Перекос фаз

Причины возникновения

В качестве причины перекоса рассматриваются различные факторы, однако, по общему мнению, специалистов, чаще всего перекос возникает из-за неравномерного и неправильного распределения нагрузки в фазах внутренних электрических сетей. Это означает, что работа одной или двух фаз осуществляется с перегрузкой, а другие фазы в это время находятся под значительно меньшей нагрузкой.

Нередки случаи, когда однофазные потребители оказываются на одной фазе. В результате, причиной перекоса становится большое количество бытовой техники, включенной одновременно. Основными признаками подобного явления считается заметное падение мощности электрических приборов, а иногда их работа вообще прекращается. Обычные лампы накаливания начинают гореть очень тускло, а у люминесцентных ламп начинается мерцание.

Главная опасность таких ситуаций заключается в некорректной работе бытовых приборов и оборудования. Больше всего страдают электродвигатели, установленные во многих устройствах. В некоторых случаях причиной перекоса является обрыв фазы, вызывающий значительное увеличение токов в других фазах. Такой режим работы приводит к перегрузкам оборудования и считается аварийным.

Кроме того, перекос может возникнуть в результате короткого замыкания фазы и нулевого провода. В такой ситуации автоматический выключатель выходит из строя, а между нулем и остальными фазами резко увеличивается напряжение.

Защита и устранение

Для того чтобы предотвратить возникновение перекоса и обеспечить нормальную эксплуатацию трехфазной сети, необходимо привести напряжение на каждой фазе в соответствие с номиналом. Это можно сделать с помощью специальных приборов и устройств, например, используя стабилизатор напряжения. Как правило, это трехфазное устройство, состоящее из трех однофазных приборов, используемое в условиях промышленного производства. Тем не менее, стабилизаторы не способны устранять перекосы, они лишь выравнивают напряжение в каждой фазе.

Иногда они сами становятся причиной неравномерного распределения электроэнергии. Поэтому для борьбы с перекосами разработаны специальные технологии, способные выровнять напряжение между фазами. Среди них наибольшее распространение получили:

• Использование автоматических устройств, выравнивающих нагрузки.
• Проектирование электроснабжения на объекте с учетом предполагаемых нагрузок. Эффективное устранение перекоса фаз в трехфазной сети возможно путем тщательного планирования мощностей и расчетов возможных нагрузок с учетом их правильного распределения по фазам.
• Возможность изменения электрических схем с учетом добавленных мощностей потребителей.
• Подключение специальных устройств, контролирующих фазное напряжение и отключающих питание в случае перекоса.

В процессе эксплуатации нередко приходится измерять перекос фаз в трехфазной сети. Для этого используются специальные тестеры и по итогам измерений однофазные нагрузки перебрасываются с перегруженных фаз на менее загруженные. Ток на каждой фазе должен тщательно измеряться, чтобы при перераспределении токи каждой фазы были примерно одинаковые.

Существуют нормативы, определяющие допустимый перекос и нормы несимметрии. Так, разница нагрузок в вводно-распределительных устройствах между фазами не должна превышать 15%, а в распределительных щитах – 30%.

Последствия

Всем известно, что перекосы фаз могут вызвать серьезные негативные последствия для трехфазной сети. Заметно увеличивается энергопотребление, электроприборы и оборудование начинает работать неправильно, в их работе происходят сбои, отключения, отказы, перегорают предохранители, изнашивается изоляция. В трехфазных автономных источниках под влиянием неравномерной загрузки фаз возникают механические повреждения подшипников вала и подшипниковых щитов генератора вместе с приводным двигателем.

Все негативные последствия получают довольно широкое распространение и охватывают многие сферы деятельности:

• Все электроприемники, в том числе приборы, оборудование и другие в значительной степени подвержены повреждениям, отказам, увеличенному износу, снижению сроков эксплуатации.
• Источники электроэнергии – генераторы также попадают под воздействие перекоса. У них резко возрастает расход топлива и масла, жидкости в системе охлаждения. Повреждается генератор, увеличивается потребление электричества из общей сети.
• Для потребителей становится опасен электротравматизм, возгорание проводки или приборов. Возрастают расходы, связанные с необходимостью ликвидации негативных последствий.

>способ обнаружения дисбаланса тока и/или напряжения в многофазном электропитании и система для его осуществления

