Нерівномірне навантаження – значення, причини та рішення

Основним джерелом живлення для більшості промислових підприємств, а також численних невеликих магазинів і гаражів є повсюдне трифазне живлення. Трифазні системи живлення слугують фундаментальною основою сучасної електричної інфраструктури, пропонуючи надійний та ефективний спосіб розподілу електричної енергії. Для забезпечення як безпеки, так і ефективності, необхідно ретельно планувати налаштування трифазної електричної системи.

У цій статті ми роз’яснимо значення небалансованих навантажень у трифазній системі та розглянемо їхні потенційні причини. Крім того, ми інтегруємо обговорення з трифазними сонячними енергетичними системами, пояснюючи як зменшити такі дисбаланси. Додатково ми представимо функціонал небалансованого виходу в сонячних енергетичних системах для підвищення загальної стабільності та ефективності системи.

 

Значення та причини небалансованого навантаження

Небалансоване навантаження — це явище, що виникає, коли струм або напруга в кожній фазі трифазної системи живлення є нерівними.

У ідеально збалансованій трифазній системі навантаження на кожну фазу однакові за величиною та коефіцієнтом потужності. Однак у реальних умовах навантаження, підключені до кожної фази, можуть мати різні потреби в потужності.

Цей дисбаланс може виникати, коли деякі пристрої потребують трифазного живлення, а інші працюють автономно, використовуючи однофазне живлення. Крім того, нерівномірний розподіл потужності між фазами може бути наслідком різниці у загальному споживанні обладнання на кожній фазі.

Окрім нерівномірного розподілу споживаної потужності серед електрообладнання, також можливий внесок компонентів системи живлення у небалансовані навантаження, таких як:

• Нерівні імпеданси
  Відмінності в імпедансі компонентів, які можуть бути спричинені різною довжиною кабелів, розміром проводів або варіаціями опорів трансформаторів.
• Аварії в системі
  Аварії виникають, коли одна з фаз у трифазній системі втрачається. Це може статися через перегорілий запобіжник, несправний автоматичний вимикач або пошкоджений провідник. Тоді дві інші фази змушені нести все навантаження, що призводить до дисбалансу.
• Гармоніки
  Гармоніки, які є кратними основній частоті, можуть викликати небалансовані струми та напруги в трифазній системі. Нелінійні навантаження, такі як приводи з регульованою швидкістю, можуть сприяти появі гармонік.

 

Що відбувається, якщо навантаження небалансоване в трифазній системі

1. Небалансовані навантаження в трифазній системі можуть спричинити перевантаження в деяких фазах і недовантаження в інших, що впливає на роботу пристроїв, ефективність системи та підвищує ризик перегріву і пошкодження обладнання.

2. Це може викликати гармонійні струми та напруги, що призводить до резонансних проблем у системі, які, у свою чергу, спричиняють спотворення напруги, пошкодження обладнання та додаткові втрати енергії.

3. Небалансовані навантаження також можуть призвести до поганого коефіцієнта потужності, коли низький коефіцієнт потужності збільшує споживання енергії та підвищує рахунки за електроенергію.

 

Захист від небалансованого навантаження

1. Компенсація реактивної потужності

У практичних заходах збирайте та фіксуйте відповідні дані для покращення прогнозування стану навантаження. Використання пристроїв компенсації реактивної потужності, а також стратегічне підключення різної кількості конденсаторів між відповідними фазами та нейтральними лініями значно сприяє компенсації кожної фази та ефективному зменшенню небалансованих реактивних струмів.

2. Контроль рівня дисбалансу

Досягти абсолютного балансу навантаження в реальних трифазних системах часто складно, тому наша мета — прагнути відносної рівноваги. Для цього вимірюйте струми трифазних ліній і перерозподіляйте навантаження з фази з найбільшим струмом, щоб максимально збалансувати трифазні струми. Це гарантує, що дисбаланс трифазних струмів відповідає критеріям балансу, встановленим національними та відповідними органами. Максимальний дисбаланс не повинен перевищувати 5% між фазами.

