Influenta sarcinii dezechilibrate asupra valorii supratensiunilor de frecventa industriala.


Analiza incarcarii conductorului de nul, legat la priza de pamant, in ipoteza de consum echilibrat respectiv de consum dezechilibrat

Dupa cum se observa in figura 1 potentialul nulului legat la priza de pamant are valoarea zero. In triunghiul tensiunilor ΔRST varfurile sunt reprezentate de potentialul conductoarelor de faza. Pe suprafata triungiului tensiunilor avem puncte/valori ale potentialului pe care le poate lua nulul comun.

In cazul in care nulul comun este legat la priza de pamant, potentialul sau are valoarea zero, fiind pozitionat in centru de greutate al triunghiului echilateral ΔRST al tensiunilor.

In aceste conditii tensiunile de faza (masurate intre conductoarele active si conductorul de nul) au valori efective sensibil egale URO=UTO=USO si de regula in plaja normata Un+/-10% (230V +/-10%).

Alaturat de triunghiului tensiunilor ΔRST avem schema monofilara simplificata in care consumatorii monofazati de pe fiecare faza sunt reprezentati prin impedantele echivalente Z1, Z2 si Z3 care au ca punct comun nulul de lucru al instalatiei.

! puteti da clik pe figura si se deschide separat mai lizibil

Valoarea curentului pe nul reflecta gradul de dezechilibru al sarcinii

 

In figura 2 se demonstreaza afirmatia din titlul sectiunii: valoarea curentului pe nul reflecta  gradul de dezechilibru al sarcinii.

Analiza efectelor intreruperii legaturii nulului  la priza de pamant:

Consecinte:

  1. Devin importante valorile impedantelor racordate pe fiecare faza (in fapt intre fiecare faza si nulul comun, care in acest caz nu mai este legat la priza de pamant). Tensiunile  URO, UTO, USO care pot fi masurate la bornele receptoarelor monofazate sunt direct proportionale impedantele Z1, Z2, si Z3 ale consumatorilor monofazati (puterile consumatorilor monofazati) si respectiv cu diferenta dintre acestea/gradul de dezechilibru al sarcinii.
  2. Nulul retelei interioare nu mai are potential 0 (zero) fix. Va avea un potential variabil  ca o consecinta a raportului dintre impedantele monofazate racordate la fazele retelei interioare si respectiv la nulul comun.

Atentie ! O impedanta este echivalent cu un receptor electric monofazat respectiv cu puterea acestuia!

Grafic, in triunghiul tensiunilor, nulul poate ocupa orice pozitie.

Vom trata in continuare, 3 cazuri:

  1. Cazul ideal in care Z1= Z2= Z3 => incarcare echilibrata => acelasi numar / tip de receptoare monofazate / aceeasi putere nominala legate pe fiecare faza a circuitului trifazat, respectiv intre fiecare faza (R,S,T) si nulul comun.
  2. Exista receptoare pe fiecare faza (R,S,T) cu valori diferite ale impedantelor (numar, tip si puteri diferite) => cazul general de incarcari dezechilibrate.
  3. Un caz particular de incarcare dezechilibrata, in care avem consumatori racordati doar pe fazele R si S cu impedante diferite.

Cazul 1. Este un caz ideal care poate fi intalnit cu precadere in retelele trifazate care alimenteaza doar receptoare electrice trifazate  

Ipoteze:  Nu exista legatura nulului la priza de pamant & Incarcare echilibrata Z1=Z2=Z3=Z

  • Nulul ramane cu potential zero
  • Nul in centru de greutate al triunghiului tensiunilor
  • URO=UTO=USO= 230 V ±10%

 Cazul 2.  

Ipoteze: Nu exista legatura nulului la priza de pamant & incarcare dezechilibrata Z1≠Z2≠Z3

In acest caz conductorul de nul va avea un potential diferit de zero care „se va misca” pe suprafata triunghiului tensiunilor corelat cu schimbarea raportului dintre impedantele monofazate racordate la fazele R, S, T ale instalatiei respective

In figura 4 prezentam grafic, pentru exemplificare, doua pozitii ale potentialului nulului comun. Se observa ca tensiunile de faza URO, UTO, USO au valori diferite in cele doua exemple.

