, че еднофазна операция не може да бъде открита незабавно, тъй като блоковете продължават да работят непроменени в момента. Само когато умишлено е променено работното състояние, то ще бъде открито, но може да е твърде късно. Трифазните двигатели например не могат да стартират в еднофазна система.

Освен това обръщането на посоката на въртене вече не е възможно, тъй като двигателят ще продължи да работи в първоначалната си посока, дори след като е включен. Това може да бъде опасно, ако е необходимо откат от съображения за безопасност, например при преси и каландри. Също така двигателите за асансьори и кранове биха стартирали в обратна посока поради натоварването на опън.

Отново, релетата за асиметрия (дисбаланс) могат да се използват за предотвратяване на състояния от този тип. Но в този случай са необходими устройства, които сравняват трите фазово-фазови напрежения и ги оценяват съгласно уравнение 1. Както е описано за неутралния проводник, се откриват малки количества асиметрия, които не могат да бъдат открити от релетата за напрежение.

Фигура 7 представлява правилното свързване на моторно подаващо устройство, като пример. Тук се използва релето за ниско напрежение с вградено откриване на дисбаланс IL 9071/011. Обърнете внимание, че участъкът между асиметричното реле и двигателя не се контролира. Ако това е необходимо от съображения за безопасност, подводното реле IP 9271 трябва допълнително да се постави върху захранването на двигателя. С тази мярка цялата система е оптимално защитена срещу фазови повреди и счупени проводници.

Забележка: За откриване на асиметрия BA 9040 също би бил подходящ, а счупеното реле AI 940 за откриване на слаб ток.