Рисунки к патенту РФ 2202114

Рисунок 1, Рисунок 2 Изобретение в общем имеет отношение к области электронных измерителей энергии, а более конкретно имеет отношение к созданию электронных измерителей энергии для систем обнаружения дисбаланса (нарушения баланса) напряжения и тока при подводе электропитания к измерителю энергии
Децентрализация средств производства электроэнергии создала рынок для устройств, позволяющих осуществлять текущий контроль электроэнергии и контролировать эффективность ее распределения. Раньше потребители энергии имели только встроенные системы, не позволяющие получать некоторую информацию, которую можно считать необходимой для надлежащего контроля электроэнергии, поступающей от электрической подстанции или от множеством подстанций, а также электроэнергии, поступающей к ним, и, кроме того, необходимую для контроля электроэнергии в соответствующих сетях питания. Например, существующие измерительные системы позволяют измерять напряжение или ток только для отдельных фаз многофазной системы электропитания, причем на основании таких измерений определяют, находятся ли параметры такой системы электропитания в заданных пределах (то есть между верхним и нижним пороговыми значениями). Заранее предусмотренные действия, например включение тревожной или предупреждающей сигнализации, предпринимают при превышении соответствующего порога отклонения. Однако такой текущий контроль не позволяет выявлять ситуации, при которых фазы напряжений или токов находятся в заданных индивидуальных пределах фаз, но не являются пропорциональными друг другу. Другими словами, фазы напряжений/токов не проверяют относительно друг друга. Поэтому может возникать некоторый дисбаланс несмотря на то, что каждая фаза не превышает абсолютное предельное значение. Дисбаланс может существовать, например, когда две фазы находятся в верхней части их диапазона тока или напряжения, а одна фаза находится в нижней части своего диапазона. Например, фазы А и В могут иметь 110% их номинальных значений, а фаза С может иметь 90% своей номинальной величины. Каждая фаза может находиться внутри индивидуальных фазовых пределов, однако поступающие по каждой фазе напряжения/токи не равны друг другу (например, может быть проблема с фазой С). Дисбаланс является нежелательным и во многих применениях необходимо поддерживать строго сбалансированные фазовые напряжения или фазовые токи. Однако в известных ранее системах нет индикации фазового напряжения или фазового тока, пока каждая фаза лежит в своих заданных пределах, хотя дисбаланс может существовать. Одна из причин необходимости контроля дисбаланса напряжения и/или тока является экономической, так как дисбаланс может воздействовать на оборудование и процессы и может приводить к сбоям в работе, к прерыванию операций и к повреждению оборудования, а также к другим аномалиям. Более того, в некоторых системах дисбаланс запрещен (например, определение дисбаланса является обязательным в некоторых странах, таких как Индия). Кроме того, потребитель энергии, например предприниматель, теперь имеет возможность выбора своего поставщика энергии и поэтому может иметь необходимость или желание определять качество энергии, предлагаемой данным поставщиком. Аналогично, поставщик энергии должен производить текущий контроль энергии, получаемой потребителями, и обеспечивать отсутствие дисбаланса, чтобы не потерять потребителей. Таким образом, и поставщикам, и потребителям в настоящее время нужны измерительные системы, позволяющие обнаруживать дисбаланс напряжения и тока. Несмотря на то, что область создания измерительных систем и является достаточно развитой, остаются некоторые проблемы, связанные с технологией измерений, в особенности при проведении измерений дисбаланса напряжения и тока при многофазной подаче энергии. Поэтому существует необходимость создания системы и способа, предназначенных для обнаружения дисбаланса, которые позволили бы исключить недостатки существующих устройств. Настоящее изобретение направлено на создание способа обнаружения дисбаланса тока и/или дисбаланса напряжения в многофазном электропитании, поступающем на измеритель энергии. Способ включает в себя следующие операции: измерение значения фазы для каждой фазы электропитания; определение нормализованного значения фазы для каждой фазы; определение верхнего нормализованного значения фазы, соответствующего измеренным значениям фаз; определение отношения нормализованных значений фаз, соответствующего нормализованным значениям фаз; сравнение верхнего нормализованного значения фазы с первым порогом; сравнение отношения нормализованных значений фаз со вторым порогом; и определение наличия дисбаланса при превышении первого порога верхним нормализованным значением фазы и при отношении нормализованных значений фаз, лежащем ниже второго порога. В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, индикатор дисбаланса активизируется при наличии дисбаланса. В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, операция определения нормализованного значения фазы для каждой фазы включает в себя операцию определения номинального значения фазы для каждой фазы и операцию деления измеренного значения фазы на номинальное значение. В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, операция определения номинального значения фазы для каждой фазы включает в себя операцию поиска номинального значения фазы для данного типа электропитания в запоминающем устройстве. В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, настоящее изобретение дополнительно включает в себя операцию определения нижнего нормализованного значения фазы, соответствующего измеренным значениям фаз, и операцию определения отношения нормализованных значений фаз, которая включает в себя операцию деления нижнего нормализованного значения фазы на верхнее нормализованное значение фазы. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, оно включает в себя систему для обнаружения дисбаланса тока и/или дисбаланса напряжения в многофазном электропитании, поступающем на измеритель энергии. Система включает в себя средство для измерения значения фазы для каждой фазы электропитания; средство для определения нормализованного значения фазы для каждой фазы; средство для определения верхнего нормализованного значения фазы, соответствующего измеренным значениям фаз; средство для определения отношения нормализованных значений фаз, соответствующего нормализованным значениям фаз; средство для сравнения верхнего нормализованного значения фазы с первым порогом; средство для сравнения отношения нормализованных значений фаз со вторым порогом; и средство для определения наличия дисбаланса при превышении первого порога верхним нормализованным значением фазы и при отношении нормализованных значений фаз, лежащем ниже второго порога. В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предусмотрено средство активизации индикатора дисбаланса при наличии дисбаланса. Индикатор дисбаланса преимущественно содержит по меньшей мере один жидкокристаллический индикатор (ЖКИ), журнал регистрации событий, а также релейный выход, который может быть подключен к факультативному соединителю. В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предусмотрено запоминающее устройство для хранения номинальных значений фаз для данного типа электропитания, а также первого порога и второго порога. Средство для определения номинального значения фазы представляет собой средство поиска номинального значения фазы для данного типа электропитания в запоминающем устройстве. В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, запоминающее устройство представляет собой долговременную память, средство для пределения нормализованного значения фазы для каждой фазы представляет собой интегральную микросхему, а средство для определения наличия дисбаланса представляет собой микроконтроллер. Интегральная микросхема преимущественно включает в себя по меньшей мере один аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и один программируемый цифровой процессор сигналов (ЦП). Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи. На фиг. 1 показана структурная схема, на которой изображены функциональные компоненты примерного измерителя дисбаланса и их подключение в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.2 показана схема последовательности операций примерного способа в соответствии с настоящим изобретением. Далее будут описаны со ссылкой на чертежи системы и способы в соответствии с настоящим изобретением, предназначенные для определения дисбаланса напряжения и тока в многофазном электропитании. Специалисты легко поймут, что приведенное со ссылкой на чертежи описание дано только в качестве примера и не предназначено для какого-либо ограничения объема настоящего изобретения. Например, в ходе описания преимущественного варианта осуществления способа и системы обнаружения дисбаланса, для пояснения настоящего изобретения использован примерный измеритель. Однако такой и иные примеры имеют целью только четкое описание способов и систем в соответствии с настоящим изобретением и не предназначены для ограничения изобретения. Более того, в примерных вариантах применения настоящего изобретения указан конкретный электронный измеритель энергии, однако такой измеритель не предназначен для ограничения изобретения, поэтому настоящее изобретение может быть использовано совместно и с другими системами измерения. Настоящее изобретение позволяет производить обнаружение дисбаланса напряжения и тока при измерении многофазного электропитания. При многофазном электропитании, даже если напряжение каждой фазы не превышает абсолютного предела, фазовые напряжения могут иметь дисбаланс друг относительно друга. На фиг. 1 показана структурная схема, на которой изображены функциональные компоненты примерного измерителя дисбаланса и их подключение в соответствии с настоящим изобретением. Данный измеритель дисбаланса описан в находящейся на одновременном рассмотрении заявке РСТ «ENERGY METER WITH POWER QUALITY MONITORING AND DIAGNOSTIC SYSTEMS» («Измеритель энергии с текущим контролем качества электроэнергии и с диагностической системой»), PCT/US97/18547, с датой международной подачи 16 октября 1997. Как это показано на фиг.1, измеритель для трехфазной электрической сети преимущественно включает в себя индикатор жидкокристаллического типа (ЖКИ) 30, измерительную интегральную схему (ИС) 14, которая преимущественно содержит аналого-цифровые преобразователи (АЦП), программируемый цифровой процессор (ЦП) и микроконтроллер 16. Аналоговые сигналы напряжения и тока, которые распространяются по линиям передачи энергии между силовым генератором поставщика электроэнергии и пользователями электрической энергии, измеряются соответственно при помощи делителей напряжения 12А, 12В, 12С и токовых трансформаторов или шунтов 18А, 18В, 18С. Выходные сигналы с делителей напряжения 12А-12С и с токовых трансформаторов 18А-18С, или сигналы измеренного напряжения и тока, поступают на входы измерительной ИС 14. Аналого-цифровые преобразователи в измерительной ИС 14 преобразуют сигналы измеренного напряжения и тока в цифровую форму, соответствующую аналоговым сигналам напряжения и тока. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, аналого-цифровое преобразование проводят в соответствии с описанным в патенте США 5544089 от 6 августа 1996г, выданном на программируемый электрический измеритель с использованием мультиплексных аналого-цифровых преобразователей. Цифровые отображения напряжения и тока затем по интерфейсной (IIС) шине 36 вводят в микроконтроллер 16. Цифровые отображения напряжения и тока используются в микроконтроллере 16 для осуществления измерений дисбаланса и для активизации индикатора или средства тревожной сигнализации после обнаружения дисбаланса. Как измерительная ИС 14, так и микроконтроллер 16 при помощи интерфейсной шины 36 взаимодействуют с одним или с несколькими запоминающими устройствами. Запоминающее устройство, а преимущественно долговременное запоминающее устройство, такое как EEPROM (электрически-стираемое программируемое ПЗУ) 35, используют для хранения номинальных значений фаз напряжения и тока, пороговых данных, а также программ и программных данных. Например, после подачи электропитания, пропадания электропитания или после изменения параметров электропитания избранные данные, которые хранятся в EEPROM 35, могут быть загружены в ЗУПВ (ЗУ с произвольной выборкой) программ или в ЗУПВ данных, объединенное с измерительной ИС 14, как это показано на фиг.1. ЦП под управлением микроконтроллера 16 производит обработку цифровых сигналов напряжения и тока в соответствии с загруженными программами и данными, хранящимися в соответствующих ЗУПВ программ или ЗУПВ данных. Для осуществления измерений дисбаланса микроконтроллер 16 использует информацию как об измеренном напряжении, так и об измеренном токе, поступающую от ЦП. Измерительная ИС 14 производит текущий контроль цифровых сигналов фазового напряжения и фазового тока, например, по двум периодам линии (line cycles), и затем вычисляет практически мгновенное среднеквадратичное действующее значение (RMS) фазовых величин. Следует иметь в виду, что число периодов линии является преимущественно программируемым и для заданных измерений может быть использовано различное число периодов линии. Для каждой фазы А, В и/или С вычисляют фазовые значения, которые затем хранят в регистрах ЗУПВ данных. Микроконтроллер 16 производит поиск данных (опрос) в этих регистрах при помощи интерфейсной шины 36, которые затем поступают на дальнейшую обработку. ЦП в измерительной ИС 14 также управляет потенциальными индикаторами 27, 29 и 31, в качестве которых преимущественно использованы назначенные секции индикатора 30. Эти индикаторы могут быть использованы по отдельности или совместно для индикации дисбаланса напряжения или тока. Пороговые значения, которые используются при определении дисбаланса, преимущественно загружаются от EEPROM 35 в ЗУПВ данных в ИС 14. Компаратор производит необходимые сравнения и вырабатывает высокий уровень на выходе при любом превышении программируемого порогового значении, возникающем при измерении. Потенциальные сигналы фаз А, В и С от ИС 14 подают на микроконтроллер 16, который в свою очередь так управляет потенциальными индикаторами 27, 29 и 31, что потенциальные индикаторы горят (светятся), когда уровни соответствующих потенциальных сигналов высокие. После включения при инсталляции должно быть произведено испытание энергоснабжения для его идентификации и/или проверки. Измеритель может быть предварительно запрограммирован для использования с заданным энергоснабжением, или же он может определять тип энергоснабжения при указанном испытании. В том случае, когда испытание энергоснабжения используют для его идентификации, тогда производят первоначальное определение числа активных элементов. Для этого проверяют напряжение на каждом элементе (то есть на элементах 1, 2 или 3). После идентификации числа элементов многие типы энергоснабжения могут быть удалены из списка возможных типов энергоснабжения. Затем может быть вычислен сдвиг по фазе (фазовый угол) напряжения относительно фазы А, который может быть сравнен с каждым фазовым углом при вращении abc или cba относительно оставшихся возможных типов энергоснабжения, например, в пределах

