Phasenungleichgewicht: Ursachen und Schutz

Weder HaushaltsgerĂ€te noch Produktionsanlagen können ohne stabile Stromversorgung betrieben werden. Last- und Spannungsungleichgewicht oder Phasenungleichgewicht sind die Hauptursache fĂŒr AusfĂ€lle und AusfĂ€lle. Dieses PhĂ€nomen kann und sollte bekĂ€mpft werden, was ein umfassendes VerstĂ€ndnis der Regeln fĂŒr den Betrieb eines dreiphasigen Stromnetzes erfordert.

Phasenungleichgewicht: Ursachen und Schutz

Ein Ausflug in die Theorie der Elektrotechnik

Das dreiphasige Wechselstromsystem wurde vor ĂŒber einem Jahrhundert in der Industrie eingefĂŒhrt, praktisch in der Form, in der es bis heute ĂŒberlebt hat. Der Hauptentwickler des dreiphasigen Netzwerks ist Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, ein einheimischer Wissenschaftler, der die Ideen von Nikola Tesla als Grundlage fĂŒr seine Entwicklungen verwendete.

Phasenungleichgewicht: Ursachen und Schutz

Die Vorteile eines dreiphasigen Netzwerks liegen auf der Hand: Wenn wĂ€hrend der Drehung des Magnetfelds ein Strom symmetrisch und gleichmĂ€ĂŸig auf der dreipoligen Wicklung des Generators erscheint, kann seine Form leicht verwendet werden, um die Umwandlung elektrischer Energie in Drehung umzukehren. In der Zeit der Entwicklung des wissenschaftlichen und technologischen Fortschritts war die FĂ€higkeit, elektrische Maschinen frei zu benutzen, Ă€ußerst wichtig, und dies ist auch weiterhin so..

Phasenungleichgewicht: Ursachen und SchutzGarantiertes Netzteil AGM-7,5

Das dreiphasige Stromversorgungssystem ist jedoch nicht ohne Nachteile. Die Spannungen in jeder der Phasen sind durch den Symmetriekoeffizienten miteinander verbunden. In einem dreiphasigen Netzwerk werden zwei Arten von elektrischen Spannungen unterschieden: linear, zwischen Phasen wirkend, und Phase, die zwischen der Phase und dem Neutralleiter gemessen wird. Wenn die Last an jeder Phase gleich ist (symmetrisch), ist die Netzspannung v3-mal höher als die Phasenspannung. Da sich die Umkehrung der SpannungspolaritĂ€t in jeder Phase mit dem Rest abwechselt und zeitlich teilweise ĂŒberlappt, fĂŒhrt eine erhebliche UngleichmĂ€ĂŸigkeit in der Lastverteilung zu einem instabilen Betrieb des gesamten Systems.

Ursachen und Folgen eines Phasenungleichgewichts

Wenn eine Lastasymmetrie auftritt, tritt in einer der Phasen ein Verlust der Phasenspannung auf, wĂ€hrend die Netzspannung konstant bleibt. Die Schaltung, nach der dreiphasige Lasten angeschlossen werden, kann als Spannungsteiler betrachtet werden: Ihr Abfall in der am stĂ€rksten belasteten Phase ist aufgrund des geringen Widerstands maximal, wĂ€hrend bei den am wenigsten belasteten Phasen die Spannung ansteigt und zur LinearitĂ€t tendiert. Mit anderen Worten wird die Spannung ĂŒber die Phasen proportional zur angeschlossenen Last verteilt.

Phasenungleichgewicht: Ursachen und Schutz

Wir beobachten dies in Haushaltsstromnetzen: Alle Verbraucher sind an verschiedene Phasen angeschlossen, es gibt jedoch keine Garantie dafĂŒr, dass bei einer strengen Individualisierung der Betriebsarten und der Leistung elektrischer GerĂ€te die Last gleichmĂ€ĂŸig verteilt wird. Daher wird das gebrĂ€uchlichste Schema zum Verbinden von Lasten in einem dreiphasigen Netzwerk, das als „Stern“ bezeichnet wird, durch einen Neutralleiter ergĂ€nzt, der an einen zentralen Punkt angeschlossen und elektrisch mit dem Erdungssystem verbunden ist. Dank dieses Zusatzes wird der Effekt von unsymmetrischen Lasten auf Phasenspannungen erheblich reduziert, wĂ€hrend die Ausgleichseffizienz stark von der LeitfĂ€higkeit des Neutralleiters abhĂ€ngt..

