Перекос напряжения: Скачки напряжения в электросети: что делать, причины, защита

Содержание

Скачки напряжения в электросети: что делать, причины, защита

Любой электроприбор имеет ограничения по параметрам напряжения питания. Исключение составляют разве что лампы накаливания: да и то, при превышении значения на 25% они перегорают. Некоторые производители сложной бытовой техники предусматривают защиту по входным цепям. Даже в паспортных данных можно увидеть параметры: от 100 до 240 вольт.

Это не означает, что в процессе работы питающее напряжение может скакать от 150 до 230 вольт. Просто блок питания способен обеспечить работу бытового прибора любым входящим значением (в рамках установленного диапазона) при условии, что оно стабильно.

Однако напряжение питания в электросети может быть стабильным только при условии равномерной генерации и такого-же равномерного потребления. Например, генерирующая система выдает мощность 10 кВт, и нагрузка соответствует этому значению. В реальности потребители подключаются к сети довольно хаотично, обеспечивая переменную нагрузку.

  • Для лучшего понимания ситуации разберемся с определениями. Скачок напряжения, это разговорная форма. Юридически существует понятие «отклонение от нормы». Так вот, допустимым считается отклонение значения напряжения не более 10% в любую сторону, и не более чем на 60 секунд. Кстати, производители электроприборов также ориентируются на эту норму, и закладывают подобные отклонения в параметры блоков питания.

Почему происходят скачки напряжения в энергетической сети

Обратимся к закону Ома (точнее к его следствиям). Мощность потребления исчисляется, как произведение величины силы тока на значение напряжения. Если генерирующее устройство имеет ограничение по мощности нагрузки, то при увеличении тока потребления, напряжение в линии пропорционально снижается. Аналогично происходит обратный процесс: если при фиксированной мощности генератора, снижается ток потребления, резко повышается напряжение в сети.

Информация: Речь идет об исправной линии электропередач.

Разумеется, генерирующие электроустановки проектируются таким образом, чтобы напряжение в сети автоматически стабилизировалось.

Однако на практике, параметров стабилизирующих схем часто недостаточно.

Еще одна причина, не связанная с неисправностью сети — перекос фаз. Как правило, все трансформаторные подстанции работают по трехфазной схеме 380 вольт. Возьмем, к примеру 90 квартирный многоэтажный дом. Питание помещений организуется следующему принципу: общая нейтраль, и по одной фазе 220 вольт на каждые 30 квартир.

Если на одной из фаз пропадает нагрузка (обрыв линии, сработал автомат защиты, и прочее), на оставшихся вводах автоматически возрастет напряжение.

Информация: Существует еще одно отклонение от параметров, изменение частоты переменного тока (штатно должно быть 50 Гц). Но это явление встречается реже.

Причины техногенного характера

  1. В многоквартирных домах, особенно старой постройки, линии электросети сильно изношены, сечение может не соответствовать нормативам Правил устройства электроустановок (ПУЭ). Кроме того, имеют место факты несанкционированного ремонта, самостоятельной замены проводки, выполненной несертифицированными домашними «электриками». Контактные группы (клеммные колодки) испорчены коррозией, многочисленными подгораниями точек контакта. Возникают скрутки проводов из различных металлов, что приводит к электрохимической коррозии.При таком состоянии проводки, даже исправная и качественная трансформаторная подстанция не в состоянии обеспечить стабильные параметры при изменении тока нагрузки. Особенно заметны скачки напряжения в электросети в летний период (когда жители включают кондиционеры), и при наступлении темноты.
  2. Трансформаторные подстанции построены еще в прошлом веке. В результате изношенности, оборудование не в состоянии противодействовать перегрузкам по току, поэтому постоянно возникают серьезные просады напряжения. Часть таких трансформаторов конструктивно не имеют средств стабилизации.
  3. Наращивание дополнительных мощностей потребления на линейном уровне. Любая подстанция имеет резерв по мощности. Если он не задействован, то кратковременные перегрузки гасятся запасом по току, и напряжение остается стабильным. В результате неконтролируемой застройки, энергетики вынуждены подключать новые линии на существующие сети, полностью выбирая резерв. иногда, по причине коррумпированности представителей энергетических компаний, застройщику удается даже превысить лимит потребления. Как следствие — энергосети постоянно работают в режиме перегрузки, и малейшее увеличение потребляемой мощности неминуемо приводит к скачкам напряжения.
  4. Рост энергетической нагрузки в масштабах каждой квартиры (домовладения). Современный житель (особенно в городской среде) неизбежно увеличивает количество используемых электроприборов. В каждой комнате устанавливается телевизор, в квартирах имеются компьютеры, посудомоечные машины, мультиварки. Кондиционер уже давно входит в стандартное оснащение жилища. Разумеется, каждый персональный ввод электросети ограничен автоматом защиты. Но его максимальный показатель по току не рассчитан на постоянное потребление на грани срабатывания. Когда в каждой квартире сила тока близка к порогу срабатывания автомата, сети испытывают значительные перегрузки, и напряжение падает.
  5. Обрыв или потеря контакта на линии нейтрали. В этом случае напряжение не пропадает (как при однофазном подключении), а резко возрастает. Превышение может составить несколько сотен вольт: зафиксированы случаи, когда напряжение в аварийной сети достигает 400–500 вольт. Понятно, что при большой нагрузке эти перепады приводят к срабатыванию линейных средств защиты. А если потребление ниже среднего, выходит из строя бытовая техника. Возможен даже пожар.
  6. Самовольная коммутация электросетей на вводе. Некоторые недобросовестные жильцы используют в качестве нейтрали, системы водопровода или отопления, для обхода приборов учета электроэнергии. В этом случае возникает разброс линии фазы и нуля. Помимо опасности прикосновения к радиаторам отопления, такие художества приводят к скачкам напряжения в сети.
  7. Подключение промышленного оборудования к линиям бытового назначения. Довольно часто можно наблюдать, как при строительстве домовладения, или объекта торговли (ларька), бригада работает с мощной бетономешалкой или сварочным трансформатором, запитанным от обычного щитка питания. Разумеется, потребление в активном режиме порядка 5–10 кВт в одной точке, приводит к просадам напряжения на линии.
  8. Случается, что бытовая линия электропередач расположена в непосредственной близости от высоковольтных мачт, либо контактного провода троллейбусного или трамвайного маршрута. В этом случае возможен эффект наведенного напряжения.
  9. Нельзя забывать о природных факторах. Речь идет не только о непосредственном грозовом разряде прямо в линию электропередач (хотя и такое случается).Статика является серьезной проблемой не только при прохождении сквозь ЛЭП грозового фронта (даже без молний), но и во время так называемых суховеев.

