Основи технології моніторингу в системах низької напруги

Що означає асиметрія (дисбаланс) у трифазних системах? Найбільш поширеною системою є трифазна система 400 В (рис. 1), що складається з трьох змінних напруг, що рухаються на 120 ° в часі (рис. 2). Між фазами L1, L2 і L3 є 3 міжфазні напруги UL1-L2, UL2-L3, UL3-L1, які також відомі як напруги між лініями. Графічно представлені на фазовій діаграмі, ці напруги призводять до рівнобедреного трикутника (рис. 3). 3 напруги проти нейтральної N трансформатора - це напруги зірки (напруги фази до нейтралі) UL1-N, UL2-N, UL3-N, які також можна намалювати у рівнобедреному трикутнику.

За нормальних умов у трифазній системі всі напруги рівні за величиною, а всі кути - 120 °. Відхилення від цього називається асиметрією (дисбалансом).

асиметрія

Існує два типи асиметрії:

Випадок 1: За умови жорсткої системи, тобто напруга між фазами є постійною, напруга фази до нейтралі на навантаженні (точка вимірювання А) може змінюватися без зміни зовнішньої симетрії (рисунок 4). Це має місце при асиметричних навантаженнях в зіркових з'єднаннях і перерваному нульовому провіднику, тобто при відкритій нейтральній точці (зірці).

Справа два: Однак, якщо змінюються напруги між фазами, це завжди призведе до зміни напруги фази до нейтралі. Це відбувається при рушійних силових навантаженнях, коли одна фаза виходить з ладу (рисунок 1b). Обмотки двигуна U і V індукують напругу в відключеній обмотці W, яка більше не відповідає вихідній напрузі системи. Отже, трифазна система після запобіжника в точці вимірювання В тепер стала асиметричною. Це відоме як зворотна потужність.

Для виявлення асиметрії в системі, для першого випадку, необхідно виміряти і порівняти між собою 3 міжфазні напруги проти точки зірки (нульовий провідник N). Навіть найменші перепади напруги викликають асиметрію. Його можна розрахувати за допомогою:

У другому випадку достатньо порівняти величину фаз-фазних напруг і визначити асиметрію (дисбаланс) із наведеним рівнянням.

Наслідки асиметрії (дисбалансу) у трифазних системах

  1. Переривання нейтрального провідника

Спочатку розглядається випадок зламаного нульового провідника. Як показано на рис. 4, напруга між фазою та нейтраллю може досягати небезпечно високих значень аж до величини фази до фази в крайніх випадках. Зрозуміло, що це може пошкодити або зруйнувати підключені вантажі. Ці сплески є наслідком серйозного дисбалансу, який часто зустрічається в приватних або комерційних системах. Це пов’язано з тим, що використовувані там електричні прилади є переважно однофазними споживачами з різним споживанням енергії.

Хоча у будівельних приміщеннях приділяється увага симетричному розподілу навантажень на 3 фази, не можна уникнути асиметричного навантаження при щоденному використанні електрообладнання. Прикладом дуже асиметричного завантаження може бути пральна машина (2000 Вт) у фазі L1, лампочки (100 Вт) у фазі L2 та радіоприймач (20 Вт) у фазі L3 (рисунок 6а).

При нормальній роботі системи до всіх навантажень застосовується правильна системна напруга (230 В). Однак, якщо нейтральний провідник після роботи на установці, наприклад, не підключений повторно, а система знову підключена, напруга при малих навантаженнях може досягати дуже високих значень. У нашому прикладі радіоприймач буде схильний до ризику (блок живлення буде пошкоджений), а лампочки згорять.

Метою повинно бути сигналізація навіть найменших дисбалансів за допомогою вимірювальних реле та відключення навантажень, якщо це необхідно, перш ніж вони зможуть перерости в небезпечні умови. Звичайні реле перенапруги/низької напруги не підходять для раннього виявлення. Наприклад, щоб виявити асиметрію 5%, згідно з рівнянням (1), просто використовуючи реле напруги, їм потрібно було встановити значення перенапруги або зниженої напруги 2,5%. Однак це не було б корисним, оскільки немає необхідності відключати при мінімальній напрузі лише 2,5%.

Отже, монітор DOLD IL 9069 буде підходящим вимірювальним пристроєм для цього випадку, оскільки він виявляє асиметрію фази до нейтральних напруг. Оскільки напруга фази до нейтралі може досягати високих значень у разі несправності, реле повинно витримувати це.

  1. Зворотна напруга

Зворотна напруга, яку також називають зворотною потужністю, стає проблемою при перериванні провідника в електроустановці. Таке переривання може бути спричинене перегорелим запобіжником, зламаним провідником або пошкодженням контакту в комутаційному пристрої, наприклад (рис. 1b). Однак зворотна напруга виникає лише тоді, коли присутній трифазний двигун або трансформатор.

Оскільки двигуни, які працюють у дві фази через переривання, мають характеристику регенерації відсутньої фази системи самі по собі. Однак величина та кут цієї напруги не відповідають вихідній напрузі системи. Отже, трифазна система стала асиметричною нижче за течією переривання (міра B, рис. 1b). Ступінь асиметрії залежить від типу, розміру та навантаження двигуна.

У минулому вищевказану поведінку навмисно використовували для створення трифазної системи з існуючої однофазної системи. Сьогодні, в епоху силової електроніки, це вже не потрібно. У нашому випадку це було б навіть шкідливо, коли фаза виходить з ладу в системах з електроприводами.

Проблема полягає в тому, що однофазну роботу неможливо виявити негайно, оскільки агрегати продовжують працювати в незмінному режимі. Тільки при навмисному зміні робочого стану це буде виявлено, але це може бути занадто пізно. Наприклад, трифазні двигуни не можуть запускатися в однофазній системі.

Крім того, змінити напрямок обертання вже неможливо, оскільки двигун буде продовжувати працювати в початковому напрямку навіть після його підключення. Це може бути небезпечним, якщо відкат необхідний з міркувань безпеки, наприклад, при пресах та каландрах. Також двигуни для ліфтів та кранів запускалися б у зворотному напрямку через розтягуюче навантаження.

Знову ж таки, реле асиметрії (дисбалансу) можуть бути використані для запобігання станам цього типу. Але в цьому випадку потрібні пристрої, які порівнюють три міжфазні напруги та оцінюють їх відповідно до рівняння 1. Як описано для нейтрального провідника, виявляються невеликі кількості асиметрії, які не можуть бути виявлені реле напруги.

Рисунок 7 представляє правильне підключення подавача двигуна, як приклад. Тут використовується реле низької напруги з вбудованим виявленням дисбалансу IL 9071/011. Зверніть увагу, що ділянка між реле асиметрії та двигуном не контролюється. Якщо це необхідно з міркувань безпеки, реле захисту від струму IP 9271 необхідно додатково встановити на джерело живлення двигуна. За допомогою цього заходу вся система оптимально захищена від фазових несправностей та зламаних провідників.

Примітка: Для виявлення асиметрії також підійде BA 9040, а також розбите реле AI 940 для виявлення слабкого струму.