Phasenungleichgewicht: Ursachen und Schutz

Wenn die LeitfĂ€higkeit nicht ausreicht oder der Neutralleiter abgeschaltet ist, steigt das Lastungleichgewicht wieder an und verursacht eine ungleichmĂ€ĂŸige Verteilung der Phasenspannungen. Diese Funktionsweise des Stromnetzes ist mit schwerwiegenden Konsequenzen behaftet: Mit einem Spannungsanstieg in jedem aktiven Verbraucher steigt die StromstĂ€rke bis zu den Grenzwerten, kapazitive Filter von StromumwandlungsgerĂ€ten fallen aus, die Wahrscheinlichkeit eines Isolationsausfalls steigt, Überhitzung und ein Anstieg der parasitĂ€ren Ströme werden bei Drehstrommotoren beobachtet. Eine Unterbrechung des Stadtnetzes von Null fĂŒhrt mit Sicherheit zu SchĂ€den an ElektrogerĂ€ten, die an einen ungeschĂŒtzten Zweig angeschlossen sind, auch wenn diese derzeit nicht funktionieren. Oft ist eine BeschĂ€digung der AusrĂŒstung irreversibel, außerdem steigt die Wahrscheinlichkeit eines Brandes erheblich an. Das Phasenungleichgewicht wirkt sich auch negativ auf dreiphasige Stromversorgungen aus – AbwĂ€rtstransformatoren und dreiphasige Generatoren..

Neutralleiterwiederherstellung

Zur Übertragung von ElektrizitĂ€t ĂŒber große Entfernungen werden kolossale Spannungen verwendet, wodurch es möglich ist, den Leiterquerschnitt auf vernĂŒnftige Werte zu reduzieren. Wenn wir uns dem Verbraucher nĂ€hern, sinkt die Spannung mithilfe von Leistungstransformatoren schrittweise und das Stromnetz verzweigt sich allmĂ€hlich. Es ist nicht erforderlich, die Transformatoren mit einem Neutralleiter zu verbinden, einem so wunderbaren Leiter, dass die Erdkruste diese Aufgabe perfekt bewĂ€ltigt. Daher kann eine Nullunterbrechung nur in der letzten Phase der Transformation auftreten: einer 6-0,4-kV-Absenkstation oder an einem beliebigen Punkt des Niederspannungsverteilungsnetzes.

Phasenungleichgewicht: Ursachen und Schutz

Um herauszufinden, wo ein Bruch im Neutralleiter möglich ist, wenden wir uns einem klassischen Beispiel zu – einem dreiphasigen Stromversorgungsnetz eines Wohnhauses. In dem technischen Kanal, der die BodenflĂ€chen verbindet, können ein dreiadriges Kabel und ein gemeinsamer Erdungsbus verlegt werden. Es ist auch möglich, den Neutralbus ĂŒber den vierten Kern des Kabels an die Erdungsschleife der Unterstation anzuschließen. In fast allen FĂ€llen ist es recht einfach, den Ort der Unterbrechung zu bestimmen. Es reicht aus, nur das elektrische Potential zwischen dem Nullbus und der Erde mit einem Voltmeter zu messen. Wenn das GerĂ€t Werte nahe der Abweichung der Phasenspannung von der Norm anzeigt, muss der Ort der BeschĂ€digung gemĂ€ĂŸ dem Schema frĂŒher gesucht werden und sich in Richtung der Unterstation bewegen.

Phasenungleichgewicht: Ursachen und Schutz

Bei Freileitungen ist die Situation anders. Der Neutralleiter folgt zusammen mit den PhasendrĂ€hten ĂŒber die gesamte LĂ€nge des Verteilungsnetzes, beginnend vom Umspannwerk oder Transformator. NatĂŒrlich misst niemand unabhĂ€ngig die Spannung zwischen dem Neutralleiter und der Masse an jedem Pol der Freileitung. Die Unterbrechung kann nur visuell und noch besser bestimmt werden – durch die KrĂ€fte der RettungskrĂ€fte. DarĂŒber hinaus stellen wir fest, dass es keinen Sinn macht, den Neutralleiter in Ihrem Verantwortungsbereich unabhĂ€ngig zu erden, da in diesem Fall das gesamte Netzwerk entlang des Leiters des Verbrauchers entladen wird, was bedeutet, dass der Strom durch das MessgerĂ€t fließt.

Wechselrichterphasenstabilisatoren

Nicht nur Verbraucher mit einer einphasigen Verbindung, sondern auch dreiphasige Teilnehmernetzwerke, einschließlich industrieller, leiden unter der Asymmetrie von Spannungen und Strömen. Eine der effektivsten Möglichkeiten zur Lösung des Phasenungleichgewichtsproblems ist die Installation eines Phasenstabilisators. Im Gegensatz zu herkömmlichen Haushaltsspannungsstabilisatoren beseitigen Phasenstabilisatoren Asymmetrien durch VerstĂ€rken oder Umverteilen der Last..

Phasenungleichgewicht: Ursachen und Schutz

TatsĂ€chlich kann die Funktion eines mehrphasigen Ausgleichsstabilisators durch eine Anordnung von drei einphasigen Spannungsstabilisatoren ausgefĂŒhrt werden. Wenn jedoch drei GerĂ€te zu einem kombiniert werden, kann dies erhebliche Vorteile versprechen. Das Funktionsprinzip eines DreiphasengerĂ€ts besteht darin, dass es ĂŒber ein Speicher- und EnergieumwandlungsgerĂ€t verfĂŒgt, dessen Rolle ein Impulstransformator ist. Kurz gesagt: Ein einphasiger Stabilisator, der in der am stĂ€rksten durchhĂ€ngenden Phase installiert ist, muss den Spannungsanstieg durch Erhöhung des Stromverbrauchs ausgleichen, was mit einer starken Abnahme des Wirkungsgrads des Wandlers einhergeht.

