Материал: Повышение качества электроснабжения потребителей в сетях 0,4 кВ с применением автоматического переключателя 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:

Отклонение фазного напряжения. В зависимости от распределения нагрузок возможно два варианта:

Напряжение выше номинального. В этом случае большинство электрических устройств, оставленных включенными в бытовые розетки, с большой вероятностью выйдут из строя. При срабатывании защиты результат будет менее трагическим.

Напряжение падает ниже нормы. Увеличивается нагрузка на электродвигатели, происходит падение мощности электромашин, растут пусковые токи. Наблюдаются сбои в работе электроники, устройства могут отключиться и не включаться пока перекос не будет устранен.

Увеличивается потребление электричества оборудованием.

Нештатная работа электрооборудования приводит к уменьшению эксплуатационного срока.

Снижается ресурс техники.

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.

Наиболее простой, но, тем не менее, эффективный способ минимизировать негативные последствия описанного выше отклонения — установить реле контроля фаз. Внешний вид устройства и пример его подключения (в данном случае после трехфазного счетчика) представлен на рисунке 14.

Рисунок 14 – Реле контроля фаз (А) и пример схемы его подключения (В)

Данный трехфазный автомат может обладать следующими функциями:

- производить контроль амплитуды электротока. если параметр выходит за установленные границы, нагрузка отключается от питания. как правило, диапазон срабатывания прибора можно настраивать в соответствии с особенностями сети. данная опция имеется у всех приборов данного типа.

- проверка очередности подключения фаз. если чередование неправильное питание отключается. данный вид контроля может быть важен для определенного оборудования. например, при подключении трехфазных асинхронных электромашин от этого зависит, в какую сторону будет происходить вращение вала.

- проверка обрыва на отдельных фазах, при обнаружении такового нагрузка отключается от сети.

- функция отслеживает состояние сети, как только появляется перекос, происходит срабатывание.

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.

Глава 3 ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ

3.1. Расчет электрических нагрузок

Важнейшей предпосылкой рационального выбора систем электроснабжения является правильное определение расчетных нагрузок, в зависимости от которых устанавливаются параметры всех элементов схемы. Расчётной называют нагрузку, по которой определяют и выбирают электрооборудование, мощность источников питания, сечение кабелей и проводов, мощность трансформаторов.

Особенностью расчёта в сельских системах является то, что данные о характеристиках электроприёмников могут быть не известны, да и учесть их практически невозможно, поэтому для определения нагрузок пользуются различными методами. Расчёт произведём с помощью метода удельных электрических нагрузок.

По характеру электропотребления и показателям электрической нагрузки все потребители села разбиваются на следующие группы: промышленные потребители, коммунальные потребители. Часть потребителей относится к социально - значимым объектам, таких как котельная.

3.2 Схема подключения автоматического электронного трехфазного переключателя фаз

Расчет и выбор автоматического электронного трехфазного переключателя фаз

Автоматический электронный переключатель фаз или ПЭФ

На производстве или в быту наверняка найдется оборудование, отключение которого нежелательно, а в некоторых случаях даже опасно. Например, электродвигатели конвейерной ленты или система видеонаблюдения частного дома. Поэтому для бесперебойного питания этого оборудования следует применять особый подход. Как правило, только установкой аккумулятора здесь не обойтись.

Ситуацию, когда требуется бесперебойное подключение, можно решить неоднократно испробованным способом — установить преобразователь трехфазной сети в однофазную с возможностью переключения между тремя входящими фазами. При этом не обязательно, что все три фазы будут от одного источника питания. Это может быть общая сеть и два генератора.

Автоматический электронный трехфазный переключатель нужен для подключения и последующего переключения между фазами оборудования, работающего от одной фазы. Представленный прибор постоянно измеряет параметры активной фазы и в случае ее отклонения или отключения выполняет автоматический переход на другую, которая максимально отвечает запрограммированным значениям.

Рисунок 15 – Внешний вид ПЭФ - 301

Автоматический электронный трехфазный переключатель фаз (ПЭФ-301)

Если ни одна из подведенных фаз не отвечает заданным характеристикам, прибор отключит подачу на нагрузку. В результате питаемое оборудование будет полностью защищено от скачков, падений или отсутствия напряжения в сети.