Как бороться со скачками напряжения

Системные меры оставим на попечение энергетикам. В их прямую обязанность входит содержание генерирующих и линейных сетей в надлежащем состоянии. Задача потребителей фиксировать аномалии напряжения и незамедлительно сообщать в компанию, которой вы оплачиваете счета за электроэнергию. Если это не помогает, необходимо жаловаться в органы контроля и добиваться предоставления качественной услуги.

От нас (потребителей) зависит правильность эксплуатации электроприборов. Разумеется, в первую очередь необходимо следить за состоянием внутренних сетей с «нашей» стороны прибора учета. Защитные автоматы (пробки) должны быть исправны, внутренняя проводка соответствовать нагрузке. Если у вас розеточная сеть выполнена на проводе сечением 1.5 мм², нельзя использовать на этой линии мощные электроприборы.

Как защитить бытовую технику от скачков напряжения

Если нет возможности локализовать скачки напряжения в электросети силами потребителя, что делать для сохранения имущества и здоровья? Придется потратить немного денег на закупку специального оборудования.

  1. Бытовые реле контроля напряжения (РКН). Один из экономных вариантов решения проблемы. С помощью РКН невозможно устранить отклонение от параметров в сети. Но вы сможете защитить свою технику от их пагубного влияния.

    Сразу оговоримся: это изделие не относится к основным средствам обеспечения электро-безопасности. РКН не заменит УЗО или защитный автомат. Потенциально, прибор убережет вас от возможного появления в сети высокого напряжения или пожара. Но от короткого замыкания или перегрева проводки, надо использовать профильные устройства.

    Система работает следующим образом: линия питания проходит через контакты реле, которые размыкаются по команде контроллера. Оператор устанавливает «коридор», чаще всего от 200 до 240 вольт. В этом диапазоне без проблем работают практически все бытовые электроприборы. Если входное напряжение выходит за рамки «коридора», реле прекращает подачу электроэнергии.

    Дополнительный параметр установки — время срабатывания. Это своеобразный компромисс между безопасностью и комфортом. Если реле будет срабатывать при малейшем признаке отклонения, прибор нанесет больше урона, чем пользы. Поэтому выставляется так называемое время задержки. Например, если отклонение от значения длится не более 10 секунд, ничего не происходит. То же самое относится к восстановлению параметра. Пока прибор не «убедится» в том, что напряжение стабилизировалось окончательно, контакты реле будут разомкнуты.

    Логика простая: лучше на полчаса выключить электроприборы, чем каждые 10–15 минут подавать и отключать питание.

    Преимущества: Абсолютная надежность. Даже если напряжение неожиданным образом подскочит до 1000 вольт, сгорит (физически) только РКН. Остальные приборы будут целы. Есть возможность настройки, постоянный контроль напряжения визуально (в каждом реле есть цифровое табло). Низкая стоимость.

    Недостатки: Ступенчатость срабатывания, нет возможности исправить параметры питания сети. Нет стабилизации: при затяжном просаде (или превышении) напряжения, придется принимать решение: или сидеть без света, или мучить электроприборы некачественным напряжением в сети.