15o. Если при сравнении фазовых углов найдено применимое энергоснабжение, то напряжение электропитания преимущественно определяют путем сравнения данных RMS измерений напряжения для каждой фазы с номинальными фазовыми напряжениями для идентифицированного электропитания. Если номинальные напряжения для идентифицированного электропитания совпадают с измеренными значениями внутри приемлемого диапазона допусков, то такое энергоснабжение считают приемлемым, после чего преимущественно выводят на индикацию поворот фазы, напряжение электропитания и тип энергоснабжения. Информация относительно энергоснабжения может быть введена в запоминающее устройство, а преимущественно в долговременное запоминающее устройство, такое как EEPROM 35, вручную или автоматически. В том случае, когда тип энергоснабжения известен заранее, то испытание энергоснабжения преимущественно проводят для проверки поступления потенциала фазы на каждый элемент, а также для проверки того, что фазовые углы лежат в диапазоне заданного отклонения от номинальных фазовых углов данного типа энергоснабжения. Также производят измерение напряжений для каждой фазы, которые сравнивают с номинальными напряжениями электропитания, для проверки того, что эти напряжения лежат в диапазоне заданного отклонения от номинальных фазовых напряжений. Если напряжения и фазовые углы находятся внутри заданных диапазонов, то на индикатор измерителя выводят информацию относительно поворота фазы, напряжения электропитания и типа энергоснабжения. Если тип энергоснабжения не найден или если испытание энергоснабжения закончилось неудачей, то на индикатор выводят код системной ошибки, свидетельствующий о нарушении энергоснабжения, после чего могут быть предприняты действия для устранения нарушения. Показанный на фиг.1 измеритель также позволяет производить дистанционное считывание показаний, дистанционный контроль качества электропитания, а также производить перепрограммирование при помощи оптического входа 40 и/или факультативного соединителя 38. При использовании оптического входа 40 используют оптическую связь, однако при использовании соединителя 38 может быть использована и радиосвязь или электронная связь, например, при помощи модема. При обнаружении дисбаланса на индикацию выводится заданный код, свидетельствующий о состоянии нарушения, или активизируется другая предупреждающая или аварийная сигнализация. Однако в том случае, когда отклонение от нормы не связано с конкретной ошибкой, то сигнализация является предупреждающей и ее активизация не приводит к воздействию на работу измерителя. При программировании может быть заложен выбор предупреждающей или аварийной сигнализации при конкретном отклонении от нормы. Индикатор дисбаланса может иметь релейный выход, связанный с факультативным разъемом, таким как соединение 38. Предупреждения и отключения регистрируются в журнале регистрации событий, причем отдельно указывается число событий и суммарное время отклонений от нормы. Может использоваться также журнал происшествий, единственным образом связанный с каждым испытанием электроснабжения. Указанные журналы преимущественно хранятся в запоминающем устройстве, таком как EEPROM 35, показанном на фиг.1. Хранящаяся в указанных журналах информация может быть использована для последующей оценки и диагностики при помощи программного обеспечения вне собственно измерителя. Системы для проведения испытаний дисбаланса в соответствии с настоящим изобретением преимущественно выполнены в виде аппаратно-реализованного программного обеспечения, при этом такие операции (испытания) проводят путем программирования таблиц данных. Однако такая система может быть также выполнена в виде компьютерных программ общего назначения или при помощи аппаратных средств общего назначения, или при их комбинации. На фиг. 2 показана схема последовательности операций примерного способа обнаружения дисбаланса в соответствии с настоящим изобретением. При проведении операции 101 определяют тип электроснабжения в соответствии с приведенным выше описанием, например, автоматически при помощи измерителя или при обращении к памяти внутри измерителя. При проведении операции 105 проводят измерение фазового напряжения или фазового тока для конкретной фазы. При проведении операции 110 определяют номинальное значение фазы. Номинальное значение фазы для каждой фазы каждого типа электропитания преимущественно хранят в долговременной памяти измерителя, такой как EEPROM 35. Оно может быть также рассчитано из номинального значения электропитания, если известно отношение фазового значения к номинальному значению электропитания. В памяти измерителя, такой как EEPROM 35, могут хранится указанные отношения, с использованием которых можно рассчитать каждое фазовое значение. При проведении операции 115 определяют нормализованное фазовое значение путем деления измеренного значения на номинальное значение. Нормализованные фазовые значения используют потому, что в некоторых типах электропитания индивидуальные номинальные фазовые значения не равны друг другу. Например, система 240 В дельта (треугольник) может иметь номинальные фазовые напряжения 120 В, 120 В и 208 В для соответствующих фаз А, В и С. Прямое сравнение фазы А с фазой С дает такую большую величину, что меньшие отклонения между фазами А и В могут показаться несущественными. Эта проблема решена за счет деления каждого измеренного фазового значения на его номинальное фазовое значение, в результате чего получают нормализованное фазовое, значение для каждой фазы. После нормализации фазовых напряжений могут быть произведены имеющие смысл сравнения фаз. Операции 105-115 повторяют для каждой фазы. После определения нормализованных фазовых значений для каждой фазы, при проведении операции 120 определяют верхнее нормализованное фазовое значение и нижнее нормализованное фазовое значение для набора фаз, которые были измерены. При проведении операции 125 определяют значение фазового отношения самого низкого нормализованного значения к самому высокому нормализованному значению. При проведении операции 130 самое высокое нормализованное фазовое значение сравнивают с первым заданным порогом. Если самое высокое нормализованное фазовое значение не превышает первый порог, то при проведении операции 135 находят, что дисбаланса нет, и переходят к проведению операции 160. Если самое высокое нормализованное фазовое значение превышает первый порог, то тогда при проведении операции 140 производят сравнение отношения, полученного при проведении операции 125, со вторым заданным пороговым значением. Если указанное отношение не меньше второго порога, то при проведении операции 145 находят, что дисбаланса нет и переходят к проведению операции 160. Если указанное отношение меньше второго порога, то тогда при проведении операции 150 определяют наличие дисбаланса, при этом индикатор активизируется и на нем появляется сообщение. После этого