ПРОБЛЕМЫ СЕТИ СИЛОВОГО ПИТАНИЯ

ПРОБЛЕМЫ СЕТИ СИЛОВОГО ПИТАНИЯ
На рисунке представлен типовой вариант питания загородного поселка. На входе установлен
понижающий трансформатор ( трансформаторная подстанция ). До недавнего времени потребление
электроэнергии на один дом составляло от 2 до 5 кВА, но в последнее с появлением теплых полов,
электросаун, электрокотлов и прочей бытовой техники, требующей значительного большего
энергопотребления, мощность нагрузочной сети на один дом нередко достигает 30 – 60 кВА.
В большинстве случаев ни трансформаторная подстанция, ни линии электропитания не расчитаны на
возросшее количество энергоемких потребителей. Если еще учесть общее ветхое состояние электросети,
то становятся понятными причины возникновения проблем с обеспечением электричеством.
ТП
L1
L2
L3
Длительное понижение напряжения возникает в результате перегрузки понижающего
трансформатора и перегрузки линии питания. Если дом находится в конце линии, то напряжение может
падать до 100 – 150 В особенно в часы максимального энергопотребления в поселке.
Длительное повышение напряжения.
Стремясь исправить ситуацию с низким напряжением электрики нередко переключают обмотки
понижающего трансформатора на более высокое напряжение. В результате потребители находящиеся
рядом с подстанцией имеют на входе сети питания дома напряжения от 240 до 260 В, особенно в часы
минимальных нагрузок.
Перекос фаз.
Явление в энергосети возникающее в результате неравномерного распределения нагрузок по фазам. На
самой нагруженной фазе соответственно будет низкое напряжение, а на незагруженных близкое к
номиналу. Ситуация может осложниться, если присутствует общая нейтраль к которой подключены
потребители. В советских стандартах было принято соотношение сечения фазного и нейтрального
проводов 3 / 1. В результате перекоса фаз, для данной ситуации, напряжение на незагруженных фазах
может быть существенно выше номинального.
Кратковременный провал напряжения обычно является результатом пуска мощных нагрузок
или нагрузок с большим пусковым током ( трансформаторы, электродвигатели и тд. ). Длительность и
уровень провала зависит от сечения подходящих к нагрузке проводов. Время может составлять от 0,3 до
5 с.
Короткое замыкание на одной из фаз сопровождается явлениями схожими с перекосом фаз с той
лишь разницей, что время процесса ограничено временем срабатывания токовой защиты.
“Скачки” напряжения возникают в результате работы различного оборудования, особенно
сварочного.
Отрыв нейтрали.
Опасное и в последнее время нередкое явление, особенно для старых силовых сетей или сетях
проложенных наспех и временно. Отрыв нейтрали в главном распределительном щите многоквартирного
дома влечет за собой изменение напряжения на фазах в зависимости от нагруженности каждой из них.
На самой загруженной будет низкое напряжение, а на самой незагруженной может достигать значений
300 В и более.
U
“Мерцание” напряжения.
Результат работы различных тиристорных
регуляторов. Особенно много хлопот
Т
доставляют мощные промышленные установки
в которых температура нагревательных
элементов поддерживается тиристорным
регулятором, алгоритм работы которого
представлен на рисунке. Регулятор пропускает
полное напряжение в нагрузку, затем выжидает
несколько периодов и снова подает полное
напряжение. Таким образом осуществляется циклический запуск тепловых элементов со всеми явлениями
присущими запуску мощных нагрузок.
Грозовые разряды - мощные импульсные перенапряжения возникающие в результате прямого
попадания молнии в сеть электропитания, громоотвод или импульс от разряда молнии на расстоянии до
1,5 км приводящий к выходу из строя электрооборудования или сбою в работе аппаратуры. Прямое
попадание характеризуется мгновенными импульсными токами до 100 кА с длительностью разряда до 1
мС.
При наличии системы громоотвода импульс разряда
распределяется между громоотводом, сетью питания,
линиями связи и бытовыми коммуникациями.
Характер распределения во многом зависит
от конструкции здания, прокладки линий и
коммуникаций.