Как выбрать ПЭФ

Автоматический электронный переключатель фаз относится к устройствам защиты, поэтому его выбор следует делать на основе расчетов. Инженер Рик советует обратить внимание на следующие моменты:

Предельный рабочий ток Чем выше этот параметр, тем более мощное оборудование можно подключить к прибору. Однако здесь нужно учитывать, то от этого напрямую зависит стоимость переключателя фаз. Например, для бытовых потребителей будет вполне достаточно купить электронный переключатель фаз ПЭФ-301 с рабочим током до 16 А.

Опции регулирования переделов нагрузки Недорогие ПЭФ не обладают функциями настройки верхнего и нижнего порога срабатывания на переключение или отключение, эти параметры фиксированы и заданы производителем. У более продвинутых моделей такая возможность предусмотрена, что позволяет пользователю настроить работу прибора под свои нужды.

Варианты индикации Есть модели, у которых для индикации состояния используются разноцветные светодиоды. В зависимости от того, какая лампочка горит или мерцает, и выполняется индикация текущего режима работы прибора. Более дорогие изделия могут комплектоваться дисплеем, на котором с высокой точностью отображается напряжение или другие параметры используемой фазы.

Функциональные возможности Кроме переключения между фазами, есть модели автоматических электронных переключателей фаз, которые обладают функциями задержки срабатывания, возможностью возврата на основную фазу, порогом срабатывания. Наличие этих дополнительных опций существенно расширяет возможности прибора и позволяет выполнить максимально точную настройку для гарантированной защиты работающего оборудования.

Наличие дополнительных функциональных возможностей напрямую влияет на размер корпуса реле выбора фаз, что следует обязательно учесть, чтобы не получилось так, что имеющаяся щитовая не сможет вместить прибор.

Способы и инструкция подключения

На примере ПЭФ-301 разберем способы монтажа, и как выполнять подключение автоматического реле фаз. Хочу обратить ваше внимание, если общая мощность подключаемого к прибору оборудования не превышает 3,5 кВт или 16 А, его питание может осуществляться непосредственно от реле. В случае превышения этого параметра подключение нагрузки к ПЭФ-301 выполняется через контактор.

Рисунок 16 – Схема подключения ПЭФ-301 при нагрузке менее 16 А

Конструкция представленного автоматического трехфазного переключателя фаз предусмотрена возможность настройки порога минимального и максимального напряжения. Для этого на передней панели ПЭФ-301 имеются соответствующие переключатели, установка которых в нужном положении выполняется до момента подачи напряжения.

Рисунок 17 – Схема подключения автоматического переключателя ПЭФ-301 при нагрузке более 16 А при помощи магнитных пускателей

Подключение трехфазной сети выполняется посредством клемм L1, L2, L3 и N (заземление). При этом учтите, что L1 является приоритетной для прибора фазой, поэтому переключение на другую выполняется только в ситуациях, если она не отвечает запрограммированным настройкам. Скорость срабатывания — 0,2 с. Когда на приоритетной фазе напряжение выравнивается, прибор автоматически переключается на нее.

Рисунок 18 – Расположение клем L1-N на ПЭФ

Пользователь может самостоятельно задать выдержку времени (от 5 до 200 секунд) на переход на основную фазу. Если необходимо отключить режим приоритетной фазы, достаточно перевести переключатель ТВ на символ бесконечности.

При работе с реле переключения фаз ПЭФ важно учитывать, что прибор сразу срабатывает на переключение фазы или отключение, если был превышен верхний порог напряжения, и выдерживает 12 секунд при его снижении ниже установленного пользователем значения.

Выводы:

Автоматический электронный переключатель фаз является незаменимым устройством, когда возникает вопрос бесперебойного энергоснабжения важных узлов электрической схемы. В зависимости от выбора конкретной модели прибора, возможно не только защитить оборудование, но и проконтролировать в реальном времени параметры подаваемого питания.