переходят к проведению операции 160. Следует иметь в виду, что номера порогов не имеют размерности и что они могут быть применены ко всем типам электропитания (например, диапазон номеров порогов выбран от 0 до 1 потому, что измерения нормализованы для каждого типа электропитания), причем эти номера преимущественно хранятся в памяти измерителя, например в EEPROM 35. Таким образом, дисбаланс существует в том случае, когда абсолютное значение отношения самого низкого нормализованного фазового значения электропитания к самому высокому нормализованному фазовому значению электропитания меньше чем заданное пороговое отношение. Более того, самое высокое нормализованное фазовое значение электропитания используют в качестве квалификатора дисбаланса. Если самое высокое нормализованное фазовое значение электропитания превышает заданный порог, то производят определение и проверку отношения. Если дисбаланс есть, то активизируют индикатор. Процесс в соответствии с фиг.2 может быть использован для обнаружения дисбаланса фазового тока и для обнаружения дисбаланса фазового напряжения. Следует иметь в виду, что дисбаланс фазового тока может существовать без дисбаланса фазового напряжения, и наоборот. Проверки для обнаружения дисбаланса фазового тока и дисбаланса фазового напряжения проводят при различных условиях, поэтому они могут быть выполнены независимо друг от друга. Несмотря на то, что был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят однако за рамки приведенной далее формулы изобретения.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ обнаружения дисбаланса тока и/или дисбаланса напряжения в многофазном электропитании, поступающем на измеритель энергии, отличающийся тем, что он включает в себя измерение фазового значения для каждой фазы многофазного электропитания, определение нормализованного фазового значения для каждой фазы, определение верхнего нормализованного фазового значения, соответствующего измеренным фазовым значениям, определение отношения нормализованных фазовых значений, соответствующего нормализованным фазовым значениям, сравнение верхнего нормализованного фазового значения с первым порогом, сравнение отношения нормализованных фазовых значений со вторым порогом и определение наличия дисбаланса при превышении первого порога верхним нормализованным фазовым значением и при отношении нормализованных фазовых значений, лежащем ниже второго порога. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя операцию активизации индикатора дисбаланса при наличии дисбаланса. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что операция определения нормализованного фазового значения для каждой фазы включает в себя операции определения номинального фазового значения для каждой фазы и операцию деления измеренного фазового значения на номинальное значение. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что операция определения номинального фазового значения включает в себя операцию поиска номинального фазового значения для данного типа электропитания в запоминающем устройстве. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя операцию определения нижнего нормализованного фазового значения, соответствующего измеренным фазовым значениям, причем операция определения отношения нормализованных фазовых значений включает в себя операцию деления нижнего нормализованного фазового значения на верхнее нормализованное фазовое значение. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанным фазовым значением является фазовое напряжение, а указанным дисбалансом является дисбаланс напряжения. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанным фазовым значением является фазовый ток, а указанным дисбалансом является дисбаланс тока. 8. Система для обнаружения дисбаланса тока и/или дисбаланса напряжения в многофазном электропитании, включающая в себя средство для измерения фазового значения тока и/или напряжения для каждой фазы многофазного электропитания, средство для определения нормализованного фазового значения для каждой фазы путем деления измеренного фазового значения на номинальное значение, с определением при этом верхнего нормализованного фазового значения и отношения нормализованных фазовых значений; средство для сравнения верхнего нормализованного фазового значения и отношения нормализованных фазовых значений с пороговыми значениями с определением при этом наличия дисбаланса при превышении порогового значения верхним нормализованным фазовым значением и при отношении нормализованных фазовых значений, лежащем ниже порогового значения. 9. Система по п.8, отличающаяся тем, что она дополнительно включает в себя средство активизации индикатора дисбаланса при наличии дисбаланса. 10. Система по п.8, отличающаяся тем, что индикатор дисбаланса преимущественно содержит по меньшей мере один жидкокристаллический индикатор, реле, а также журнал регистрации. 11. Система по п.8, отличающаяся тем, что средство для определения нормализованного фазового значения для каждой фазы включает в себя средство для определения номинального фазового значения для каждой фазы, а также средство для деления измеренного фазового значения на номинальное значение. 12. Система по п.11, отличающаяся тем, что она дополнительно включает в себя запоминающее устройство для хранения номинальных фазовых значений для данного типа электропитания, а также указанных пороговых значений, причем средство для определения номинального фазового значения представляет собой средство поиска номинального фазового значения для данного типа электропитания в запоминающем устройстве. 13. Система по п. 12, отличающаяся тем, что запоминающее устройство представляет собой долговременное запоминающее устройство. 14. Система по п.8, отличающаяся тем, что она дополнительно включает в себя средство для определения нижнего нормализованного фазового значения, соответствующего измеренным значениям фаз, причем средство для определения отношения нормализованных фазовых значений включает в себя средство для деления нижнего нормализованного фазового значения на верхнее нормализованное фазовое значение. 15. Система по п.8, отличающаяся тем, что средство для определения нормализованного фазового значения для каждой фазы представляет собой интегральную микросхему. 16. Система по п.15, отличающаяся тем, что интегральная микросхема преимущественно включает в себя по меньшей мере один аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и один программируемый цифровой процессор сигналов (ЦП). 17. Система по п.8, отличающаяся тем, что средство для определения наличия дисбаланса представляет собой микроконтроллер. 18. Система по п.8, отличающаяся тем, что указанным фазовым значением является фазовое напряжение, а указанным дисбалансом является дисбаланс напряжения. 19. Система по п.8, отличающаяся тем, что указанным фазовым значением является фазовый ток, а указанным дисбалансом является дисбаланс тока.