100%
100 кА
50%
СИЛОВАЯ СЕТЬ
50 кА
350 мкс
ЛИНИИ СВЯЗИ
ТРУБОПРОВОДЫ
200
400
600
800
1000 мкс
50%
Переключения в энергосети вызывают серию импульсных перенапряжений различной мощности,
сопровождающуюся радиочастотными помехами широкого спектра. Природа возникновения помех
приведена на примере ниже.
Тр
Например при отключении разделительного
трансформатора мощностью 1кВА 220\220 В
от сети вся запасенная трансформатором
энергия выбрасывается в нагрузку в виде
высоковольтного импульса напряжением до 2 кВ.
Rнагр
Мощности трансформаторов в энергосети значительно больше, мощнее и выбросы. Кроме того
переключения сопровождаются возникновением дуги, являющейся источником радиочастотных помех.
Искажения синусоидальной формы напряжения.
1.
Искажения на выходе феррорезонансного стабилизатора или стабилизатора на основе магнитного
усиления ( например серия молдавских стабилизаторов СТС ). Форма выходного напряжения
приближается к трапецеидальной с высоким уровнем помех.
2.
Искажения на выходе источников бесперебойного питания при работе от батарей. Форма
напряжения от меандра ( почти прямоугольные импульсы ) до практически чистой синусоиды.
Форма зависит от принципа построения UPS и его цены.
3.
Искажения при перегрузке трансформатора,
когда он работает в режиме близком
к насыщению. Приблизительная форма
выходного напряжения характеризуется
пикообразными выбросами напряжения
и представлена на рисунке.
4.
U
t
Искажения синусоиды на выходе тиристорных
регуляторов напряжения. Сопровождается
радиочастотными помехами.
ОСОБЕННОСТИ НЕКОТОРЫХ ТИПОВ НАГРУЗОК
При проектировании следует учитывать стойкость устанавливаемого электрооборудования к проявлению
различных факторов воздействия со стороны сети. Ниже приведены особенности питания некоторых
типов нагрузки.
Электрооборудование оснащенное импульсным источником питания
( вычислительная техника, офисное оборудование, приборы, аудио-видео
аппаратура …) мало критично к уровню напряжения и как правило устойчиво работает в диапазоне от
185 до 250 В ( в некоторых телевизорах от 130 до 260 В ) . Допустимо даже прерывание напряжения до
0,3 с, если оно не сопровождается существенными помехами. Однако высокочастотные помехи от 150 кГц
и выше легко проходят через блок питания в аппарат. Опасным являются также импульсные
перенапряжения , могущие вызвать пробой транзистора в преобразователе блока питания. В большинстве
случаев сам источник имеет и фильтр, и варистор для защиты от помех, но они способны защитить
лишь от слабых воздействий по сети.
Для трехфазных двигателей основную опасность представляет перекос фаз ,при котором резко
возрастает перегрев двигателя с последующим выходом из строя. К помехам и кратковременному
прерыванию напряжения некритичны.
При возрастании напряжения на входе
трансформатора ( трансформаторный блок
питания ) резко возрастает ток ХХ ,
трансформатор входит в режим насыщения,
шумит, перегревается и выходит из строя.
IХХ
U
Магнитные контакторы, силовые реле и тд.
При низком входном напряжении либо не
запускаются, либо запускаются с дребезгом.
Ситуация ухудшается, когда на выход
контактора подключена мощная индуктивная
нагрузка. В момент подключения напряжения
на нагрузку за счет больших пусковых токов
возникает резкая просадка напряжения и
контактор отключает нагрузку. Напряжение
снова повышается, контактор снова пытается
подключить нагрузку и весь цикл повторяется
до выхода из строя контактора.
242 B
L
Вкл.
р
RH
N
Галогенные лампы, помимо общей чувствительности к уровню напряжения, очень
чувствительны к кратковременному прерыванию питания. Пусковые токи включения
лампы - основная причина выхода из строя. Попытка улучшить ситуацию с помощью
ступенчатого стабилизатора напряжения лишь ухудшает ситуацию.