    Тем не менее это устройство относится к самым популярным средствам защиты от скачков. Они удобно встраиваются в щитки питания, имея стандартный DIN формат.

  2. Стабилизаторы напряжения. Это принципиально иной подход к решению проблемы. Собственно, эти приборы не относятся к средствам защиты от скачков (в привычном понимании). Стабилизатор просто не допускает расхождения параметров напряжения на выходе, поэтому и защита не требуется. По сути, это персональная трансформаторная подстанция, расположенная на территории потребителя.Принцип работы достаточно простой. Имеется схема преобразования напряжения. Это может быть импульсный блок питания, либо классический трансформатор. Имеется заданное значение выходного напряжения. Для поддержания параметров, необходимо плавающее подключение к вторичной обмотке. Собственно, происходит переключение между витками. Поэтому, так же как у РКН, у стабилизатора тоже есть предел срабатывания. Например, нельзя сделать 220 вольт из 150. Равно, как и невозможно погасить скачок напряжения силами трансформатора, если на входе 380 Вольт. Как работает система, на примере классического трансформатора: Все помнят ЛАТр (лабораторный трансформатор). Он конструктивно представлял собой тороид, где по вторичной обмотке перемещался ползунок для плавного регулирования напряжения.Контроль осуществлялся вручную, с помощью стрелочного вольтметра. Когда в вечернее время напряжение падало, можно было подкрутить ползунок, и выставить нормальное значение. Современные стабилизаторы работают по такому же принципу, только переключение между обмотками происходит с помощью блока управления. Трансформаторные схемы работают с реле, либо тиристорами (во втором случае не слышен лязг контактов).Схемы с импульсным блоком питания регулируют напряжение с помощью ШИМ контроллера. Это более гибкая система, но и стоимость существенно выше (а надежность напротив, хуже трансформаторных решений).

    Преимущества: Вы не отключаете технику для защиты от скачков напряжения, а поддерживаете его в пределах допуска. Это дает возможность нормально пользоваться электроэнергией при затяжных отклонениях.

    Недостатки: В первую очередь высокая стоимость. Цена стабилизатора для квартиры сопоставима с большим плазменным телевизором. Еще одна проблема — инерционность (за исключением ШИМ контроллеров). Защита от импульсных скачков отсутствует. После выхода из параметра, напряжение восстановится лишь через несколько секунд.

  3. Блок бесперебойного питания. При соответствующей мощности, это идеальная защита от бросков напряжения. Питание осуществляется от аккумуляторных батарей, которые работают в режиме буферной подзарядки. То есть, пока параметры сети в норме, оборудование питается напрямую. Как только значение вышло за пределы нормы, мгновенно включается преобразователь на 220 вольт, электроприборы «не замечают» просадки напряжения. Секрет в наличии достаточной емкости батарей, чтобы взять на себя нагрузку.Отсюда первый, и главный недостаток: высокая стоимость. Для поддержания правильных параметров сети на выходе, требуется хороший запас АКБ. Иначе их хватит всего на несколько минут.Преимущества очевидны: у вас полностью автономное питание (в смысле полной защиты от внешних проблем), но с ограниченным сроком действия. Поэтому при регулярном просаде напряжения, следует подумать об ином способе.Технически комплекс представляет собой преобразователь напряжения с чистым синусом, блок управления (контроль за входным напряжением), и комплект батарей. Преобразователь одновременно является зарядным устройством (когда напряжение в сети есть).

Где купить

Максимально быстро приобрести устройства защиты и стабилизации напряжения можно в ближайшем специализированном магазине. Оптимальным же, по соотношению цена-качество, остаётся вариант покупки в Интернет-магазине АлиЭкспресс. Обязательное длительное ожидание посылок из Китая осталось в прошлом, ведь сейчас множество товаров находятся на промежуточных складах в странах назначения: например, при заказе вы можете выбрать опцию «Доставка из Российской Федерации»:

Итог

Решение проблемы скачков напряжения существует, стоимость вопроса зависит от поставленных задач и качества электроснабжения.

Видео по теме

причины и последствия, предел, измерение напряжения

Современному человеку сложно представить себе жизнь без электричества. Оно делает нашу жизнь намного комфортнее, однако, даже несмотря на развитие современных технологий, всегда существует опасность поражения током. Поэтому даже рядовому пользователю следует знать о явлении перекоса фаз, его опасности и способах устранения.

Что такое «перекос фаз» и его последствия

Перекосом называют изменение параметров сети, когда напряжение в фазах распределяется неравномерно. В двух словах это явление можно объяснить так:

  • нормальное функционирование предполагает равное распределение электричества по всем трем фазам — по 220 В;
  • при перекосе одна фаза (менее загруженная) берет на себе функции нулевой жилы, и ее сила тока падает до 127 В. Разницу тока берет на себя другая рабочая фаза, в результате чего ее напряжение увеличивается до 380 В.