Одним из выдающихся благ цивилизации является электричество. Благодаря тому, что это открытие в наше время так распространено, жизнь общества в целом, и каждого человека в отдельности, значительно упростилась и стала более комфортной.

Вместе с тем, время от времени, в электросети могут возникать трудности, требующие решения. Одной из проблем многих частных владений, общественных заведений и производственных мощностей является перекос фаз.

Что это такое, и как его исправить?

Что такое перекос фаз: Перекос фаз – это состояние электрической сети, при котором одна или две из трех фаз нагружены сильнее, чем остальные. При этом наблюдается значительное снижение мощности трехфазных электрических приборов, преимущественно двигателей и трансформаторов. Но это, что касается промышленных сетей.

В бытовых условиях перекос наблюдается более выражено, при этом может даже возникать риск выхода из строя электроприборов с преобладающей реактивной нагрузкой. К таким относятся компрессоры холодильников, вентиляторы, приборы с простыми силовыми трансформаторными источниками питания. То все то, что не имеет четкой гальванической развязки с сетью и схему защиты от перенапряжений и просадок.

Следует отметить, что существуют разные виды перекоса в электросети. В зависимости от типа проблемы, выбирается наиболее оптимальный способ ее решения. Остановимся на наиболее распространенной и, в то же время, самой простой ситуации – перекос фаз, вызванный неравномерным распределением внутрисетевой нагрузки.

Большинство сетей являются трехфазными. Если в них нагрузка распределена неравномерно, в следствии чего одна или две фазы перегружены, а третья (или же две) недогружена, происходит перекос. На практике это может выглядеть следующим образом: подавляющее большинство однофазных нагрузок питаются от одной фазы, тогда как остальные могут быть вовсе не задействованы либо использоваться по минимуму.

Наиболее часто встречаются ситуации неисправности, в которых при подключении электропитания к трансформаторам не учитывается их потребляемая мощность. Таким образом, бывает, что физически фазы имеют приблизительно одинаковое количество подключений, но вот потребляемая этими подключениями мощность существенно отличается.

Сосредоточие на одной из фаз приборов с высоким потреблением электричества неизбежно вызывает неравномерную нагрузку между фазами. То же самое можно сказать и об общественных и промышленных объектах – во всех случаях очень важно следить за равномерным распределением нагрузки между имеющимися фазами, это позволит предотвратить возникновение сложностей.

Что же собой представляет перекос фаз с точки зрения электротехники?

Трехфазную электрическую сеть в идеале можно представить равносторонним треугольником с нейтральной точкой в его середине. Он отражает работу силового трансформатора на подстанции, которая установлена в каждом микрорайоне города и предназначена для равномерного распределения электричества по всем потребителям. Стороны этого треугольника – это векторные линии, соединяющие его вершины. Обозначив вершины точками A, B, C и нейтралью N, можно составить таблицу напряжений и зависимость между ними:

AB=BC=CA=380 В;

AN=BN=CN=220 В.

