I. Üç-faz dengesizliği nedir?
'Üç-faz dengesizliği' terimi genellikle üç canlı kablonun her birindeki eşit olmayan güç yüklerini ifade eder. Güç hesaplama formülü aşağıdaki gibidir:
Güç hesaplama formülü, güç büyüklüğünün voltaj, akım ve güç faktörü tarafından belirlendiğini ortaya koymaktadır. Üç-fazlı voltaj dalgalanmaları ve sapmaları minimum düzeydedir ve fiilen sabit kalır. İki-fazlı ekipmanın baskın olduğu tipik üç-fazlı devrelerde, üç-fazlı güç faktörü neredeyse aynı kalır. Böylece, üç-fazlı akımların izlenmesi, sistem dengesinin doğru bir şekilde değerlendirilmesine olanak sağlar.
II. Ölçüm Göstergeleri
Ulusal standart (örneğin, GB/T 15543-2019 "Üç Fazlı Gerilim Dengesizliği") şunları tanımlar:
1. Gerilim dengesizliği değerlendirme kriterleri:
İzin verilen değerler genellikle şu şekilde belirtilir:
Üç-faz dengesizlik derecesi normal çalışma sırasında %2'den az veya buna eşittir ve kullanıcı tarafının %3'ten az veya buna eşit olmasına izin verilir
.
2. Mevcut dengesizlik değerlendirme kriterleri:
Imax, üç-fazlı akımlar arasında maksimum akımdır ve Iavg ortalama akımdır.
Genel gereklilik, üç-fazlı akım dengesizliğinin %10'dan az veya buna eşit olması gerektiği, motorlar gibi özel ekipmanlar için ise %5'ten az veya buna eşit olması gerektiğidir.
III. Oluşum Nedenleri
Üç-faz dengesizliği oluştuğunda, ilgili nedenlere göre uygun tedavi yöntemlerini seçmeliyiz. Genel olarak, üç-faz dengesizliğinin ana nedenleri arasında üç faz arasındaki eşit olmayan yük dağılımı, toprak arızaları, faz hattı kesintileri, rezonans ve fazlar arasındaki tutarsız güç faktörleri yer alır.
Üç-Faz Gerilim Dengesizliğinin Nedenleri
Güç sistemlerindeki üç-faz voltaj dengesizliğinin başlıca nedenleri yük dengesizliği ve sistem empedansı dengesizliğidir. Yük dengesizliği, elektrikli lokomotifler ve kaynak makineleri dahil olmak üzere dikkate değer tek-fazlı yüklerle birlikte, üç-fazlı voltaj dengesizliğinin ana nedenidir. Güç sistemlerinde, üç-fazlı jeneratörler ve transformatörler iyi bir simetri sergiler ve üç-fazlı voltaj dengesizliğini etkilemez. Bu nedenle sistem empedansı dengesizliğine esas olarak dengesiz güç kaynağı hattı empedansı neden olur. Üç-fazlı iletkenler (havai hatlar veya kablolar) yatay veya dikey olarak düzenlendiğinde, üç-fazlı empedans dengesini korumak için faz-kaydırma önlemleri uygulanmalıdır.
Üç-Faz Akım Dengesizliğinin Nedenleri
Güç sistemindeki üç-fazlı voltaj dengesizliğinin ana nedenleri, bir fazda yoğunlaşan tek-fazlı yük (örneğin aydınlatma, ev aletleri) ve üç-fazlı ekipman arızasıdır (örneğin motor sargısı kısa devresi).
IV. Tehlikeler ve Üç-Faz Dengesizliğinin Kontrolü
- Üç-Faz Gerilim Dengesizliğinin Tehlikeleri ve Kontrolü
1. Üç-Faz Gerilim Dengesizliğinden Kaynaklanan Tehlikeler
(1) Transformatör dengesiz yükte çalışırken, bir faz voltajı tam yükte iken diğer iki faz yükte değildir, bu da transformatör kapasitesinin tam olarak kullanılmamasına neden olur. Bu arada transformatörün uzun süre dengesiz yükte çalışması lokal aşırı ısınmaya neden olur ve servis ömrünü kısaltır.
(2) Üç-fazlı dengesiz bir güç kaynağı sisteminde, negatif dizi akımı ek kayıplara, artan hat kayıplarına ve voltaj düşüşüne neden olur. Ayrıca, normal iletişim kalitesinden ödün vererek iletişim sistemlerindeki paraziti artırır.
(3) Röle korumasının arızalanmasına neden olabilir.
(4) Hassas yükler arızaya neden olabilir.
(5) Negatif bileşen bileşeni, motorun stator ve rotorundaki bakır kayıplarını arttırır, aşırı ısınmaya neden olur ve yalıtımın eskimesini hızlandırır, böylece çalışma ömrünü kısaltır.
2. Üç-Faz Gerilim Dengesizliğini Düzeltmeye Yönelik Önlemler
(1) Öncelikle üç-fazlı simetrik elektrikli ekipmanlara öncelik verin.
(2) Tek-fazlı yükler için, tüm fazlar arasında optimum yük dengesini sağlamak amacıyla bunları makul bir şekilde üç faz arasında dağıtın.
(3) Tek-fazlı yükler üç-fazlı bir sistemde düzgün şekilde dağıtılamadığında, bunlar farklı güç kaynağı noktalarına bağlanmalıdır.
(4) Yüksek güç talebi olan tek-fazlı yükler için, güç sağlamak amacıyla özel bir tek-fazlı transformatör kullanılır.