Последствия «перекоса фаз» могут быть разными. Электроприборы, работающие от мало загруженной фазной жилы отключатся вследствие недостатка питания. А та бытовая техника, которая брала ток от высоковольтного проводника, выйдет из строя из-за перенапряжения. Корпусы приборов могут нагреться или даже воспламениться.

Если в доме отсутствует заземление, они могут поразить электричеством человека.

Причины

Причиной такого явления выступает авария, в результате которой происходит обрыв нулевого провода. Именно эта жила ответственна за поддержание баланса между фазными проводами.

Чтобы защитить свой дом от перекоса, качественной проводки недостаточно. Необходимо также правильно распределять нагрузку по фазам. Электроприборы не должны быть сосредоточенными в одном месте, а равномерно загружать все фазные отсеки. Кроме того, следует позаботиться об установке стабилизатора сети — специального прибора для контроля сетевой нагрузки.  

Как измерить напряжение

Измерить силу тока проводника можно при помощи специального индикатора. Его можно приобрести по доступной цене в любом месте, где продаются электротовары. Также можно обзавестись специальным счетчиком, который ведет учет не только потраченному электричеству, но и цифрам напряжения жил.

Определить изменение напряжения можно также по следующим признакам:

  • мерцание лампочек в осветительных приборах;
  • внезапное отключение электроприборов;
  • нагревание выключателей и розеток;
  • систематическое выбивание автоматов;
  • характерные щелчки, раздающиеся в щитке.

Последний признак очень опасен. При выявлении щелчков необходимо как можно быстрее вызвать аварийную службу и ни в коем случае не пытаться открыть щиток самостоятельно.

Использование во благо

«Просадку» напряжения можно использовать во благо. По сути, это дармовое электричество, которое в единичных случаях учитывается счетчиками.

Схема с трансформатором от телевизора

Получить бесплатное электричество можно по следующей схеме:

Схема работает на трансформаторе от телевизора, поскольку его вторичная обмотка имеет низкое напряжение — от 3 В до 9 В. Тем не менее, при установке должны быть соблюдены все меры предосторожности по работе с электрическим током.

Сколько электричества можно получить?

В среднем таким способом человек экономит до 10 В. Но некоторые умельцы дополнительно устанавливают повышающий трансформатор, после чего напряжение может вырасти до 100 В, а то и до 220 В. Этого достаточно, чтобы получить совершенно бесплатный светильник.

Как отреагирует счетчик

«Просадку от перекоса» могут уловить далеко не все счетчики. Это под силу только двухшунтовым измерителям. Они характеризуются наличием сразу двух измерительных элементов, которые считают напряжение на фазовом и нулевом проводах. Большинство же пользователей имеет одношунтовые счетчики, единственный измеритель которого считает только фазу. Поэтому на «просадку» на нуле он не отреагирует. 

Что говорит закон и меры предосторожности

Снимать лишнее напряжение с нулевого проводника не является нарушением закона. Сотрудники электросетей не преследуют таких пользователей и не наказывают их.

Все работы необходимо проводить исключительно при отключенном электроснабжении.  Это касается даже манипуляций с нулевой жилой.

Во время применения схемы рекомендуется установить между нулем и трансформатором от телевизора хотя бы предохранитель, а лучше — автомат на 10-15 А. Они уберегут конструкцию от возгорания в случае замены нулевого проводника на фазовый либо при обрыве нуля.

Явление «перекоса фаз» происходит вследствие повреждения нулевого проводника. Само по себе оно небезопасное, но если подойти к проблеме с умом, можно экономить до 220 В электроэнергии.

Перекос фаз: причины и защита — ВикиСтрой

Экскурс в теорию электротехники

Трёхфазная система переменного тока была внедрена в промышленность более века назад практически в том виде, в котором сохранилась и по сей день. Основным разработчиком трёхфазной сети считается Михаил Осипович Доливо-Добровольский — отечественный научный деятель, взявший за основу своих разработок идеи Николы Теслы.

Преимущества трёхфазной сети очевидны: если в процессе вращения магнитного поля на трехполюсной обмотке генератора симметрично и последовательно появляется ток, его форму легко использоваться для обратного преобразования электрической энергии во вращение. В эпоху развивающегося научно-технического прогресса возможность свободно использовать электрические машины была крайне важной, таковой она остается и сейчас.

Агрегат гарантированного питания АГМ-7,5

Однако трёхфазная система электроснабжения не лишена недостатков. Напряжения на каждой из фаз связаны между собой коэффициентом симметрии. В трёхфазной сети различают два вида электрических напряжений: линейное, действующее между фазами, и фазное, которое измеряют между фазой и нулевым проводом. Если нагрузка на каждой фазе одинакова (симметрична), линейное напряжение в √3 раз больше фазного. При том, что смена полярности напряжения на каждой фазе чередуется с остальными и частично пересекаются по времени, значительная неравномерность в распределении нагрузок приводит к нестабильной работе всей системы.

