Несиметрією струмів і напруг в електротехніці називається поява в 3-фазної мережі нерівномірності амплітуд фазних струмів і кутів між ними. Така несиметрія може виникнути при нерівномірному межфазной навантаженні.
Наприклад, при з'єднанні обмоток по типу зірка і чьотирьох харчуванні, можливі такі наслідки несиметрії, як:
- обрив «нуля». При цьому лінійна напруга не змінюється, а фазові напруги перерозподіляються в прямій пропорційності від електричного опору навантаження. При протіканні струму по нульовій жилі розбалансування не відбувається (у кожного споживача напруга буде дорівнює 220 В). Як тільки трапляється обрив «нуля» через нерівномірності, споживачі можуть вийти з ладу;
- коротке замикання «фази на нуль». Напруга між іншими фазами і нулем виростає. І по ідеї повинен відключити ланцюг захисний автомат. Результат залежить від опору проводів і самого трансформатора.
Що відбувається при перекосі фаз?
Дане явище виходить з-за навантажувальної нерівномірності фаз. Відбувається збільшення струмів і падіння напруги, компенсується іншими фазами. При цьому на інших фазах зростає напруга, що погано впливає на споживачів.
Самим енергоефективним способом виправлення перекосу фаз вважається використання симетрувальних пристроїв (СУ), які здатні прибрати струми нульової і зворотній послідовності. Вони діляться на види:
- конденсаторні;
- перетворюють;
- компенсаційні СУ.
Останні апарати є пристрої з підключенням у розтин «нуля» трансформатора сімметрірующего трифазного (ТСТ) компенсаційної обмотки. Цей спосіб найефективніший, так як характеризується високими показниками симетрування.
Трансформатор сімметрірующій трифазний
Сімметрірующіе трансформатори - це пристрої, що усувають перекіс фаз в 3-фазних електромережах.
Робота сімметрірующего трансформатора полягає:
- у вирівнюванні струму навантаження на електромережі незалежно від споживчої навантаження;
- в зменшенні просадки в мережі при підключенні потужної навантаження;
- в зниженні втрат енергії, зменшення гармонік і опору.
Електрична схема приведена на малюнку,
де 1 - магнітопровід, 2, 3 - обмотки високої, низької напруги, 4 - компенсаційна обмотка, 5 - клини.
Конструкція добре знижує опір нульової послідовності 3-фазного трансформатора. Завдяки їй значно збільшуються струми КЗ - одне з основних переваг симетрувальних трансформаторів, оскільки це полегшує настройку релейного захисту при КЗ. Крім цього, немає такого сільноразрушающего впливу струму ОКЗ, так як забезпечується компенсація несиметричного потоку нульової послідовності.
Подивимося, що буде, якщо підключити однофазную несиметричну навантаження в 3-фазну чьотирьох електромережу із застосуванням ТСТ і без нього.
- На зображенні видно, що найбільше навантаження однієї фази дорівнює 1/3 від 3-фазної потужності енергоджерела.
- В результаті включення потужного 1-фазного споживача вийде перекіс фаз. Підвищиться ризик виходу з ладу приєднаних до джерела живлення споживачів. Якщо потужність приймачів підвищиться на 1/3 трифазної потужності джерела, то можлива поломка приладу.
- На цьому малюнку показано, що найбільше навантаження на одну фазу може дорівнювати половині 3-фазної потужності джерела енергії. Проте, джерело стане приймати навантаження як рівномірно розподілене пофазно.
Використання ТСТ дає можливість зменшити потужність генератора, підключивши до нього ті ж електроприймачі. Для енергетичного джерела навантаження буде прийматися рівномірно розподіленим по фазах.
Доцільність рішення про включення в схему ТСТ залежить від кожного конкретного випадку.
Конструкція і застосування сімметрірующего трансформатора
Основними складовими трансформатора є силовий агрегат, пристрій кабельного «введення-виведення» з захисними автоматами. Спосіб електромонтажу стаціонарний. Висновки до мережі і навантаженні розташовуються в нижній панелі. Трансформаторні котушки виконані за допомогою мідного дроту. Первинна із вторинною обмоткою мають гальванічною розв'язкою. Вторинна обмотка виконується за схемою «зірка».
На вході трансформатора монтується автомат, який забезпечує захист від перевантажень і КЗ. Трансформатор має світловою індикацією наявності вихідної напруги.
застосування
Трансформатори ТСТ широко застосовуються в наступних сферах:
- військове озброєння;
- технологічні машини з ЧПУ;
- служба ЖКГ;
- садово-дачні поселення.
ТСТ розміщуються між джерелом електроенергії і електричними споживачами.
Схеми симетрувальних трансформаторів
Розглянемо для прикладу дві схеми:
- СУ з трифазним трансформатором складається з трьох обмоток. Обмотка «2» підключена з «4» послідовно, з обмоткою «2» на інших стержнях - зустрічно зигзагоподібно. Загальна кількість витків першої та третьої дорівнює числу витків другої обмотки.
Ефективне застосування СУ виходить завдяки зниженню опору струмів нульової послідовності, що підвищує надійність роботи в аварійному режимі.
У схему між висновком «нуля» для підключення фазних навантажень N2 і нульовим виводом N1 підключені послідовно тиристорний ключ (6 і 7), стабілітрони (8 і 9) і резистор 10.
- Наступна схема включає в себе:
- 3-стрижневий муздрамтеатр 1;
- 3-фазну симетричну первинну обмотку 2 з живленням від мережі;
- вторинну обмотку 3, приєднаний за схемою зигзага трьох променів.
Особливість цієї схеми полягає в відсутності струму нульової послідовності в усіх обмотках при будь-яких режимах. Такий трансформатор відрізняється простотою і надійністю.
висновок
ТСТ дозволяють скоротити втрати енергії за рахунок зниження амплітуд гармонік, зменшення опору. Це збільшує робочий ресурс енергетичних джерел в мережах з перекосами фаз. Апарати призначені для підвищення надійності автономних генераторів і споживачів, коли навантаження несиметричні.
Трансформатори дають можливість раціонально застосовувати електростанції з меншою потужністю. Електричним генераторам, виробленим з синхронного типу, потрібно рівномірність навантаження, при цьому допускається лише тридцяти відсоткове перекіс по фазах. В такому випадку дуже корисним стає застосування сімметрірующего трансформатора.