(5) Üç-fazlı dengeleme ekipmanı kurun.
- Üç-Fazlı Akım Dengesizliğinin Tehlikeleri ve Kontrolü
1. Üç-Faz Akım Dengesizliğinden Kaynaklanan Tehlikeler
Günlük yaşamda çok sayıda tek-fazlı ve üç-fazlı yük mevcuttur. Nötr hattın (N hattı) ve koruyucu toprak hattının (PE hattı) paylaşılması, çok sayıda tek-fazlı ve üç-fazlı cihazın bir TN-C güç kaynağı sistemine bağlanmasına eşdeğer olacaktır. Sonuçları ne olurdu?
Üç-faz dengesizliği nötr hat akımını artırır, nötr hat potansiyelini yükseltir ve hat kayıplarını artırır. Özellikle kırık bir nötr hat, bir fazda önemli voltaj artışlarına, diğerinde ise önemli düşüşlere neden olur. Aşırı yüklenmiş faz hasar görebilir, düşük-gerilim aşamasındaki ekipman ise çalışmaz hale gelir.
Dağıtım transformatörlerindeki güç kaybı yük dengesizliğine göre değiştiğinden, üç-faz dengesizliği transformatör kayıplarını artırır. Ayrıca üç fazın tamamında daha büyük voltaj sapmalarına neden olarak bağlı elektrikli cihazların verimliliğini azaltır.
(1) Üç-faz akımı dengesiz olduğunda
Çok sayıda tek-fazlı cihazla, sabit üç-fazlı yük dengesini korumak imkansızdır. Dengesiz olduğunda, nötr hattan dengesiz bir akım akar ve bu da voltaj dalgalanmalarına neden olur. Gerilim seviyesi nötr hat akımına ve dirence-bağlıdır ve daha yüksek akım ve direnç daha yüksek voltajla sonuçlanır.
Nötr ve toprak kabloları paylaşılırsa, üç-fazlı dengesiz nötr hattına enerji verildiğinde, ekipman kasası elektriklenecektir. Bu voltaj birkaç volttan düzinelerce volta kadar değişebilir. Bu voltaj yüksek olmasa da elektrik arkı oluşturarak yanıcı veya patlayıcı maddeleri ateşleyebilir ve yangına neden olabilir.
Örneğin, üç-fazlı bir fan zemine (veya metal platforma) sabitlenmiş bir çelik köşebent üzerine monte edildiğinde, fanın kasasından gelen canlı elektrik akımı braket üzerinden toprağa akabilir. Braketin vidaları gevşekse ve motor titriyorsa bu, vida temas noktalarında bir elektrik arkı oluşturabilir. Yakında yanıcı veya patlayıcı maddeler varsa yangın çıkabilir.
(2) Tek-fazlı ekipman nötr kablo kopması
Kırık bir nötr telin, canlı akımın elektrikli cihazlardan nötre aktarılmasına izin vererek canlı nötr ile sonuçlandığı evrensel olarak kabul edilmektedir. Bir ev devresindeki ana nötr tel kesilirse ve nötr aynı toprak telini paylaşırsa, evdeki tüm elektrikli ekipman muhafazalarında elektrik olur ve bu da önemli bir güvenlik tehlikesi oluşturur.
(3) Nötr tel kopmuş.
Güç kaynağı sistemindeki kırık bir nötr hat, dengesiz üç-fazlı yüklerle birleştiğinde, nötr hattın topraklamasını kaybetmesine neden olabilir ve ciddi nötr nokta sapmasına neden olabilir. Bu sonuçta tam üç-faz voltaj asimetrisine yol açar; burada faz A voltajı 100 voltun üzerine düşebilir, faz B voltajı 300 volta çıkabilir ve nötr hat voltajı da birkaç on volta ulaşabilir.
2. Üç-Faz Akım Dengesizliğini Düzeltmeye Yönelik Önlemler
(1) Tek-fazlı yükleri üç-fazlı sistemlere eşit şekilde dağıtarak yükün yeniden dağıtılması.
(2) Otomatik reaktif güç kompanzasyonu ve dengeleme cihazları kurun.
(3) Dağıtılmış güç kaynaklarının dengeli entegrasyonu.
(4) İzleme ve uyarı: Üç-fazlı akım/gerilim dengesini sürekli olarak izlemek için güç dağıtım sistemine akıllı izleme cihazları (örneğin, akıllı ağ geçitleri veya enerji ölçüm modülleri) kurun.
Bu nedenle, bir düşük-gerilim dağıtım sistemindeki üç-faz yükü, fazlar arasındaki kapasite farkı %15'i aşmayacak şekilde dengelenmelidir. Başka bir deyişle, maksimum faz yükü ortalama üç-faz yükünün 1,15 katını aşmamalıdır.
V. Sonuç
Üç-faz dengesizliğinin etkisi izole değildir ancak "şebeke tarafından" "ekipman tarafına" doğru bir kısır döngü oluşturur: "sistem kayıplarında artış → ekipman arızaları → yük dalgalanmaları → dengesizliğin kötüleşmesi." Bu nedenle, pratik uygulamalar, dengesizliği ulusal standartlar dahilinde tutmak ve böylece tehlikeleri kaynağında azaltmak için "tasarım aşamasında yük dağılımının optimize edilmesi,-işletme sırasında gerçek zamanlı izleme ve dengeleme dengeleme cihazlarının kurulması" gibi önlemleri gerektirir.