При этом напряжения AB, BC, CA в 1,73 раза больше напряжений AN, BN, CN.

Идеальный трехфазный генератор, который обычно используется для питания всех бытовых приборов и промышленных сетей, должен обеспечивать эти уровни напряжений в широком диапазоне нагрузок.

Чем опасен перекос фаз.

Во время перекоса наблюдается неравномерная нагрузка на фазы – на задействованной напряжение падает ниже нормы, тогда как недогруженная фаза испытывает скачок напряжения, превышающий допустимые показатели. Результаты такого положения могут быть плачевными для многих электроприборов. Это вызвано тем, что отдельный прибор может либо недополучать требующейся мощности, либо получать ее в избытке. Особенно такое положение опасно для приборов, потребляющих много энергии: двигателей для ворот, насосов, оборудования, использующегося в бассейнах и при поливе.

Вернемся: как исправит проблему с перекосом фаз?

Предотвратить негативные последствия для оборудования от перекоса между фазами позволяет трехфазный автомат. Если мощность в одной фазе превышаю предусмотренную нагрузку, автоматически отключается электричество во всем доме/линии. Это не является решением ситуации, потому что лишь подобный подход не позволяет использовать всю доступную мощность. К примеру, при трехфазном автомате на 16А, при превышении нагрузки на одной фазе 16А – система отключится, но это не позволяет полностью использовать всю возможную мощность 48А (16Х3).

Идеальным вариантом является планирование всех мощностей на начальном этапе проектирования здания, таким образом можно равномерно распределить напряжение между всеми фазами, предотвратив тем самым перекос. Если же здание уже сдано в эксплуатацию – можно замерить напряжение на каждой фазе в отдельности, для этого используется вольтметр, и при необходимости осуществить перераспределение.

Реальные рабочие условия

При стандартном распределении на дом с тремя подъездами обычно одна фаза используется для питания одного подъезда, вторая для второго и третья, соответственно, для третьего. Это позволяет равномерно нагрузить развязывающий понижающий трансформатор на подстанции и обеспечить ему оптимальные режимы работы. Но это справедливо, только если нагрузка примерно одинакова, притом как в активной, так и реактивной составляющей.

Но, к сожалению, потребителю не объяснишь, что необходимо придерживаться норм расхода электричества, а если рассматривать сельскую местность, то многие умельцы в сеть подключают очень большую активную нагрузку, что существенно ухудшает условия работы трансформатора на подстанции. Через одно плечо начинает течь больший ток, чем через остальные, тем самым разогревая магнитопровод, а это приводит к возникновению в нем паразитных вихревых токов, нарушающих режим работы источника еще сильнее.

Допустимый перекос фазы

www.proektant.kz > Статьи > Электроснабжение >

 

Очень часто возникает ситуация, когда при трехфазном напряжении возникает неравномерная нагрузка, когда две фазы работают с перегрузкой, а последняя загружена очень слабо. В этом случае, должен соблюдаться допустимый перекос фаз, иначе может возникнуть аварийная ситуация. Чаще всего это происходить в электрощитах, где подключено трехфазное питание. При этом, большинство однофазных нагрузок могут быть подключены к одной из фаз.

 

Принцип перекоса

Часто одна фаза бывает загружена мощными электрическими приборами, в другой подключенная нагрузка совершенно слабая. Третья вообще может не иметь нагрузки. Такая ситуация нередко возникает в дачных поселках, когда на одной линии может находиться большое количество домов. В этом случае, бытовые приборы начинают плохо работать, а освещение становится мигающим и тусклым.

Данная неравномерная нагрузка получила название перекоса фаз. При перегрузке одной фазы, в ней резко падает напряжение, а в недогруженной фазе напряжение, наоборот, повышается больше номинального. В результате, однофазные бытовые приборы могут недополучить необходимое напряжение, или получить его больше, чем это необходимо. В любом случае, ситуацию необходимо исправлять, поскольку она может вызвать неправильную работу приборов или их полный выход из строя.

Особенно это касается трехфазных электродвигателей, которые используются в различном оборудовании. Для них перекос просто опасен, поскольку приводит к немедленной поломке.

Ситуация с неправильной работой фаз нередко вызывает срабатывание трехфазных автоматов. Это происходит, когда одна фаза начинает испытывать существенные перегрузки. Обычно, отключается общий входной автомат, установленный для всего дома. Таким образом, при наличии больших потенциальных запасов, происходит перегрузка электрической сети.

Как избежать перекос фазы

Для того, чтобы избежать неприятных последствий, необходимо, в первую очередь, соблюдать допустимый перекос. Хотя, в действительности, этой ситуации необходимо полностью избегать и делать правильные предварительные расчеты еще во время планирования и распределения всех электрических мощностей. Такие расчеты заранее делаются в специальном проекте, отражающем электрическую часть. После, уже во время эксплуатации, необходимо проверять состояние тока и своевременно перебрасывать нагрузки между фазами. Такие проверки производятся с помощью специального тестера, квалифицированным специалистом-электриком.

Эти работы достаточно сложные, поскольку в данной ситуации производится переборка электрического щита с целью выравнивания тока. Для защиты от внешнего перекоса, на каждую фазу устанавливается собственный стабилизатор напряжения.