При розрахунку дисбалансу трифазних струмів зазвичай використовується формула:

 

Наприклад:
Припустимо, що трифазні струми становлять IA=9A, IB=8A, IC=4A, середній трифазний струм дорівнює 7A. Різниці між струмами фаз і середнім трифазним струмом становлять 2A, 1A, 3A. Беремо максимальну різницю, тобто (МАКС. струм фази - середній трифазний струм) = 3A, тоді дисбаланс трифазного струму дорівнює 3A/7A * 100%.

Трифазні інвертори зазвичай оснащені функціями захисту від перевантаження та перенапруги. У разі серйозного дисбалансу інвертор автоматично вживає відповідних захисних заходів. Тому наведений вище метод розрахунку та правильний розподіл навантажень однаково застосовні і до трифазних сонячних енергетичних систем.

Отже, перед увімкненням трифазного інвертора для живлення навантаження необхідно заздалегідь спланувати електроприлади, які будуть підключені до кожної фази, забезпечуючи максимально рівномірний розподіл потужності по фазах. Припустимо, що загальна вихідна потужність інвертора становить 15 кВт, тоді потужність кожної фази має складати одну третину від загальної, тобто 5 кВт. Під час роботи системи можна застосовувати згаданий метод для моніторингу.

Для трифазних фотоелектричних систем ми настійно рекомендуємо гібридний інвертор SOLXPOW. Цей інвертор допускає дисбаланс навантаження 100%/110%, що дозволяє користувачам гнучко розподіляти навантаження та максимально використовувати переваги сонячної енергії, забезпечуючи надійність і безпеку системи.

 

Навіщо потрібен інвертор з 110% небалансом на рівні фаз?

Інвертор серії SOLXPOW — це багатофункціональний гібридний інвертор, підключений до мережі, оснащений спеціальним розумним лічильником електроенергії. Хмарна платформа контролює та керує всією енергетичною системою, підтримуючи небалансований вихід 110%/100% (залежно від конкретної моделі).

 

Що таке інвертор з 100% або 110% небалансованим виходом?

100% небалансований вихід означає, що кожна фаза трифазного інвертора може генерувати потужність у діапазоні від 0 до 1/3 від номінальної вихідної потужності. Іншими словами, різниця у виході між будь-якими двома фазами може становити до 1/3 від номінальної потужності.

Допуск 110% небалансованого виходу дозволяє враховувати рівень небалансу навантаження 110%, що означає, що вихідна потужність кожної фази інвертора може досягати 1,1 раза від значення, досягнутого при 100% небалансованому виході (від 0 до 11/30 від номінальної потужності). Функція небалансованого виходу підвищує гнучкість сонячної системи та загальну продуктивність.

 

Переваги небалансованого виходу

Якщо ви стикаєтеся з такими ситуаціями, як обмеження експорту в окремих країнах або індивідуальний облік потужності по фазах у певних місцях, трифазний інвертор SOLXPOW є оптимальним вибором з таких причин:

1. Максимізація власного споживання

У країнах із обмеженнями на експорт небалансований вихід інвертора узгоджує вихідну потужність із споживанням навантаження кожної фази. Такий підхід відрізняється від обмеження потужності за мінімальним попитом фази, запобігаючи значним втратам сонячної енергії.

2. Мінімізація рахунків за електроенергію

У місцях, де потужність обліковується окремо по кожній фазі, 
інвертор індивідуально розподіляє потужність по фазах, незалежно від мінімального навантаження фази. Він плавно переходить на мережеву енергію під час недостатньої сонячної генерації, знижуючи залежність і забезпечуючи значну економію. Надлишкова енергія подається в мережу для підвищення загальної ефективності.

 

Висновок

Ось огляд поняття, причин, розрахунку та рекомендацій щодо зменшення небалансованих навантажень у трифазних системах живлення.

У наших наступних блогах ми заглибимося у сферу трифазних фотоелектричних систем, порівнюючи інвертори з 100% балансованим та 100% небалансованим виходом. Ми підкреслимо переваги використання інвертора з 100% небалансованим виходом у різних сценаріях, пояснюючи його кращу продуктивність за різних умов. Запрошуємо підписатися на нашу розсилку для отримання додаткової інформації або зв’язатися з нами для консультацій щодо продуктів.