Niezrównoważone obciążenie – znaczenie, przyczyny i rozwiązania

Głównym źródłem zasilania dla większości zakładów przemysłowych, a także licznych małych sklepów i warsztatów, jest powszechny trójfazowy system zasilania. Systemy zasilania trójfazowego stanowią podstawę nowoczesnej infrastruktury elektrycznej, oferując niezawodną i efektywną metodę dystrybucji energii elektrycznej. Aby zapewnić zarówno bezpieczeństwo, jak i efektywność, niezbędne jest staranne zaplanowanie instalacji systemu trójfazowego.

W tym artykule wyjaśnimy znaczenie niezrównoważonych obciążeń w systemie trójfazowym oraz omówimy ich potencjalne przyczyny. Dodatkowo, powiążemy temat z trójfazowymi systemami fotowoltaicznymi, wyjaśniając jak złagodzić takie nierównowagi. Ponadto przedstawimy funkcję niezrównoważonego wyjścia w systemach energii słonecznej, która poprawia stabilność i efektywność całego systemu.

 

Znaczenie i przyczyny niezrównoważonego obciążenia

Niezrównoważone obciążenie to zjawisko występujące, gdy prąd lub napięcie w każdej fazie systemu trójfazowego jest nierówne.

W idealnie zrównoważonym systemie trójfazowym obciążenia na każdej fazie są identyczne pod względem wielkości i współczynnika mocy. Jednak w rzeczywistych warunkach obciążenia podłączone do każdej fazy mogą mieć różne wymagania dotyczące mocy.

Ta nierównowaga może wystąpić, gdy niektóre urządzenia wymagają zasilania trójfazowego, podczas gdy inne działają niezależnie na zasilaniu jednofazowym. Dodatkowo, nierównomierny rozkład mocy między fazami może wynikać z różnic w całkowitym zużyciu energii przez urządzenia na każdej fazie.

Oprócz nierównomiernego rozkładu zużycia energii przez urządzenia elektryczne, komponenty systemu zasilania również mogą przyczyniać się do niezrównoważonych obciążeń, takie jak:

• Nierówne impedancje
  Różnice w impedancji elementów, które mogą wynikać z różnic w długości kabli, przekrojach przewodów lub zmian w rezystancjach transformatorów.
• Awaria w systemie
  Awaria występuje, gdy jedna z faz w systemie trójfazowym zostaje utracona. Może to być spowodowane przepaleniem bezpiecznika, uszkodzonym wyłącznikiem lub uszkodzonym przewodem. Pozostałe dwie fazy muszą wtedy przenieść całe obciążenie, co powoduje nierównowagę.
• Harmoniczne
  Harmoniczne, będące wielokrotnościami częstotliwości podstawowej, mogą wprowadzać niezrównoważone prądy i napięcia w systemie trójfazowym. Obciążenia nieliniowe, takie jak falowniki o zmiennej prędkości, mogą generować harmoniczne.

 

Co się dzieje, gdy obciążenie jest niezrównoważone w systemie trójfazowym

1. Niezrównoważone obciążenia w systemie trójfazowym mogą powodować przeciążenie niektórych faz i niedociążenie innych, co wpływa na działanie urządzeń, efektywność systemu oraz zwiększa ryzyko przegrzania i uszkodzenia sprzętu.

2. Mogą generować prądy i napięcia harmoniczne, prowadząc do problemów z rezonansami w systemie, co z kolei powoduje zniekształcenia napięcia, uszkodzenia urządzeń i dodatkowe straty energii.

3. Niezrównoważone obciążenia mogą również skutkować niskim współczynnikiem mocy, co prowadzi do zwiększonego zużycia energii i wyższych rachunków za prąd.

 

Ochrona przed niezrównoważonym obciążeniem

1. Kompensacja mocy biernej

W praktyce zbieraj i rejestruj odpowiednie dane, aby poprawić zdolność przewidywania warunków obciążenia. Wykorzystanie urządzeń do kompensacji mocy biernej, wraz ze strategicznym podłączaniem różnych ilości kondensatorów między odpowiednimi fazami a linią neutralną, znacząco przyczynia się do kompensacji każdej fazy i skutecznego ograniczania niezrównoważonych prądów biernych.

2. Kontrola wskaźnika nierównowagi

Osiągnięcie absolutnej równowagi obciążenia w rzeczywistych systemach trójfazowych jest często trudne, dlatego skupiamy się na dążeniu do względnej równowagi. Aby to osiągnąć, mierzymy prądy linii trójfazowej i redystrybuujemy obciążenie z fazy o najwyższym prądzie, aby jak najdokładniej wyrównać prądy trójfazowe. Zapewnia to, że nierównowaga prądów trójfazowych mieści się w kryteriach równowagi ustalonych przez krajowe i odpowiednie organy. Maksymalna nierównowaga nie powinna przekraczać 5% między fazami.

