Asymetria napięcia w sieciach trójfazowych — NEN-EN 50160

Gospodarstwo ogrodnicze z połączeniem dużych napędów trójfazowych (wentylatory, pompy) i licznych odbiorników jednofazowych (oświetlenie, drobny sprzęt, punkty ładowania) na tym samym przyłączu może napotkać asymetrię napięcia: trzy napięcia fazowe przestają być równe pod względem amplitudy i/lub przesunięte dokładnie o 120° w fazie. NEN-EN 50160 ("Parametry napięcia energii elektrycznej dostarczanej przez publiczne sieci elektroenergetyczne") ustala dla tego parametru granicę jakości.

Czym jest asymetria napięcia i jak się ją wyraża

Asymetrię wyraża się jako stosunek między składową kolejności przeciwnej a składową kolejności zgodnej napięcia (rozkład na składowe symetryczne). Przy idealnie zbalansowanym układzie trójfazowym stosunek ten wynosi 0%; im większa asymetria między fazami, tym wyższy procent.

Wymaganie normy

NEN-EN 50160 stanowi, że w normalnych warunkach eksploatacji składowa kolejności przeciwnej napięcia zasilającego przez 95% tygodnia (mierzona jako średnie 10-minutowe) nie może przekraczać 2% składowej kolejności zgodnej. W sieciach ze znacznym udziałem odbiorników przyłączonych jedno- lub dwufazowo granica ta może wzrosnąć do 3%.

Przyczyny

• Nierównomierny rozkład obciążenia jednofazowego między trzy fazy (częste w obwodach oświetleniowych, punktach ładowania, drobnych napędach jednofazowych).
• Asymetryczna impedancja sieci między fazami, na przykład wskutek nierównych długości lub przekrojów kabli.
• Zakłócenia lub przerwy na jednej fazie sieci.

Skutki dla napędów trójfazowych

Silniki indukcyjne trójfazowe są wrażliwe na asymetrię napięcia: stosunkowo niewielka asymetria napięcia (na przykład kilka procent) może spowodować znacznie większą asymetrię prądu w uzwojeniach stojana, co skutkuje dodatkowym wydzielaniem ciepła i przyspieszonym starzeniem się izolacji silnika. W praktyce sprawia to, że asymetria jest szczególnie istotna dla firm z dużymi trójfazowymi napędami wentylatorów lub pomp.

Uwaga: dokładna zależność między asymetrią napięcia a asymetrią prądu/nagrzewaniem silnika zależy od konstrukcji silnika — sprawdź to dla każdej sytuacji na podstawie specyfikacji silnika, nie opieraj się na stałej regule praktycznej.

Kto to nadzoruje

Operator sieci odpowiada za monitorowanie jakości napięcia zgodnie z NEN-EN 50160 w punkcie dostawy. Jednak właściciel instalacji, który sam wprowadza asymetrię (na przykład przez nierównomierny rozkład obciążenia jednofazowego w obrębie własnej instalacji), może sam przyczynić się do lokalnego problemu, nawet jeśli operator sieci w punkcie przyłączenia pozostaje w granicach normy.

Częste błędy

1. Rozdzielanie obciążenia jednofazowego przypadkowo między trzy grupy bez uwzględnienia balansu — przy rozbudowie instalacji (nowe punkty ładowania, oświetlenie) ryzyko asymetrii rośnie, jeśli nie jest to świadomie zarządzane.
2. Natychmiastowe przypisywanie skarg związanych z asymetrią (przegrzewające się silniki, drgania) samemu silnikowi bez pomiaru balansu napięcia na przyłączu — przyczyna może leżeć poza silnikiem.
3. Mylenie granicy 2% z absolutną gwarancją braku problemów z silnikiem — nawet w granicach normy asymetria może z czasem przyczyniać się do przyspieszonego zużycia silnika przy stale mocno obciążonych napędach.

Powiązane

• Harmoniczne i THD
• Przeciążenie sieci i magazyny energii