Слипание фаз что это такое
Перекос фаз в трехфазной сети — чем опасен и когда возникает
Классическая электрическая сеть до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью в идеальном состоянии может быть изображена в виде равностороннего треугольника. Каждая вершина фигуры – фаза А, В или С, а расстояние между ними – векторы линейного напряжения 380 В. В центре треугольника располагается нейтраль N, и расстояния от неё до каждой из фаз также одинаковы. Когда модули данных векторов отличаются, возникает негативное для электротехники явление – перекос фаз. То есть, если значение фазного напряжения по векторам AN, BN и СN составляет не 220 В, а, например, 200, 180 и 240 В, это говорит о нестабильной работе контура. Подобное состояние сети опасно не только для электрического оборудования, но и для человека, который его эксплуатирует.
Что такое перекос фаз
Перекос фаз – это такое состояние электрической сети, состоящей из нескольких фаз, при котором модули напряжений фазных токов, а также углы между их векторами имеют разные значения. Такое явление вызывает асимметрию токов и нестабильную работу всей сети, когда линейные напряжения остаются константами, а фазовые имеют переменные значения.
В чём опасность перекоса фаз
Перекос напряжения по фазам, причины которого заключаются в неправильном подключении оборудования, является неблагоприятным явлением. Это вызывает резкое снижение качества электроэнергии и эффективность работы включённых в сеть потребителей. Асимметрия фаз может вызвать следующие негативные последствия:
Помимо перечисленных последствий, большая разница в напряжениях между фазами и нейтралью может привести к возникновению короткого замыкания. Последствия данного явления непредсказуемы – от штатного срабатывания УЗО до выгорания проводки и электрических частей оборудования, вплоть до возникновения пожара.
Допустимые нормы напряжения в трёхфазной сети
Идеальная симметрия распределения напряжения между фазами и нейтралью при работе сети невозможно. В связи с этим, согласно ГОСТ 13109-97, допускаются следующие отклонения:
Большинство современных электроприборов имеют внутреннюю защиту, либо стабилизаторы, позволяющие исключить поломку при асимметрии в пределах нормативных значений.
Признаки нестабильной работы электрических приборов, вызванные перекосом фаз
Определить признаки перекоса фаз в сети можно невооружённым глазом. Как правило, электрооборудование сразу даёт знать об асимметрии распределения напряжений между фазами:
Что касается работы сложных электронных приборов – телевизоров или компьютерной техники, при перекосе фаз они и вовсе могут не подавать признаков жизни, не реагировать на включение питания.
Негативные последствия перекоса
Перекос фаз в трехфазной цепи, влекущий неравномерное распределение напряжений, является негативным фактором для работы всей сети. При возникновении подобного явления, наблюдается ряд неблагоприятных последствий:
Перекос фаз является аварийной ситуацией, и, при возникновении данного явления необходимо предпринять срочные меры по его устранению.
Неравномерное подключение нагрузки
Перекос фаз вызывается неравномерным подключением нагрузки при сборке цепи. Как правило, это свидетельствует о низкой квалификации монтажника и совершении грубых ошибок:
Все перечисленные ошибки неизбежно влекут за собой перекос фаз с негативными последствиями для оборудования. Если на одной из кабельных жил трёхфазной сети наблюдается снижение напряжения, то остальные провода находятся под действием повышенной нагрузки, что и приводит к асимметрии.
Импульсные блоки питания
Многие производители, выпускающие высокотехнологичное оборудование со сложной электроникой, пытаются избежать риска перекоса фаз путём включения в цепь импульсных блоков питания. Данные устройства позволяют добиться определённых эффектов, положительно влияющих на работу оборудования:
Каждый компьютер, телевизор или бытовой электроприбор, оснащённый электронной микросхемой, снабжается импульсным блоком питания, что позволяет существенно продлить их ресурс и исключить сбои в работе.
Методы защиты
На практике существует несколько способов защиты оборудования от перекоса фаз в электрической сети:
При устройстве протяжённой сети с приборами, работающими одновременно, лучшим решением избавиться перекоса фаз будет устройство трансформатора, способного одновременно стабилизировать работу сети и выдавать нужные параметры тока.