La anumite grade de dezechilibru unele din receptoarele racordate la fazele circuitului trifazat pot avea la borne tensiuni de frecventa industriala mai mari decat tensiunea lor nominala (mai mari de 230V +/- 10%)

Cazul 3

Ipoteze: Nu exista legatura nulului la priza de pamant & caz particular de incarcare dezechilibrata Z1≠Z2, Z3=0 (consumatori monofazati racordati numai la fazele R si S)

Receptoarele de pe fazele R si S „impart” tensiunea de 400 V

Caz particular teoretic

Ipoteze: Z1 >> Z& legatura nulului la priza de pamant este intrerupta

Z1 >> ZRezulta ca      UR nul tinde catre 400 V  iar     US nul tinde catre  0 V (zero)

In realitate, acest caz nu exista, dar ne permite sa trecem sa vedem cum s-ar putea obtine un set „oarecare” de valori  particulare ale tensiunilor de faza care ar putea aparea intr-un deranjament cu rupere de conductor de nul:

UR nul = 370 V si US nul = 30 V  (UR nul + US nul = intotdeauna cu 400 V)

Identificarea conditiilor in care in instalatia interioara unele receptoare monofazate pot avea la borne tensiunea de 370V

Tensiunea de 370 V am gasit-o invocata ca supratensiunie in mai multe documente emise de unele unitati de service receptoare electrice „arse”, ca supratensiune responsabila de deteriorarea echipamentelor electrice.

Pentru demonstratie, trecem prin cateva rapoarte intermediare intre Z1 si Z2

a) Z1/Z2=2

  • Avem 3 receptoare monofazate identice:
  • Un receptor este racordat la faza R
  • Doua receptoare racordate la faza S

b) Z1/Z2=4

  • Avem 5 receptoare monofazate identice:
  • Pe faza R avem 1 receptor
  • Pe faza S avem 4 receptoare

c) URnul  = 370V, determinarea raportului Z1/Z2

Pentru cazul tinta, in care unii  consumatori monofazati pot fi  alimentati cu 370 V, determinam raportul intre ZR (Z1) si ZS (Z2)

 

Ne reaminim ca am plecat de la ipoteza ca avem receptoare identice => ca pe faza R avem racordat 1 receptor monofazat iar pe faza S avem racordate 12 receptoroare monofazate in paralel=> consum puternic dezechilibrat.

De exemplu, faza R avem, 1 receptor de 2 kW => Faza S avem 12 receptoare adica 24 kW

De aici tragem concluzia, ca prin nul (portiunea comuna) circula in acest caz o putere de 26 kW (2 + 24 kW) in conditiile in care daca am avea consum echilibrat , consumul prin nul ar fi fost 0 (zero). Daca ar fi existat legatura nulului comun la priza de pamant, prin respectiva legatura ar fi circulat 26 kW, o putere foarte mare, care genereaza suprasolicitari ale legaturilor electrice.

Observatie importanta:

In cazul intreruperii nulului, ca sa existe consum, trebuie sa avem consumatori racordati pe cel putin 2 faze, conform figurii urmatoare:

Desi receptorul Z1 este sub tensiune, la borna A, datorita celor 3 intreruperi marcate pe schema, nu poate trece curent prin acest receptor.

Va recomand sa cititi pe blog:

Intreruperea nulului in LEA jt genereaza supratensiuni

Compatibilitatea instalatiilor electrice interioare cu retelele electrice de distributie publica in reglementarile ANRE

Impact of Floating Neutral in Power Distribution

Supratensiunile atmosferice in viziunea lui Klaxxi

Blocurile de masura si protectie nu se pot proteja nici pe ele la supratensiuni atmosferice

Protectia la supratensiuni moft sau necesitate

– Supratensiunile atmosferice o prezentare agreabila pentru aprofundarea subiectului

 

Anunțuri

Etichete: , , , , , , , ,

16 răspunsuri to “Influenta sarcinii dezechilibrate asupra valorii supratensiunilor de frecventa industriala.”

  1. Ferencs Granu Says:

    Buna seara,

    Sunt impresionat de atentia pe care ati acordat-o detaliilor. Cred ca pe langa riscurile asociate consumului dezechilibrat legate de integritatea nulului si ulterior de aparitie a supratensiunilor de frecventa industriala se poate vorbi si de efectele consumului dezechilibrat asupra pierderilor de energie electrica.

    Cu stima,
    Granu F

  2. stoianconstantin Says:

    Buna seara,

    Materialul face parte din analiza unui deranjament mai complex. Am avut in vedere ca beneficiarii raportului nu sunt specialisti in energetica si a trebuit sa fiu cat mai explicit.

    Ulterior mi-am dat seama ca o atentie sporita pentru detalii ar putea fi utila si unor cititori de specialitate. Pentru articol, am refacut de cateva ori figurile adaugand de fiecare data noi detalii.

    Cu certitudine se poate si mai bine si mai clar!

    Da, consumul dezechilibrat reprezinta o cauza importanta a pierderilor mari din retele si din instalatiile interioare mai complexe.

    De exemplu instalatia interioara pe care am expertizat-o cu ocazia analizei mentionate mai sus era pur si simplu inadecvat proiectata pentru scopul in care era folosita. Practic nu permitea echilibrarea fazelor bransamentului trifazat.