Dreiphasenstabilisatoren ziehen wiederum die zum Ausgleich erforderliche Energie aus Phasen, in denen die Spannung höher als der Nennwert ist, wodurch die Menge der Umwandlungsverluste viel geringer ist. In diesem Fall wird eine zusĂ€tzliche Belastung der unbelasteten Phasen durchgefĂŒhrt, dh nicht nur der Verbraucher, sondern auch teilweise das Versorgungsnetz wird stabilisiert. Das Vorhandensein eines gemeinsamen Wechselrichters ermöglicht es Ihnen auch, ein dreiphasiges Netzwerk mit einem vorĂŒbergehenden Spannungsausfall an einer der Leistungsphasen aufrechtzuerhalten.

Phasenungleichgewicht: Ursachen und SchutzDreiphasenspannungsstabilisator FNEX SBW 100

Nicht ohne MĂ€ngel. Dies sind vor allem die KomplexitĂ€t der Vorrichtung und die hohen Kosten von Dreiphasenstabilisierungsvorrichtungen. Zum grĂ¶ĂŸten Teil werden Phasenstabilisatoren in der Stromversorgung kleiner Unternehmen eingesetzt, die mit elektrischen GerĂ€ten mit einem Gesamtstromverbrauch von bis zu 80-100 kVA ausgestattet sind: KesselhĂ€user, Mobilfunkbasisstationen, MöbelgeschĂ€fte. FĂŒr leistungsfĂ€higere Verbraucher werden andere Stabilisierungsmethoden bereitgestellt.

Auswuchttransformatoren

Ein anderer GerĂ€tetyp zur Stabilisierung von Strömen und Spannungen sind Balun-Transformatoren. Sie haben einen grĂ¶ĂŸeren Leistungsbereich. FĂŒr Netzwerke mit einem Stromverbrauch von bis zu 400 kVA wird empfohlen, Niederspannungstransformatoren vom Typ TST zu installieren, fĂŒr leistungsstĂ€rkere Ausgleichstransformatoren 6 / 0,4 kV vom Typ TMGSU.

Phasenungleichgewicht: Ursachen und Schutz

Beide Transformatortypen unterscheiden sich von herkömmlichen Leistungstransformatoren dadurch, dass sie eine zusĂ€tzliche Wicklung haben. Es befindet sich parallel zu den PrimĂ€rwicklungen und ist zwischen dem Arbeitsnullpunkt und der Erdungsschleife des Transformatormittelpunkts geschaltet. Das Funktionsprinzip ist einfach: Wenn im Neutralleiter eine Asymmetrie der Lasten auftritt, entsteht ein Strom, der auf den Magnetkern des Transformators ĂŒbertragen wird und dann die am stĂ€rksten belastete Phase hochzieht. Die Kompensation erfolgt automatisch aufgrund der unterschiedlichen Schwingungsperioden verschiedener Phasen.

Phasenungleichgewicht: Ursachen und Schutz

TMGSU-Transformatoren unterscheiden sich praktisch nicht von Niederspannungsbaluns. Das Platzieren der Phasenausgleichsvorrichtung auf der Stufe der AbwĂ€rtstransformation ermöglicht es einfach, eine zusĂ€tzliche Transformationskette auszuschließen und dementsprechend zusĂ€tzliche Verluste im Magnetkreis zu vermeiden. Einfachheit, ZuverlĂ€ssigkeit und niedrige Kosten machen Balun-Transformatoren zur besten Lösung fĂŒr Netzwerke mit geringen Anforderungen an die sinusförmige Reinheit. Transformatoren verfĂŒgen jedoch nicht ĂŒber ein so breites Spektrum an Schutz- und Stabilisierungsfunktionen wie GerĂ€te vom Wechselrichtertyp..

Überspannungsschutz

Was ist mit Verbrauchern mit einer einphasigen Verbindung? Leider ist es nicht möglich, die Wahrscheinlichkeit eines Ungleichgewichts und den daraus resultierenden Spannungsanstieg irgendwie zu beeinflussen. Solche PhĂ€nomene treten regelmĂ€ĂŸig auf, der Fehler liegt in der unzureichenden Ausstattung der Hauptnetze, dem Mangel an Arbeit zur Vorhersage der Lasten und dem bedauerlichen technischen Zustand der Elektrifizierungssysteme.

Phasenungleichgewicht: Ursachen und Schutz

Sie können jedoch weiterhin Ihre eigenen elektrischen Einrichtungen schĂŒtzen. Am einfachsten ist es, ein Spannungsrelais zu installieren, das die Versorgung des Objekts abschaltet, wenn die maximalen Betriebsparameter im Netzwerk angezeigt werden. Wenn selbst ein vorĂŒbergehender Mangel an Stromversorgung in der Anlage nicht akzeptabel ist, gibt es zwei Möglichkeiten zum Schutz vor Phasenungleichgewichten: Installation eines einphasigen Stabilisators oder Ausstattung der Eingangsverteilergruppe der automatischen Übertragungsschalter mit einer autonomen Stromquelle.

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