Обрыв нейтрального проводника
Обрыв нейтрального проводника является самой явной и частой причиной возникновения перекоса фаз. Данное явление относится к аварийному состоянию и характеризуется следующими особенностями:
При обрыве нейтрального проводника в щитке должен немедленно сработать автомат аварийного отключения питания. Для возобновления нормальной работы схемы требуется срочно устранение неполадки.
Последствия обрыва нулевого проводника
При обрыве нулевого проводника, как правило, возникают следующие неблагоприятные последствия:
Самые тяжёлые последствия обрыва нулевого провода при отсутствии заземляющего кабеля наблюдаются, когда возникает КЗ, и проводниковые части оборудования находятся под напряжением. В таких ситуация возрастает риск поражения электрическим током, что влечёт за собой угрозу здоровью.
Методы защиты
Чтобы избежать обрыва нулевого проводника или обеспечить должную защиту, следует провести следующие мероприятия:
Таким образом, чтобы избежать аварии, требуется уделить повышенное внимание качественному монтажу, установке дополнительных защитных устройств, а также периодически проводить контрольные и профилактические работы электрической цепи.
Причины перекоса фаз в однофазной сети
Перекосу фаз способствуют несколько причин, которые классифицируются на внутренние, связанные с работой сети и внешние:
Чаще всего, причиной перекоса фаз и необходимостью установки защитных устройств являются комбинации внешних и внутренних факторов. Это требует комплексного обследования всей кабельной линии при возникновении неисправности.
Защита от перекоса фаз в однофазной сети
Для обеспечения защиты перекоса фаз в однофазной сети необходимо обеспечить включение в цепь следующих устройств:
В отдельных случаях допускается применение конденсаторов с переменной ёмкостью и малой проводимостью тока.
Устранение перекоса фаз
Перекос фаз может быть устранён несколькими методами. Исправление данного негативного явления путём включения в сеть дополнительного оборудования менее эффективно, изначально выбранное корректное подключение:
При выполнении всех приведённых выше условий, перекоса фаз можно избежать, если проблема не будет касаться внешних факторов и проблем с функционированием высоковольтной сети.
Причины перекоса фаз в трехфазной сети
Определить причину перекоса фаз в трехфазной сети очень просто для этого необходимо проверить оборудование на наличие одной из трёх возможных неисправностей, связанных с возникновением асимметрии и скачками напряжения:
При выявлении любой из перечисленных выше причин, необходимо устранить проблему для нормальной работы всех электрических приборов, включённых в сеть.
Защита от перекоса фаз в трехфазной сети
Для обеспечения защиты от перекоса фаз до возникновения негативных необратимых последствий, следует провести ряд профилактических мероприятий:
Для обеспечения бесперебойной работы сети на весь период эксплуатации, следует установить трансформатор, обеспечивающий симметрию распределения нагрузок, вне зависимости от количества и мощности потребителей.
Устранение перекоса фаз в трехфазной сети
Чтобы устранить перекос фаз в трёхфазной сети, необходимо последовательно выполнить определённые шаги:
Для устранения последствий перекоса, требуется установка автоматов с корректно подобранными параметрами.
Расчет перекоса фаз
Расчёт перекоса фаз можно выполнить в одно действие по формуле:
Umin – минимальное напряжение на одной из фаз,
Umax – максимальное напряжение на противоположной фазе.
Является безразмерной величиной, который определяется в % от номинального значения напряжения в сети.
Допустимый перекос по фазам ПУЭ
Согласно ПУЭ, которые являются нормативной документацией, допустимый перекос фаз в трехфазной сети составляет следующие величины:
При выявленных отклонениях в пределах указанных диапазонов, эксплуатация электроустановок не влечёт за собой поломку оборудования и исключает КЗ, что снижает риск поражения током. Допустимый перекос фаз по току ПУЭ сравнивается с фактическим показателем на основании проведённых замеров, что позволяет дать заключение о работоспособности сети.
Заключение
Перекос фаз в трехфазной сети – это негативное явление, возникающее при некорректном распределении нагрузок между глухозаземлённой нейтралью и фазным кабелем. Как правило, причиной таких неполадок может быть неправильная сборка цепи и пренебрежение коэффициентом совместного использования оборудования, включенного в неё. Все работы по подключению необходимо вести в строгом соответствии с проектом, а в сеть интегрировать стабилизирующие устройства. Для устранения перекоса фаз следует изменить схему подключения сети, либо установить на вводе специальный трансформатор.