    Toate cele bune!
    SGC

  3. Naeg Sergiu Says:

    Daca introducem in ecuatie factorul de putere eventual diferentiat pe fiecare faza si/sau caracterul deformant al sarcinii imaginea/concluziile se schimba?

    Sergiu Naeg

    • stoianconstantin Says:

      „Imaginea” cu certitudine se va schimba in sensul ca diagramele vor fi mai complicate iar explicatiile s-ar putea sa fie mai greu de inteles de nespecialisti.

      Unele aspecte ale suprasolicitarilor vor fi accentuate supratensiuni/curenti mai mari, suprasolicitarea conductorului de nul este de asteptat sa devina si ea mai serioasa.

      Regimul deformant aduce cu el multe aspecte noi intre acestea comportarea receptoarelor electrice care in loc sa aiba la borne tensiuni simetrice, sinusoidale vor avea opusul acestora: nesimetrice si nesinusoidale fapt care va afecta direct comportarea receptoarelor electrice iar pentru anumite categorii de receptoare electrice se poate constata o crestere a gradului de deformare a marimilor electrice tensiune/curent.

      Este din ce in ce mai evident ca in retelele electrice regimurile complexe deformante si dezechilibrate sunt o realitate din ce in ce mai apasatoare care se manifesta la toate nivelele de tensiunie.

      Din perspectiva regimurilor deformante si dezechilibrate din instalatiile electrice regimurile sinusoidale si echilibrate sau chiar si cele sinusoidale & dezechilibrate, desi complexe, par simple studii de caz pentru uz didactic!

      In privinta concluziilor in esenta acestea se pastreaza cu mentiunea deja facuta ca suprasolicitarile sunt mai mari.

      SGC

  4. Adelina Carstea Says:

    Cum se manifesta / care sunt semnele la consumator a intreruperii unui nul?
    Adelina C

    • stoianconstantin Says:

      Se manifesta prin fluctuatii de tensiune.

      Exista insa mai multe cauze care dau manifestari similare: contacte slabe (pe conductoarele de faza/nu), interuperile de nul, prize de pamant cu valori foarte mari, sarcini/receptoare cu insotite/generatoare de perturbatii (ex sudura, gatere, etc).

      Diagnoza corecta presupune mai multe determinari/masuratori in puncte diverse ale retelei/instalatiei interioare. Uneori problema s se rezolva prin tatonari. In unele cazuri daca personalul care asigura mentenanta corectiva nu este suficient de vigilent/instruit poate elimina cauza fara sa constientizeze acest lucru.

      Din punctul meu de vedere este foarte important sa fie constientizata cauza pentru a aplica masuri cat mai adecvate respectiv pentru a gandi masuri preventive pentru alte instalatii similare.

      SGC

  5. Madalina Says:

    Cine raspunde!?
    M

    • stoianconstantin Says:

      Intrebarile eliptice sunt greu de abordat!

      Ca sa nu gresesc cred ca un raspuns potrivit ar putea fi: „dupa caz, context si implicare”

      SGC

  6. cristian Says:

    Foarte interesant articol!
    Intreruperea nulului retelei este si principalul motiv al deteriorarii iremediabile a aparaturii electrocasnice la consumatorii alimentati trifazat de la retea. Remediul este montarea unui dispozitiv de protectie la supratensiuni in aval de BMPT.

    • stoianconstantin Says:

      Salut Cristian,

      Adevarat cu urmatoarele precizari:

      Intr-o formulare mai generala protectia la supratensiuni de frecventa industriala este necesara si in instalatiile interioare alimentate prin bransamente monofazate!

      De exemplu intreruperea nulului intr-un punct al retelei stradale poate avea ca si consecinta aparitia unor supratensiuni de frecventa industriala pe unele bransamente monofazate situate in aval de locul intreruperii.

      Desigur ca probabilitatea ca nulul retelei sa ramana izolat este ceva mai mica pentru ca acesta de regula este legat la pamant in mai multe locuri. De asemenea prin existenta mai multor receptoare in aval de locul intreruperii nulului probabilitatea de a avea dezechilibre periculoase ale sarcinii este ceva mai redusa.

      De remarcat ca cea mai buna protectie la supratensiuni de frecventa industriala ar trebui sa fie amplasata la bornele fiecarui receptor! Unele receptoare au introdusa o astfel de protectie in carcasa proprie.

      In cazul bransamentelor trifazate daca protectia la supratensiuni de frecventa industriala este amplasata doar in tabloul general de distributie al imobilului exista scenarii / situatii de intrerupere nul in aval de tabloul general de distributie al imobilului care sa nu poata sa fie simtite de protectia la supratensiuni montata in tabloul de distributie.

      Intodeauna supratensiunile de frecventa industriala se manifesta (doar) in aval de locul intreruperii nulului.