Причины и последствия перекоса фаз

При появлении асимметрии нагрузок наблюдается потеря фазного напряжения на одной из фаз, при этом линейное напряжение остаётся постоянным. Схема, по которой соединены трёхфазные нагрузки, может быть рассмотрена как делитель напряжения: его падение на наиболее нагруженной фазе будет максимальным из-за низкого сопротивления, при этом на наименее нагруженных фазах напряжение будет расти и стремиться к линейному. Иными словами напряжение на фазах распределяется соразмерно подключённой нагрузке.

Это мы наблюдаем в бытовых электросетях: все потребители подключены к разным фазам, однако нет никакой гарантии, что при строгой индивидуальности режимов работы и мощности электрооборудования нагрузка будет распределяться равномерно. Поэтому наиболее распространённую схему соединений нагрузок в трёхфазной сети, называемой «звездой», дополняют нейтральным проводом, подключённым к центральной точке и электрически связанным с системой заземления. Благодаря такому дополнению влияние несимметричных нагрузок на фазные напряжения существенно снижается, при этом эффективность выравнивания сильно зависит от проводимости нулевого проводника.

Если проводимость оказывается недостаточной или нулевой провод обрывается, асимметрия нагрузок снова усиливается и вызывает неравномерное распределение фазных напряжений. Такой режим работы электросети чреват серьёзными последствиями: с ростом напряжения в каждом активном потребителе возрастает сила тока вплоть до предельных значений, выходят из строя ёмкостные фильтры устройств преобразования электроэнергии, повышается вероятность пробоя изоляции, в трёхфазных двигателях наблюдается перегрев и увеличение паразитных токов. Обрыв нуля в городской сети непременно вызывает порчу электроприборов, подключённых к незащищенной ветви, даже если они не работают в данный момент. Зачастую повреждения техники необратимы, кроме того существенно возрастает вероятность возникновения пожара. Перекос фаз также негативно сказывается и на источниках трёхфазного питания — понижающих силовых трансформаторах и трёхфазных генераторах.

Восстановление нулевого провода

Для передачи электроэнергии на большие расстояния используют колоссальные напряжения, за счёт чего можно сократить до разумных значений сечения проводников. По мере приближения к потребителю происходит ступенчатое снижение напряжения с помощью силовых трансформаторов и постепенное ветвление электросети. Нет никакой нужды соединять трансформаторы нулевым проводом, с этой задачей прекрасно справляется такой замечательный проводник как земная кора. Поэтому обрыв нуля может произойти только на финальной ступени трансформации: понижающей подстанции 6–0,4 кВ или в любой точке низковольтной распределительной сети.

Чтобы разобраться, в каком месте возможен обрыв нулевого провода, обратимся к классическому примеру — трёхфазной сети электроснабжения многоквартирного дома. В техническом канале, соединяющем этажные площадки, может быть проложен трёхжильный кабель и шина общедомового заземления. Также возможно подключение нулевой шины к контуру заземления подстанции с помощью четвёртой жилы кабеля. Практически во всех случаях определить место обрыва достаточно просто, достаточно лишь измерить вольтметром электрический потенциал между нулевой шиной и землёй. Если прибор показывает значения, близкие к отклонению фазного напряжения от нормы, значит место повреждения нужно искать раньше по схеме, продвигаясь в сторону подстанции.

С воздушными линиями электропередач дело обстоит иначе. Нулевой провод следует совместно с фазными на всей протяжённости распределительной сети, начиная от подстанции или трансформатора. Естественно, никто самостоятельно не будет проводить замер нап

⚠ Перекос фаз. Какие нормы на перекос фаз

Перекос фаз явление в электротехнике встречающееся довольно часто. Практики хорошо знакомы с ним и знают его последствия. А вот причина негативных его проявлений далеко не всем понятна.

Сначала давайте определимся в терминах.  Речь идет о разнице напряжений, между фазами в трехфазной сети или фазными и нулевым проводником в той же трехфазной цепи. Под перекосом мы будем понимать различие этих напряжений.

Напомним, что любая трехфазная цепь может быть выполнена с «глухо заземлённой нейтралью» либо с «изолированной нейтралью». Первая имеет три фазных проводника и, так называемый, нулевой провод. Вторая только три фазных проводника. Соответственно, потребители в первой цепи могут быть соединены как в треугольник, так и на звезду. Во второй только в треугольник. В сети 380/220 В с глухо заземлённой нейтралью потребители, в подавляющем большинстве случаев, подключены по схеме «звезда». Это относится как к асинхронным двигателям, так и к «осветительным нагрузкам». О таких случаях мы будем вести речь в дальнейшем. Сделаем одно замечание. Сопротивление питающих линий является конечным, носит омический характер и должно учитываться при расчете трехфазной цепи.