Схема подключения реле контроля напряжения трёх фаз
Доброго времени суток, с вами инженер Рик. В этой статье я хочу рассказать о важном устройстве защиты электрических сетей — реле контроля фаз. Понятным языком объясню, что это за прибор, как он работает, где применяется.
Что такое реле контроля фаз
Представленное устройство предназначено для работы с трехфазными сетями. Поэтому реле контроля фазы преимущественно используется для защиты дорогого, мощного промышленного оборудования, поломка которого может привести со значительным финансовым потерям или полной остановке производства.
Реле контроля фаз предупреждает возможные неисправности работающего оборудования, которые могут быть вызваны скачками или провалами напряжения.
Реле контроля фаз
Стоит обратить внимание, что рассматриваемый мною прибор необходим не только на заводах, но и обычным бытовым потребителям. Например, для защиты электрических плит, котлов, мощных климатических систем и другого оборудования, работающего от трехфазной сети.
Принцип работы
Как инженер с большим опытом, хочу предупредить, чтобы купить реле контроля 3 фаз — это та еще задача. А все потому, что в зависимости от конкретной модели, они отличаются набором функций. Некоторые устройства поддерживают возможность настройки срабатывания при линейном повышении напряжения или неправильном чередовании фаз. Другие способны только улавливать резкие изменения в четко заданных параметрах.
Важно! Реле контроля фаз не может работать как самостоятельный прибор, который улавливает отклонения параметров электрического тока и отсекает подключенное оборудование от сети. Оно может работать только в связке с контактором, на который, в зависимости от ситуации, реле подает сигнал на включение или отключение потребителей.
Функции
В зависимости от модели представленный тип реле может выполнять следующие виды контроля:
Примером реле контроля фаз, который имеет максимальный функционал, служит РКФ-МО5.
Преимущества и отличия реле контроля фаз от реле напряжения
На первый взгляд может показаться, что оба типа реле выполняют те же функции. Однако если разобраться с функциями реле напряжения, становятся видны существенные отличия в этих устройствах.
К основным преимуществам реле контроля фаз отнесу:
Кроме этого, реле контроля фаза способно улавливать обратную ЭДС. Последняя возникает в ситуациях, когда на подаче пропадает одна из 3 фаз, при этом двух оставшихся хватает для работы электродвигателя. Реле отключает подачу тока еще до момента, когда ЭДС может нанести вред электрическому оборудованию.
Кейсы использования реле контроля фаз
На примере двух реле контроля фаз РКФ-МО8 и РКФ-МО5 объясню типовые схемы использования этих устройств.
Подключение РКФ-МО8
Представленная модель реле переназначена для контроля сопротивления обмотки электродвигателя. Для реализации этой функции в устройстве предусмотрена отдельная клемма, которая предназначена для соединения прибора с одной из фаз после контактора. Три оставшиеся необходимы для подключения к сети перед контактором.
В ситуациях, когда параметры подаваемого тока из сети в норме, но на самой обмотке сопротивление менее 500 кОм, реле будет выключенным и подача питания не будет осуществляться. Если значение сопротивления обмотки будет более 500 кОм, прибор переходит в режим анализа всех параметров подаваемого тока, и в случае их отклонения — подает сигнал на отключение работающего оборудования от сети. Отключение при падении напряжения выполняется не сразу, а спустя время, которое задано пользователем.
Подключение РКФ-МО5
Модель РКФ-МО5 отличается от предыдущей тем, что работает без необходимости выполнения подключения контролируемой сети. Для нормального функционирования устройства достаточно соединения с трехфазной сетью перед контактором. Подключение к последнему осуществляется посредством шести клемм под номерами 11, 12, 14, 21, 22 и 24.
Схема подключения
Для установки верхнего и нижнего порогов срабатывания в РКФ-МО5 предусмотрены два переключателя. Значения устанавливаются в процентном соотношении. Кроме этого, имеется переключатель, отвечающий за задержку на срабатывание.