Przy obliczaniu nierównowagi prądów trójfazowych powszechnie stosuje się następujący wzór:

 

Na przykład:
Zakładając, że prądy trójfazowe wynoszą IA=9A, IB=8A, IC=4A, średni prąd trójfazowy to 7A. Różnice między prądami fazowymi a średnią trójfazową to 2A, 1A, 3A. Bierzemy maksymalną różnicę, czyli (MAX prąd fazy - średni prąd trójfazowy) = 3A, a nierównowaga prądów trójfazowych wynosi 3A/7A * 100%.

Falowniki trójfazowe zazwyczaj posiadają funkcje ochrony przed przeciążeniem i przepięciem. W przypadku poważnej nierównowagi falownik automatycznie podejmuje odpowiednie działania ochronne. Dlatego odwołanie się do powyższej metody obliczeniowej i odpowiednie rozłożenie obciążeń jest również stosowalne w trójfazowych systemach fotowoltaicznych.

Tak więc, przed uruchomieniem falownika trójfazowego do zasilania obciążenia, konieczne jest wcześniejsze zaplanowanie urządzeń elektrycznych podłączanych do każdej fazy, zapewniając jak najbardziej równomierny rozkład mocy na każdą fazę. Zakładając, że całkowita moc wyjściowa falownika wynosi 15 kW, moc każdej fazy powinna stanowić jedną trzecią całkowitej mocy, czyli 5 kW. Podczas pracy systemu wspomnianą metodę można stosować do monitorowania.

Dla trójfazowych systemów fotowoltaicznych zdecydowanie polecamy hybrydowy falownik SOLXPOW. Ten falownik pozwala na nierównowagę obciążenia na poziomie 100%/110%, umożliwiając użytkownikom elastyczne rozdzielanie obciążeń i maksymalizację korzyści z energii słonecznej przy jednoczesnym zapewnieniu niezawodności i bezpieczeństwa systemu.

 

Dlaczego potrzebujesz falownika z 110% niezrównoważeniem na poziomie fazy?

Falownik z serii SOLXPOW to wielofunkcyjny hybrydowy falownik sieciowy, wyposażony w dedykowany inteligentny licznik energii. Platforma chmurowa monitoruje i kontroluje cały system zasilania, obsługując wyjście niezrównoważone na poziomie 110%/100% (w zależności od modelu).

 

Co to jest falownik z 100% lub 110% niezrównoważonym wyjściem?

100% niezrównoważone wyjście oznacza, że każda faza falownika trójfazowego może generować moc w zakresie od 0 do 1/3 mocy znamionowej. Innymi słowy, różnica w mocy wyjściowej między dowolnymi dwiema fazami może wynosić nawet 1/3 mocy znamionowej.

Tolerancja 110% niezrównoważonego wyjścia pozwala na wskaźnik nierównowagi obciążenia na poziomie 110%, co oznacza, że moc wyjściowa każdej fazy falownika może teraz osiągnąć 1,1-krotność wartości osiąganej przy 100% niezrównoważonym wyjściu (od 0 do 11/30 mocy znamionowej). Funkcja niezrównoważonego wyjścia zwiększa elastyczność i ogólną wydajność systemu fotowoltaicznego.

 

Korzyści z niezrównoważonego wyjścia

Jeśli napotkasz sytuacje takie jak ograniczenia eksportu w niektórych krajach lub indywidualne rozliczanie mocy na poszczególnych fazach w określonych lokalizacjach, falownik trójfazowy SOLXPOW jest optymalnym wyborem z następujących powodów:

1. Maksymalizacja autokonsumpcji

W krajach ograniczających eksport niezrównoważone wyjście falownika dopasowuje moc wyjściową do zużycia na każdej fazie. Podejście to różni się od ograniczania mocy wyjściowej do minimalnego zapotrzebowania fazy, zapobiegając znacznym stratom energii słonecznej.

2. Minimalizacja rachunków za prąd

W miejscach, gdzie moc jest rozliczana indywidualnie dla każdej fazy, 
falownik indywidualnie rozdziela moc na każdą fazę, niezależnie od minimalnego obciążenia fazy. Płynnie przechodzi na zasilanie sieciowe podczas niewystarczających warunków słonecznych, zmniejszając zależność i zapewniając znaczne oszczędności. Nadmiar energii jest oddawany do sieci, zwiększając ogólną efektywność.

 

Podsumowanie

Oto przegląd pojęcia, przyczyn, obliczeń i zaleceń dotyczących łagodzenia niezrównoważonych obciążeń w systemach trójfazowych.

W naszych nadchodzących wpisach na blogu zagłębimy się w temat trójfazowych systemów fotowoltaicznych, porównując falowniki z 100% zrównoważonym i 100% niezrównoważonym wyjściem. Podkreślimy zalety stosowania falownika z 100% niezrównoważonym wyjściem w różnych scenariuszach, wyjaśniając jego lepszą wydajność w różnych warunkach. Zachęcamy do subskrypcji naszego newslettera, aby uzyskać więcej informacji lub skontaktować się z nami w sprawie zapytań o produkty.