Так называемый перекос фаз, является отклонением от нормальной разницы между мгновенными значениями линейных напряжений, либо результатом изменения фазового угла между линейными напряжениями. Последний случай можно исключить из рассмотрения, так как он встречается крайне редко.

Когда мы определились с терминами можно перейти к рассмотрению вопроса по существу. И тут становиться всё просто. Предположим, что все нагрузки у нас осветительные. Под этим термином понимают активные нагрузки, например в виде ламп накаливания. Ещё, предположим, что к одной из фаз подключено лампочек значительно больше чем к остальным. Токи, протекающие через них, по законам Кирхгофа будут протекать не только через нулевой проводник но, и через других потребителей. В результате падение напряжения на потребителях других фаз неизбежно вырастет. Это и вызывает перекос фаз.

Все это можно объяснить и через напряжения. Большой ток одной из фаз создает небольшое, но вполне реальное падение напряжения в нулевом проводе. Это напряжение сдвинуто на угол 120о относительно других фаз. Поэтому напряжение, приложенное к их нагрузкам, является суммой фазного напряжения и напряжения на нулевом проводе.

Крайним случаем перекоса фаз является однофазное замыкание на «землю». В этом случае токи короткого замыкания будут протекать и через потребителей, питающихся от двух других фаз что, неизбежно, вызовет перенапряжение в них.

Ещё одним из случаев того же порядка является обрыв нулевого провода. При этом также нарушается баланс токов в нагрузках. Напряжения в сети могут изменяться крайне непредсказуемо, в зависимости от величины  нагрузки на каждую из фаз. Практики знают, что напряжения в бытовых розетках, в этих условиях могут достигать даже линейных значений. Ещё перекос фаз возникает при обрыве одного из фазных проводников. Такой режим называется неполнофазным.

В любом случае перекос фаз ведёт к экономическим потерям, связанным с протеканием токов в нулевом проводнике. В теоретических основах электротехники (ТОЭ) для таких расчётов вводят понятия токов прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Существенное увеличение тока одной из фаз трехфазной сети, потребители которой соединены в звезду, незамедлительно ведёт за собой увеличение напряжения на нагрузках других фазных проводов. При этом напряжение перегруженной фазы относительно нулевого провода понижается. Чем это чревато? У ламп накаливания значительно сокращается срок службы либо светоотдача. У асинхронных двигателей, подключенных к такой сети, ухудшается КПД. В конце концов, повышенное напряжение может вывести из строя электронные приборы.

Ещё одно негативное явление это появление гармоник высших порядков при питании различных электрических машин от несбалансированной сети. Речь идет о двигателях, трансформаторах и генераторах. Это связанно с процессами, протекающими в их магнитопроводах.  Гармоники высших порядков часто вызывают сбои в работе электронного оборудования. Поэтому, при проектировании электрических сетей необходимо равномерно распределять нагрузки по фазам. Своды правил по проектированию считают предельным разброс нагрузок в 30% в распределительных щитках, а для вводных распредустройств 15%.

Какие требования предъявляются к перекосу фаз нормативными документами? Основным документом, определяющим качество электроэнергии, является ГОСТ 13109-97.

Его требования выражаются в терминах нулевых и обратных последовательностей. Не уверены, что стоит грузить читателя столь сложными материями.

Конечно, выявить перекос фаз не сложно с помощью простейших приборов не прибегая к посторонней помощи. Но провести анализ причин перекоса фаз, выработать конкретные рекомендации по его устранению могут только профессиональные специалисты.

Перекос фаз и смещение нейтрали в трехфазной сети

У конечных потребителей сетей централизованного электроснабжения, которое является трёхфазным, применяется напряжение 220 В. Это фазное напряжение. Три фазы распределяются между несколькими потребителями. Они подключаются к сети не одновременно и с неодинаковыми нагрузками. Поэтому необходимо использование нейтрали чтобы обеспечивать подачу фазного напряжения каждому потребителю при несимметричной нагрузке в этой трёхфазной сети.

Суть проблемы

Но поскольку существует ограничение по мощности конечных трансформаторных подстанций, при упомянутых выше нагрузках величины фазных напряжений изменяются соответственно нагрузкам. У более нагруженной фазы напряжение уменьшается например до 195 – 205 В, а менее нагруженной увеличивается до 245 В и более. Последствием таких нагрузок является ток в нейтрали, который по своей величине может быть близким к току нагруженной фазы.

Как следствие этого – увеличение потерь. Они есть в кабельных и воздушных линиях электропередачи, трансформаторных подстанциях, и даже в высоковольтных ЛЭП питающих эти подстанции. Особенно характерно такое «смещение нейтрали» – термин, характеризующий фазные напряжения при несимметричных нагрузках в трёхфазной сети, для жилого сектора потребителей электроэнергии. При этом повышение напряжения является небезопасным для некоторых бытовых электроприборов.

Используемые в инфраструктуре жилого фонда трёхфазные асинхронные двигатели уже при двухпроцентной асимметрии испытывают дополнительный нагрев обмоток, что заметно сокращает срок службы изоляции. Причём дальнейшее увеличение асимметрии в разы, то есть всего лишь до 4 – 6% вызывает рост общих потерь почти в два раза. То же относится и к лампам накаливания и люминесцентным лампам. При повышении напряжения всего лишь на пять процентов спирали в них почти в два раза быстрее перегорают.

Что делать при перекосе фаз?

Чтобы уменьшить смещение нейтрали перед подстанциями рекомендуется устанавливать специальные симметрирующие автотрансформаторы. Схемы включения таких трансформаторов приведены ниже на изображениях.

   

Приведенные выше схемы применимы также с глухо заземлённой нейтралью нагрузки при отсутствии технической возможности встраивания компенсационной автотрансформаторной обмотки в нулевой провод, соединяя через эту обмотку нагрузку с сетью.

Поскольку увеличение нагрузки например в фазе А вызовет увеличение тока в этой фазе, напряжение на соответствующей последовательно включённой обмотке автотрансформатора тоже увеличится и произойдёт компенсация падения напряжения пропорциональная силе тока нагрузки. Установка автотрансформаторов вблизи распределительной подстанции обеспечивает наилучший эффект. Когда с этой подстанции электроэнергия по разделённым фазам подаётся потребителям, становится возможным симметрирование напряжения.

Это уменьшает потери и позволяет отфильтровать гармонические составляющие тока, возникающие от работы полупроводниковых ключей электронных балластов газоразрядных ламп, мощных инверторов, сварочных аппаратов. Работа этих устройств вносит искажения в синусоидальную форму напряжения питающей электросети. Следствием подобных искажений являются тепловые потери во всех работающих электрических машинах, подключенных к этой электросети.

Компенсация смещения нейтрали с использованием специального автотрансформатора весьма недешёвый способ борьбы с потерями электроэнергии при смещении нейтрали при несимметричной фазной нагрузке. Однако положительный эффект от этого способа получается непрерывно и быстро окупает все расходы.

Перекос фаз. Как его избежать

В статье «Генератор для коттеджа: одно- и трехфазные модели» мы выяснили, что три фазы – это ТРИ провода под напряжением, плюс «ноль» и «земля». Трехфазные генераторы выдают 380 В, и к ним напрямую можно подключить электрооборудование, которое требует такое напряжение.

При подключении однофазных приборов такой генератор отдает нам только треть своей мощности. При подключении нескольких однофазных приборов нужно соблюдать равновесие – чтобы разница на соседних фазах была не более 30%.
Давайте еще раз в цифрах. К примеру, мы имеем трехфазную генераторную установку мощностью 6 кВт, это означает, что к ней можно подключить один однофазный прибор мощностью не более 2 кВт. Подключая что-то еще, соблюдаем правило – в нашем случае, соседние фазы не могут быть нагружены меньше, чем на 1,4 кВт, (2 кВт минус 30%) и не больше 2,6 кВт (2 кВт плюс 30%).

На примере коттеджа: если на одну фазу запитать всю кухню с ее мощными потребителями (а это электроплита, микроволновка, чайник, холодильник, теплый пол и т. д.), а на вторую подключить комнату с освещением, телевизором и компьютером, которые потребляют мало, то перекос фаз обеспечен.

Что происходит при перекосе фаз

На перегруженной фазе происходит падение напряжения, и наоборот – на недогруженной напряжение повышается выше номинала. Как следствие, бытовые приборы работают некорректно – лампочки могут мигать, холодильник — работать неестественно шумно, а потом просто сломаться.

Как предотвратить перекос фаз

Здесь грамотно должен поработать электрик: сделать расчет всех предполагаемых нагрузок, распределить их по фазам. Поэтому, приобретая трехфазный генератор, рассчитывайте на хорошего электрика и консультанта при покупке. Или прочтите статью «Генератор для коттеджа: нужен ли вам трехфазный генератор или миф от трех фазах» – возможно, вам вовсе и не нужен трехфазный генератор.


Возврат к списку

Несимметрия напряжения — искажение напряжения

В трехфазных системах несимметрия напряжения или дисбаланс напряжения возникает, когда фазное или линейное напряжение отличается от номинального сбалансированного состояния. Нормальное сбалансированное состояние — это когда три фазных напряжения идентичны по величине, а фазовые углы смещены на 120 градусов векторно. Неуравновешенность может быть вызвана разницей в величине напряжения или фазового угла или обоих . С точки зрения надежности и качества электроэнергии, хороший баланс напряжений в системе имеет первостепенное значение.