Нюансы при выборе
Чтобы подобрать оптимальную модель реле контроля фраз, инженер Рик советует обратить внимание на эти параметры:
Важно! Кроме технических характеристик, обратите внимание на форм-фактор корпуса устройства. Оптимальным вариантом будет возможность его установки на стандартную DIN-рейку.
Перекос фаз в трехфазной сети — чем опасен и когда возникает?
Самая распространенная проблема, порождающая массу деструктивных последствий – перекос фаз в трехфазной сети (до 1,0 кВ) с глухозаземленной нейтралью. При определенных условиях такое явление может вывести из строя электрические приборы и создать угрозу для жизни. Учитывая актуальность проблемы, будет полезным узнать, что представляет собой несимметрия токов и напряжений, а также причины ее возникновения. Это позволит выбрать наиболее оптимальную стратегию защиты.
Что такое перекос фаз?
Данный термин используется для описания состояния сети, при котором возникают неравномерные нагрузки между фазами, что приводит к возникновению перекоса. Если составить векторную диаграмму идеальной трехфазной сети, то она будет выглядеть так, как показано на рисунке ниже.
Диаграмма напряжений в идеальных трехфазных сетях
Как видно из рисунка, в данном случае равны как линейные напряжения (АВ=ВС=СА=380,0 В), так и фазные (АN=ВN=СN=220,0 В). К сожалению, на практике добиться такого идеального равенства нереально. То есть, линейные напряжения сети, как правило, совпадают, в то время как в фазных наблюдаются расхождения. В некоторых случаях они могут превысить допустимый предел, что приведет к возникновению аварийной ситуации.
Пример диаграммы напряжений при возникновении перекоса
Допустимые нормы значений перекоса
Поскольку в трехфазных сетях предотвратить и полностью устранить перекосы невозможно, существуют нормы несимметрии, в которых установлены допустимые отклонения. В первую очередь это ГОСТ 13109 97, ниже приведена вырезка из него (п. 5.5), чтобы избежать разночтения документа.
Нормы несимметрии напряжения ГОСТ 13109-97
Поскольку, основная причина перекоса фаз напрямую связана с неправильным распределением нагрузок, существуют нормы их соотношения, прописанные в СП 31 110. Вырезку из этого свода правил также приведем в оригинале.
Вырезка из СП 31-110 (п 9.5)
Здесь необходимы пояснения в терминологии. Для описания несимметрии используются три составляющих, это прямая, нулевая и обратная последовательность. Первая считается основной, она определяет номинальное напряжение. Две последние можно рассматривать в качестве помех, которые приводят к образованию в цепях нагрузки соответствующих ЭДС, которые не участвуют в полезной работе.
Причины перекоса фаз в трехфазной сети
Как уже упоминалось выше, данное состояние электросети чаще всего вызвано неравномерным подключением нагрузки на фазы и обрывом нуля. Чаще всего это проявляется в сетях до 1, кВ, что связано с особенностями распределения электроэнергии, между однофазными электроприемниками.
Обмотки трехфазных силовых трансформаторов подключаются «звездой». Из места соединения обмоток отводится четвертый провод, называемый нулевым или нейтралью. Если происходит обрыв нулевого провода, то в сети возникает несимметрия напряжений, причем перекос напрямую будет зависеть от текущей нагрузки. Пример такой ситуации приведен ниже. В данном случае RН это сопротивления нагрузок, одинаковые по значению.
Перекос фаз, вызванный обрывом нейтрали
В данном примере напряжение на нагрузке, подключенной к фазе А, превысит норму и будет стремиться к линейному, а на фазе С упадет ниже допустимого предела. К подобной ситуации может привести перекос нагрузки, выше установленной нормы. В таком случае напряжение на недогруженных фазах повысится, а на перегруженных упадет.
К перекосу напряжений также приводит работа сети в неполнофазном режиме, когда происходит замыкание фазного провода на землю. В аварийных ситуациях допускается эксплуатация сети в таком режиме, чтобы обеспечить электроснабжение потребителям.
