I. O que é desequilíbrio-trifásico?
O termo 'desequilíbrio-trifásico' geralmente se refere às cargas de energia desiguais em cada um dos três fios energizados. A fórmula de cálculo de potência é a seguinte:
A fórmula de cálculo de potência revela que a magnitude da potência é determinada pela tensão, corrente e fator de potência. As flutuações e os desvios-da tensão trifásica são mínimos, permanecendo efetivamente constantes. Em circuitos-trifásicos típicos, onde predominam equipamentos-bifásicos, o fator de potência tri-permanece quase uniforme. Assim, o monitoramento de correntes trifásicas permite uma avaliação precisa do equilíbrio do sistema.
II. Indicadores de Medição
O padrão nacional (por exemplo, GB/T 15543-2019 "Desequilíbrio de tensão trifásico") define:
1. Critérios de avaliação do desequilíbrio de tensão:
Os valores permitidos são geralmente especificados como:
O grau de desequilíbrio-trifásico é menor ou igual a 2% durante a operação normal, e o usuário final pode ser menor ou igual a 3%
.
2. Critérios atuais de avaliação dos desequilíbrios:
Imax é a corrente máxima entre as correntes-trifásicas e Iavg é a corrente média.
O requisito geral é que o desequilíbrio-da corrente trifásica seja menor ou igual a 10%, enquanto para equipamentos especiais, como motores, deve ser menor ou igual a 5%.
III. Causas de ocorrência
Quando ocorre um desequilíbrio-trifásico, devemos selecionar métodos de tratamento apropriados de acordo com as causas correspondentes. Geralmente, os principais motivos para o desequilíbrio-trifásico incluem distribuição desigual de carga entre as três fases, faltas à terra, quebras de linha de fase, ressonância e fatores de potência inconsistentes entre as fases.
Causas do desequilíbrio-de tensão trifásica
As principais causas do desequilíbrio de tensão trifásico em sistemas de energia são o desequilíbrio de carga e o desequilíbrio de impedância do sistema. O desequilíbrio de carga é a principal causa do desequilíbrio de tensão trifásico, com notáveis cargas monofásicas, incluindo locomotivas elétricas e máquinas de solda. Em sistemas de energia, geradores e transformadores trifásicos apresentam boa simetria e não afetam o desequilíbrio de tensão trifásico. Portanto, o desequilíbrio da impedância do sistema é causado principalmente pela impedância desequilibrada da linha de alimentação. Quando condutores-trifásicos (linhas aéreas ou cabos) são dispostos horizontalmente ou verticalmente, medidas-de mudança de fase devem ser implementadas para manter o equilíbrio-da impedância trifásica.
Causas do desequilíbrio-de corrente trifásica
As principais causas do desequilíbrio de tensão trifásica-no sistema de energia são cargas monofásicas-(por exemplo, iluminação, eletrodomésticos) concentradas em uma fase e falhas-de equipamentos trifásicos (por exemplo, curto-circuito no enrolamento do motor).
4. Riscos e controle do desequilíbrio-trifásico
- Riscos e controle do desequilíbrio-de tensão trifásico
1. Riscos causados por desequilíbrio de tensão trifásico-
(1) Quando o transformador está em operação com carga desequilibrada, a tensão de uma fase está em plena carga enquanto as outras duas fases não estão, o que faz com que a capacidade do transformador não seja totalmente utilizada. Enquanto isso, o transformador fica em operação com carga desequilibrada por muito tempo, causando seu superaquecimento local e reduzindo sua vida útil.
(2) Em um sistema de fonte de alimentação trifásico desequilibrado, a corrente de sequência negativa gera perdas adicionais, aumentando as perdas na linha e a queda de tensão. Além disso, aumenta a interferência nos sistemas de comunicação, comprometendo a qualidade normal da comunicação.
(3) Isso pode causar mau funcionamento da proteção do relé.
(4) Cargas sensíveis podem causar mau funcionamento.
(5) O componente de sequência negativa aumenta as perdas de cobre no estator e rotor do motor, causando superaquecimento e acelerando o envelhecimento do isolamento, reduzindo assim sua vida útil operacional.
2. Medidas para retificar o desequilíbrio de tensão trifásico-
(1) Primeiro, priorize equipamentos elétricos-simétricos trifásicos.
(2) Para cargas-monofásicas, distribua-as razoavelmente entre as três fases para obter o equilíbrio de carga ideal em todas as fases.
(3) Quando as cargas-monofásicas não podem ser adequadamente distribuídas em um sistema-trifásico, elas devem ser conectadas a diferentes pontos de alimentação.
(4) Para cargas-monofásicas com alta demanda de energia, um transformador-monofásico dedicado é usado para fornecer energia.
