Несимметрия напряжения в трёхфазных сетях — NEN-EN 50160

Тепличное хозяйство с сочетанием крупных трёхфазных приводов (вентиляторы, насосы) и большого объёма однофазной нагрузки (освещение, мелкое оборудование, зарядные станции) на одном присоединении может столкнуться с несимметрией напряжения: три фазных напряжения перестают быть равными по амплитуде и/или сдвинутыми ровно на 120° по фазе. NEN-EN 50160 («Характеристики напряжения электроэнергии, поставляемой по общественным электрическим сетям») устанавливает для этого предел качества.

Что такое несимметрия напряжения и как она выражается

Несимметрия выражается как отношение между составляющей обратной последовательности и составляющей прямой последовательности напряжения (разложение на симметричные составляющие). При идеально сбалансированной трёхфазной системе это отношение равно 0%; чем больше асимметрия между фазами, тем выше процент.

Требование стандарта

NEN-EN 50160 устанавливает, что при нормальных условиях эксплуатации составляющая обратной последовательности напряжения питания в течение 95% времени недели (измеряемая как 10-минутные средние значения) не должна превышать 2% от составляющей прямой последовательности. В сетях со значительной долей однофазно или двухфазно подключённой нагрузки этот предел может достигать 3%.

Причины

• Неравномерное распределение однофазной нагрузки по трём фазам (часто встречается в группах освещения, зарядных станциях, мелких однофазных приводах).
• Асимметричный импеданс сети между фазами, например из-за неодинаковой длины или сечения кабелей.
• Неисправности или перебои на одной фазе сети.

Последствия для трёхфазных приводов

Асинхронные двигатели чувствительны к несимметрии напряжения: относительно небольшая несимметрия напряжения (например, несколько процентов) может вызвать значительно большую несимметрию тока в обмотках статора, что приводит к дополнительному тепловыделению и ускоренному старению изоляции двигателя. На практике это делает несимметрию особенно актуальной для предприятий с крупными трёхфазными приводами вентиляторов или насосов.

Обратите внимание: точное соотношение между несимметрией напряжения и несимметрией тока/нагревом двигателя зависит от конструкции двигателя — рассчитывайте это для каждой конкретной ситуации по спецификациям двигателя, а не исходя из фиксированного эмпирического правила.

Кто это контролирует

Сетевой оператор отвечает за контроль качества напряжения в соответствии с NEN-EN 50160 в точке поставки. Однако владелец установки, который сам создаёт несимметрию (например, из-за неравномерного распределения однофазной нагрузки внутри собственной установки), может сам способствовать локальной проблеме, даже если сетевой оператор в точке присоединения остаётся в пределах нормы.

Типичные ошибки

1. Произвольное распределение однофазной нагрузки по трём группам без учёта баланса — при расширении установок (новые зарядные станции, освещение) вероятность несимметрии растёт, если это не управляется осознанно.
2. Сразу приписывать жалобы, связанные с несимметрией (перегрев двигателей, вибрации), самому двигателю, не измерив баланс напряжения на присоединении — причина может лежать вне двигателя.
3. Путать предел 2% с абсолютной гарантией отсутствия проблем с двигателем — даже в пределах нормы несимметрия со временем может способствовать ускоренному износу двигателя при постоянно тяжело нагруженных приводах.

Связанные материалы

• Гармоники и THD
• Перегрузка сети и накопители энергии