      In cazul bransamentelor monofazate intreruperea nulului pe bransament sau in instalatia interioara nu conduce la supratensiuni intrerupe pur si simplu circuitul respectiv.

      O protectie la supratensiuni montata intr-un tablou de distributie monofazat sau trifazat protejeaza instalatia interioara la intreruperile de nul din amonte.

      SGC

  7. Grigore Says:

    Buna ziua,

    Am inteles ca potentialul nulului, in conditiile intreruperii legaturii la pamant, poate lua orice „valoare” mai precis poate fi pozitionat oriunde pe suprafata triungiului tensiunilor prin care asiguram o reprezentare grafica / matematica a situatiei analizate din circuitul trifazat.

    Va rog sa imi dati un exemplu concret in care potentialul nulului comun se poate situa intr-unul din varfurile triunghiului tensiunilor.

    Multumesc!
    Grigore

    • stoianconstantin Says:

      Salut Grigore,

      Interesanta intrebare. Raspund cu placere la ea pentru ca vine in completarea cazurilor particulare analizate in articol.

      Fie cazul unei incarcari dezechilibrate cu sarcini doar pe doua faze. Vezi cazurile „a) si b)” tratate in finalul articolului. In fapt vom acea cele doua receptoare inseriate intre fazele la care sunt racordate.

      Tensiunea masurata intre bornele celor doua receptoare „imparte” tensiunea de linie (tensiunea dintre faze, adica cei 400V valoare efectiva) Raportul intre tensiunile de la bornele celor doua aparate este corelat cu raportul impedantelor.

      Sa presupunem ca una din aceste tensiuni este mai mare decat tensiunea de tinere la frecventa industriala a unuia din cele doua aparate si izolatia lui este strapunsa. In acest caz impedanta care poate fi masurata la bornele acestui aparat tinde spre zero iar cele doua borne ajung la acelasi potential in speta la potentialul fazei.

      In acesta situatie receptorul ramas functional, sub tensiune, va avea la borne tensiunea de linie (dintre cele doua faze ale circuitului trifazat la care este racordat ca si conumator monofazat! datorita faptului ca nulul izolat, prin scurtcircuitul mentionat a ajuns la tensiunea unui conductor de faza.

      Evident ca ne asteptam la un nou scurtcircuit de data acesta cu sanse de declasare a protectiei pe respectivul circuit trifazat. deoarece receptorul monofazat cu tensiune nominala de 230V fiind alimentat cu 400 V la borne este de asteptat sa fie distrus.

      Toate cele bune!
      SGC

    • Puscas Says:

      Ce a vrut sa spuna dl Grigore in preambulul intrebarii dlui: ” potentialul nulului, in conditiile intreruperii legaturii la pamant, poate lua orice „valoare” mai precis poate fi pozitionat oriunde pe suprafata triungiului tensiunilor prin care asiguram o reprezentare grafica / matematica a situatiei analizate din circuitul trifazat” ?

      Care este deosebirea dintre valoarea potentialului si pozitia lui?
      Puscas Marin

    • stoianconstantin Says:

      Salut Marin,

      Foarte tare intrebarea! Referinta la pozitia nulului pe suprafate triunghiului tensiunilor este mai corecta.

      In fapt vorbim de o reprezentare vectoriala a marimilor sinusoinale, in cazul nostru a tensiunilor, asociate unui circuit trifazat. Acesta reprezentare este legata de un sistem de referinta fata de care se determina potentialele.

      Uzual sistemul de referinta este potentialul pamantului conventional avand valoarea zero. in cazul nostru punctul de referinta este centrul de greutate al triunghiului tensiunilor.

      Pozitia nulului pe suprafata triungiului tensiunilor ne da o „imagine” mai buna vectorului asociat tensiunii conductorului de nul. Acest vector are originea in „punctul de referinta” adica in centrul de greutate al triunghiului tensiunii si varful acestui vector care este reprezentat grafic de pozitia potentialului conductorului de nul pe suprafata triunghiului tensiunii.

      Pentru ca lucrurile sa fie mai clare in figuri voi introduce si o notatie „N” pentru potentialul nulului „liber” (pt cazul in care legatura la priza de pamant este intrerupta)

      SGC

  8. Popescu Gheorghe Says:

    Pt acest fenomen in rețele de JT se folosesc prize de pământ repetate…așa e?

    • stoianconstantin Says:

      Da, este unul din motive. Sa se evite situatii in care nulul intrerupt ramane izolat fata de prizele de pamant.

      Pe de alta parte priza de pamant face parte si din solutia de protectie impotriva electrocutarilor prin atingere indirecta.

      SGC

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile tale sau dă clic pe un icon pentru a te autentifica:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s


%d blogeri au apreciat asta: