Проектирование электрических сетей связанно с определенными сложностями. В рамках данной статьи я остановлюсь на несимметрии токов и напряжений – негативном факторе, снижающем срок действия электрооборудования и надежность электросетей в целом.
Наиболее часто несимметрия свойственна трехфазным сетям, часть нагрузки которых создается однофазными потребителями. В профессиональных кругах часто можно встретить иное название данного явления – «перекос фаз». При падении напряжения на одной из фаз трехфазной цепи говорят, что «фаза посажена»; как правило, это сопровождается повышением межфазного напряжения между двумя другими фазами и ростом напряжения в цепи фаза-ноль.
Данный фактор должен быть исключен при проектировании электрики. Правильный расчет нагрузок и их равномерное распределение снижает риск возникновения несимметрии. Почему это важно? Потому, что при наличии асимметрии появляются дополнительные потери, портится оборудование, сокращается срок службы агрегатов и проводов, возникают «провалы» и пульсации напряжения в сети. Например, 45% отказов асинхронных двигателей вызваны именно фазовой несимметрией – данная цифра получена в результате проведения целенаправленных исследований, призванных определить причины выхода из строя электрооборудования.
При проектировании электрических сетей принято использовать коэффициент несимметрии напряжения, вычисляемый по формуле:
Кн=Uоп/Uн
Кн – коэффициент несимметрии;
Uоп – напряжение обратной последовательности;
Uн – номинальное линейное напряжение.
В правильно спроектированных сетях несимметрия составляет 2%. На практике мне доводилось сталкиваться с иными цифрами, существенно превышающих допустимые 2%. Определить уровень несимметрии несложно: достаточно провести замеры напряжения и нехитрые математические операции. А дальше – проанализировать полученный результат и сделать выводы. Например, 4-процентная несимметрия сокращает срок службы асинхронного электродвигателя в 2 раза, 10% «убивает» электродвигатель мгновенно и сокращает срок службы всей электросети на 20%. Подобных примеров негативного воздействия несимметрии можно привести массу, но цель данного материала иная.
Проектирование электрических сетей основывается на расчете электрических нагрузок, в том числе и распределения нагрузки по каждой фазе отдельно. Используя расчетные величины, производится правильное схематическое проектирование, в результате чего несимметрия как явление исключается.
Из вышесказанного следует: план электрических сетей из-за неучтенной или нераспределенной нагрузки может содержать неверные сведения. Допустим, сечение кабеля может иметь недостаточную пропускную способность; как следствие – кабель перегреется и выйдет из строя при возникновении асимметрии, особенно это актуально при проектировании распределительных сетей. Проектирование распределительных электрических сетей даже при самом тщательном подходе может не учитывать появления случайной нагрузки, особенно это характерно для жилых зданий.
Чтобы предусмотреть случайные нагрузки, применяют метод расчета по наиболее нагруженной фазе. Основа этого метода такова: выбирается наибольший вариант нагрузки на одну фазу и все расчеты ведутся только по этой фазе, при этом нагрузку на две остальные фазы принимают такой же.
Хорошо спроектированные электрические сети, имеют показатель несимметрии 2%. К сожалению, данный коэффициент определяется не по проектным чертежам, а на практике. Для его определения проводят замеры напряжения, после чего вычисляется коэффициент. Допустим 4%, сокращает срок службы асинхронного электродвигателя в 2 раза, 10% убивает электродвигатель мгновенно и сокращает срок службы всей электросети на 20% и т.д.