(5) Instalar equipamento de balanceamento-trifásico.
- Riscos e controle do desequilíbrio de corrente-trifásica
1. Riscos causados por desequilíbrio de corrente trifásica-
Na vida diária, inúmeras cargas-monofásicas e trifásicas-estão presentes. Se a linha neutra (linha N) e a linha de aterramento de proteção (linha PE) forem compartilhadas, seria equivalente a conectar um grande número de dispositivos monofásicos-e trifásicos-a um sistema de fonte de alimentação TN-C. Quais seriam as consequências?
O desequilíbrio-trifásico aumenta a corrente da linha neutra, eleva o potencial da linha neutra e aumenta as perdas na linha. Uma linha neutra rompida, em particular, causa picos de tensão significativos em uma fase e quedas substanciais em outra. A fase sobrecarregada pode sofrer danos, enquanto o equipamento na fase de sub{3}}tensão torna-se inoperante.
O desequilíbrio-trifásico aumenta as perdas do transformador, pois a perda de energia nos transformadores de distribuição varia com o desequilíbrio da carga. Também causa maiores desvios de tensão nas três fases, reduzindo a eficiência dos dispositivos elétricos conectados.
(1) Quando a corrente trifásica-está desequilibrada
Com vários dispositivos-monofásicos, é impossível manter um equilíbrio de carga-trifásico constante. Quando desequilibrado, uma corrente desequilibrada flui através da linha neutra, causando flutuações de tensão. O nível de tensão depende da corrente e resistência da linha neutra-corrente e resistência mais altas resultam em tensão mais alta.
Se os fios neutro e terra forem compartilhados, quando a linha neutra trifásica desequilibrada for energizada, a caixa do equipamento ficará eletrificada. Esta tensão pode variar de vários volts a dezenas de volts. Embora esta tensão não seja alta, ela pode gerar um arco elétrico, inflamando materiais inflamáveis ou explosivos e causando incêndio.
Por exemplo, quando um ventilador trifásico é montado em um suporte angular de aço fixado ao solo (ou plataforma de metal), a corrente elétrica ativa da caixa do ventilador pode fluir através do suporte para a terra. Se os parafusos do suporte estiverem soltos e o motor vibrar, isso poderá criar um arco elétrico nos pontos de contato dos parafusos. Se houver materiais inflamáveis ou explosivos nas proximidades, poderá ocorrer um incêndio.
(2) Quebra do fio neutro-do equipamento monofásico
É universalmente reconhecido que um fio neutro quebrado permite que a corrente viva seja transferida através de dispositivos elétricos para o neutro, resultando em neutro vivo. Se o fio neutro principal de um circuito doméstico for cortado e o neutro compartilhar o mesmo fio terra, todos os invólucros dos equipamentos elétricos da residência ficarão energizados, representando um risco significativo à segurança.
(3) O fio neutro está quebrado.
Uma linha neutra quebrada no sistema de fonte de alimentação, combinada com cargas trifásicas-desequilibradas, pode fazer com que a linha neutra perca o aterramento e resulte em desvio grave do ponto neutro. Em última análise, isso leva à completa assimetria de tensão trifásica, onde a tensão da fase A pode cair para mais de 100 volts, a tensão da fase B pode subir para 300 volts e a tensão da linha neutra também pode atingir várias dezenas de volts.
2. Medidas para retificar o desequilíbrio de corrente trifásica-
(1) Redistribuição de carga, distribuindo uniformemente cargas-monofásicas em sistemas-trifásicos.
(2) Instale dispositivos automáticos de compensação e balanceamento de potência reativa.
(3) Integração equilibrada de fontes de energia distribuídas.
(4) Monitoramento e alerta: Instale dispositivos de monitoramento inteligentes (por exemplo, gateways inteligentes ou módulos de medição de energia) no sistema de distribuição de energia para monitorar continuamente o equilíbrio de corrente/tensão trifásico.
Portanto, a carga-trifásica em um sistema de distribuição-de baixa tensão deve ser balanceada, com a diferença de capacidade entre as fases não excedendo 15%. Em outras palavras, a carga máxima da fase não deve exceder 1,15 vezes a carga trifásica média.
V. Conclusão
O impacto do-desequilíbrio trifásico não é isolado, mas forma um ciclo vicioso do "lado da rede" para o "lado do equipamento": "aumento das perdas do sistema → falhas do equipamento → flutuações de carga → agravamento do desequilíbrio". Portanto, as aplicações práticas exigem medidas como "otimização da distribuição de carga durante a fase de projeto, monitoramento-em tempo real durante a operação e instalação de dispositivos de compensação de balanceamento" para manter o desequilíbrio dentro dos padrões nacionais, reduzindo assim os riscos na fonte.