Что такое перекос фаз: его допустимые значения

Перекос фаз – это такое состояние электросети, где ода или же две из них перезагружены больше остальных, а третья недогружена. Многие электрические сети, в которых случается эта проблема, являются, как правило, трехфазными, четырех и пяти. Если распределение нагрузки между фазами одинаково (асимметрия) и напряжение составляет 220 В по току, то тогда электрическая сеть будет работать надлежащим образом.

При наблюдении перекоса в промышленных сетях, мощность трехфазных приборов будет существенно снижаться. В быту, эта проблема проявится выходом из строя многих электроприборов: компрессор холодильника, силовой трансформаторный источник питания, вентилятор.

Качество электроэнергии имеет свои допустимые нормы и значения, которые непосредственно можно узнать, просмотрев специальные ГОСТы и соответствующие ПУЭ.

Допустимое значение и нормы:

• Соотношение тока между проводниками недогруженным и перегруженным не должно превышать 30 %;
• В ВРУ панелях, это же соотношение составляет 15 %;
• По обратной последовательности допустимым перекосом считается 2 %;
• По нулевой фазе – 4 %.

Неравномерная расфазировка напряжения в трехфазной сети приводит к перекосу фаз. А это в свою очередь грозит неисправностью прибора и даже его выходом из строя. Особенно часто происходят поломки в их электродвигателях. Бороться с этой проблемой обязательно нужно, а лучше вовсе ее устранить.

Перекос напряжения по фазам: причины и признаки его возникновения

Перекос фаз может возникнуть от нескольких причин. Одной и самой главной является – неправильное распределение нагрузки. Например, все приборы, работающие от электричества и потребляющие много энергии, подключены к одной розетки, а остальные остаются свободными.

Еще одна немаловажная причина, способствующая перекосу напряжения – это обрыв нуля. Нулевой провод в трехфазной сети имеет особое значение, а именно, он является балансиром фаз. Если происходит его обрыв, то функцию начинает выполнять провод, который наименее нагружен, а напряжение в сети понижается до 127 В.

Какое бы нестабильное явление электроэнергии не было выявлено, нужно сразу же отключить все приборы из сети. И уже после этого приступить к выявлению каких-либо его признаков.

Признаки нестабильности, вызванные перекосом:

• Лампы дневного света, а так же энергосберегающие светильники начали мерцать;
• Обыкновенные лампочки тускнеют или же, наоборот, светят очень ярко;
• Перестали работать все электрические приборы: не включается микроволновка или телевизор, отключился утюг, стиральная машина;
• Нагрелся выключатель;
• Искрит розетка с явным потрескиванием или характерными щелчками;
• Сработала защита, выключились автоматы;
• Щелчки в щитке.

Какими бы не были причины перекоса, нужно знать его признаки и уметь их выявить. Все они свидетельствуют об аварии, которая произошла на линии. Если вы не обладаете существенными познаниями в электрике, тогда лучше вызвать специалиста, так как самостоятельное устранение неполадок может быть опасным для жизни.

Чем грозит перекос фаз: его опасность и последствия

Перекос фаз в электросети может повлечь за собой негативные последствия, которые опасны не только для приборов, но и самого потребителя. Чтобы не случилось таковых моментов, нужно все тщательно продумывать заранее и вовремя предпринимать защитные меры.

Из-за неравномерной нагрузки на фазы может произойти серьезное нарушение в электроснабжении, а они в свою очередь приведут к возгоранию проводки или самих приборов, различным травмам.

Сколько бы последствий не возникло, их нужно будет исправить, а это повлечет за собой больших затрат не только денежных, но и электрических.

Три группы негативных моментов:

• Электрические приемники. Придут в негодность или будут повреждены бытовые приборы и оборудование.
• Источники электроэнергии. Механические воздействия и уменьшение эксплуатационного срока окажут большой вред. Значительно увеличиться потребление электроэнергии.
• Потребители. Расход на электроэнергию существенно увеличиться, возникнет необходимость в ремонте приборов, возможны травмы.

Избежать всего этого можно очень просто, нужно хорошенько все спланировать и грамотно распределить все нагрузки напряжения по фазам.

Защита от перекоса фаз: популярные способы

Чтобы в частном доме или городской квартире не возникло проблем с электричеством нужно изначально воспользоваться услугами профессионального электрика. Он не только грамотно спланирует все электроснабжение жилья, но и выполнит правильное распределение всех задействованных приборов.

Для симметричной и правильной работы электрической сети принято устанавливать специальные приборы. Прибор, который выравнивает напряжение в каждой отельной цепи, называется стабилизатор. Такой стабилизатор способен защитить технику и разные электрические приборы от перебоев серьезных нарушений в сети.

Каждый электрик может дать рекомендации, как предотвратить перекосы фаз, подсказать несколько способов и проконсультировать, что случиться, если их не соблюдать.

Способы защиты трехфазной электросети от несимметрии:

• Грамотно составить проект по электроснабжению, с учетом всех дополнительных нагрузок;
• Использовать автоматический выравниватель;
• По необходимости нужно изменить саму схему электрической сети, спроектированную ранее;
• Сменить мощность потребителей;
• Установить необычное реле контроля фаз, которое сможет отключить питание.

Сегодня на современном рынке можно найти и приобрести специальный счетчик, который оснащен индикатором. Это небольшое устройство способно проконтролировать и показать то напряжение, которое есть в сети. Так же можно установить стабилизатор на вход в дом, который делает ток стабильным и показывает его значения.