Исходя из вышесказанного, можно констатировать три основные причины перекоса фаз:
Несимметрия в высоковольтных сетях
Вызвать подобное состояние в сети 6,0-10,0 кВ иногда может подключенное к ней оборудование, в качестве характерного примера можно привести дугоплавильную печь. Несмотря на то, что она не относится к однофазному оборудованию, управление тока дуги в ней производится пофазно. В процессе плавки также могут возникнуть несимметричные КЗ. Учитывая, что существуют дугоплавильные установки запитывающиеся от напряжения 330,0 кВ, то можно констатировать, что и в данных сетях возможен перекос фаз.
В высоковольтных сетях перекос фаз может быть вызван конструктивными особенностями ЛЭП, а именно, разным сопротивлением в фазах. Чтобы исправить ситуацию выполняется транспозиция фазных линий, для этого устанавливаются специальные опоры. Эти дорогостоящие сооружения не отличаются особой прочностью. Такие опоры не особо стремятся устанавливать, предпочитая пожертвовать качеством электроэнергии, чем надежностью ЛЭП.
Опасность и последствия
Считается, что наиболее значимые последствия несимметрии связаны с низким качеством электроэнергии. Это, безусловно, так, но нельзя забывать и о других негативных воздействиях. К таковым относится образование уравнительных токов, вызывающих увеличение расхода электрической энергии. В случае с трехфазным автономным электрическим генератором это также приводит к повышенному расходу дизеля или бензина.
При равномерном подключении нагрузки, геометрическая сумма проходящих через нее токов была бы близкой к нулю. Когда возникает перекос, растет уравнительный ток и напряжение смещения. Увеличение первого приводит к росту потерь, второго – к нестабильному функционированию бытовых приборов или другого оборудования, срабатыванию защитных устройств, быстрому износу электроизоляции и т.д.
Перечислим, какие последствия можно ожидать, когда появляется перекос:
Не следует забывать, что перекос может создать угрозу для жизни. При превышении номинального напряжения вероятность КЗ в проводке не велика, при условии, что она не ветхая, а кабель подобран правильно. Более опасны в этом случае электроприборы, подключенные к сети. Когда появляется перекос, может произойти КЗ на корпус или возгорания электроприбора.
Защита от перекоса фаз в трехфазной сети
Наиболее простой, но, тем не менее, эффективный способ минимизировать негативные последствия описанного выше отклонения — установить реле контроля фаз. С внешним видом такого устройства и примером его подключения (в данном случае после трехфазного счетчика), можно ознакомиться ниже.
Данный трехфазный автомат может обладать следующими функциями:
Совместно с реле контроля фаз можно использовать трехфазные стабилизаторы напряжения, с их помощью можно несколько улучшить качество электроэнергии. Но данный вариант не отличается эффективностью, поскольку такие приборы сами могут взывать нарушение симметрии, помимо этого на стабилизаторах возникают потери.
Лучший способ симметрировать фазы – использовать для этой цели специальный трансформатор. Этот вариант выравнивания фаз может дать результаты, как при неправильном распределении однофазных нагрузок на автономный 3-х фазный генератор электроэнергии, так и в более серьезных масштабах.
Защита в однофазной сети
В данном случае повлиять на внешние проявления системы электроснабжения не представляется возможным, например, если фазы перегружены, потребители электроэнергии не могут исправить ситуацию. Все, что можно сделать, это обезопасить электрооборудование путем установки реле напряжения и однофазного стабилизатора.
Имеет смысл установить общее стабилизирующее устройство на всю квартиру или дом. В этом случае необходимо высчитать максимальную нагрузку, после этого добавить запас 15-20%.. Это запас на будущее, поскольку со временем количество электрооборудования может увеличиться.
Совсем не обязательно подключать к стабилизатору сети все оборудование, некоторые виды приборов (например, электропечи или бойлеры), могут быть подключены к реле напряжения (через АВ) напрямую. Это позволит сэкономить, поскольку устройства меньшей мощности стоят дешевле.
Для чего нужно реле напряжения и контроля фаз РНПП 311М
Необходимо отметить тот факт, что к современным видам оборудования предъявляются достаточно жесткие требования в плане их качества и корректной работы. Но корректность в основном будет зависеть от параметров питающей электрической сети, особенно от напряжения. Не секрет, что отечественные ЛЭП похвастаться стабильностью этого показателя не могут. Поэтому на питающих контурах устанавливаются различные электронные приборы, обеспечивающие защиту оборудования от перепадов напряжения. Одним из таких приборов является реле напряжения и контроля фаз РНПП 311М.
Этот прибор устанавливается в трехфазных сетях, он контролирует не только напряжение, но и перекос фаз, это когда в разных фазах присутствует разное напряжение. Именно такое положение приводит к перегреву обмоток трансформаторов и электродвигателей, которые обязательно перегорят, и оборудование выйдет из строя. Как один из часто встречающихся случаев – это обрыв фазы.
Есть еще одна ситуация, которая приводит к поломке электрического оборудования. Нормальная работа электрооборудования – это строгий порядок чередования фаз. Нередко можно встретиться с ситуацией, когда в трехфазной сети в каждой фазе находится 220 вольт (относительно земли), но при этом две фазы замкнуты между собой. Такая ситуация называется слипание фаз.
К тому же есть большая вероятность, что напряжение может отклониться от номинального в больших пределах, как вниз, так и вверх. Если напряжение будет завышенным, то его не выдержит ни одно электрооборудование. С пониженным попроще, но и здесь работать электрооборудование с механическим приводом тоже не будет. Моторы просто начнут гореть.
РНПП 311М
Итак, переходим к рассмотрению прибора – реле напряжения и контроля фаз марки РНПП 311М. Это многофункциональное электронное устройство микропроцессорного типа. Почему многофункциональное? Потому с его помощью контролируется и напряжение, и перекос фаз, и слипание фаз (их последовательность). Самое главное, что даже после отключения нагрузки, реле продолжает работать и контролировать питающую сеть. И если что-то в сети не так, он не подаст электричество на оборудование. Как только параметры электрической сети придут в норму, устройство тут же в автоматическом режиме включает питание.
Внимание! Это уникальный прибор, который не только показывает наличие напряжение в каждом фазном контуре и ее величину, но и появление аварийной ситуации, плюс причину этой ситуации.
Настройка защитного прибора достаточно проста, она производится с помощью специальных DIP-переключателей, которые расположены на лицевой стороне корпуса. Какие параметры можно устанавливать с помощью переключателей:
Кстати, это устройство может быть использовано и для защиты импортного оборудования, в котором максимальный предел напряжения равен 400 вольт, по сравнению с отечественным 380 В. Плюс ко всему к прибору может быть подключено так называемое оперативное питание, оно может быть как постоянным, так и переменным. Вообще, отличный экземпляр, который показал себя только с положительной стороны.
Что еще можно добавить относительно конструкции и наполнения реле контроля фаз РНПП 311М? Добавим, что дополнительно конструкция прибора снабжена двумя потенциометрами. С их помощью выставляется время: первый выставляет диапазон отключения, второй включения. Есть возможность увеличить порог срабатывания в пределах 5-50%, это по показателю напряжения. Плюс ко всему, это небольшие габаритные размеры, которые позволяют провести установку в любой электрический шкаф. Монтаж производится на DIN рейку.
Технические характеристики
О некоторых технических характеристиках выше уже упоминалось. О них больше говорить не будем. Остальные же обозначим списком.
Модификации
Существует достаточно широкая модельная линейка этого электронного устройства. И если марка РНПП 331М предназначается для трехфазной сети, то реле напряжения РН 113 для однофазной. Именно его сегодня часто используют электрики, собирая распределительный шкаф для частных домов и квартир, куда входит однофазная линия на 220 вольт.
Этот прибор предназначен для одного – разорвать питающую сеть при скачках напряжения. Конечно, на реле напряжения РН 113, как и на предыдущей модели, можно сделать настройки, выставив минимальный и максимальный показатель. Также здесь выставляется время, после которого устройство должно включиться автоматически при выравнивании до номинальной величины.
По отзывам многих специалистов реле напряжения РН 113 – один из лучших приборов данной модели, используемый в однофазных сетях. В эту же категорию можно отнести реле напряжения РН 111М и РН 116. Кстати, последний может устанавливаться под нагрузку до 3,5 кВт.
Подключить все виды реле несложно. На корпусе есть схемы, в которых разобраться будет не трудно.