Векторы симметричного и несимметричного напряжения

Ниже приведены некоторые факторы, которые могут способствовать несимметрии напряжения:

  • Несимметричное напряжение источника от электросети
  • Неравное сопротивление трехфазной системы распределения
  • Несимметричная нагрузка конденсаторов коррекции коэффициента мощности [Как перегоревший предохранитель в одной фазе]
  • Неравномерное распределение однофазных нагрузок
  • Несимметричные нагрузки даже при трехфазном подключении
  • Отводы трансформатора несовместимы

Ниже приведены некоторые эффекты несимметрии напряжения.

  • Повышенный нагрев и сокращение срока службы асинхронных двигателей
  • Уменьшение срока службы входных диодов VFD и / или конденсаторов шины.
  • В зависимости от типа нагрузки пониженное напряжение может привести к увеличению тока в одной или нескольких фазах и, следовательно, к увеличению потерь.

Вышеупомянутые моменты будут подробно обсуждены после того, как будет введено определение небаланса напряжений.

Определение дисбаланса напряжения или дисбаланса напряжений:

В промышленности есть два широко используемых определения разбаланса напряжений.Это:

Определение NEMA : NEMA означает Национальную ассоциацию производителей оборудования в США. Определение несимметрии напряжения NEMA:

Определение NEMA также называется коэффициентом несимметрии линейного напряжения (LVUR), поскольку линейные напряжения (т.е. фазовые напряжения) используются только для расчета . Не следует использовать напряжение между фазой и нейтралью, поскольку компоненты нулевой последовательности могут дать неверные результаты. Кроме того, в уравнение не входят фазовые углы.Как можно заметить, вычисление дисбаланса напряжений NEMA относительно несложно.

Следующий калькулятор можно использовать для расчета несимметрии напряжения на основе метода NEMA.

ОСНОВЫ КАЧЕСТВА ЭНЕРГИИ: ДИСБАЛАНС НАПРЯЖЕНИЯ

Несимметрия напряжения (или дисбаланс) определяется IEEE как отношение составляющей обратной или нулевой последовательности к составляющей прямой последовательности. Проще говоря, это изменение напряжения в энергосистеме, в котором значения напряжения или разности фазовых углов между ними не равны.Отсюда следует, что эта проблема качества электроэнергии затрагивает только многофазные системы (например, трехфазные). Напряжения редко точно сбалансированы между фазами. Однако когда дисбаланс напряжения становится чрезмерным, это может создать проблемы для многофазных двигателей и других нагрузок. Более того, приводы с регулируемой скоростью (ASD) могут быть даже более чувствительными, чем стандартные двигатели. Несимметрия напряжения в первую очередь возникает из-за неравных нагрузок на распределительных линиях или внутри объекта. Другими словами, напряжения обратной или нулевой последовательности в энергосистеме обычно возникают из-за несбалансированной нагрузки, вызывающей протекание токов обратной или нулевой последовательности.
Несимметрия напряжения

Причины и источники

Сеть может быть источником несимметричных напряжений из-за неисправного оборудования, включая перегоревшие предохранители конденсаторов, регуляторы открытого треугольника и трансформаторы открытого треугольника. Оборудование с разомкнутым треугольником может быть более восприимчивым к дисбалансу напряжений, чем с замкнутым треугольником, так как оно использует только две фазы для выполнения своих преобразований.

Кроме того, несимметрия напряжения также может быть вызвана неравномерным распределением однофазной нагрузки между тремя фазами — вероятной причиной несимметрии напряжения менее 2%.Кроме того, тяжелые случаи (более 5%) могут быть связаны с однофазным режимом в боковых фидерах распределения энергоснабжения из-за сгорания предохранителя из-за неисправности или перегрузки одной фазы. Помещение, в котором находится двигатель, также может создавать несимметричные напряжения, даже если напряжения, подаваемые в сеть, хорошо сбалансированы. Опять же, это может быть вызвано неисправностью оборудования или даже несоответствием отводов трансформатора и импеданса. Как и в случае с электросетью, плохое распределение нагрузки внутри объекта может создать проблемы с дисбалансом напряжения.Сам двигатель также может быть источником несимметрии напряжения. Резистивный и индуктивный дисбаланс в моторном оборудовании приводит к несимметричным напряжениям и токам. Дефекты соединений силовой цепи, контактов двигателя или обмоток ротора и статора могут стать причиной неравномерного сопротивления между фазами двигателя, что приведет к несбалансированности. Несбалансированные системы указывают на наличие обратной последовательности, которая вредна для всех многофазных нагрузок, особенно для трехфазных индукционных машин.Основным следствием несимметрии напряжения является повреждение двигателя из-за чрезмерного нагрева. Несимметрия напряжения может создать дисбаланс тока в 6-10 раз больше, чем дисбаланс напряжения. В свою очередь, дисбаланс токов вызывает нагрев обмоток двигателя, что ухудшает изоляцию двигателя, вызывая совокупное и необратимое повреждение двигателя. Этот сценарий приведет к дорогостоящему простою оборудования из-за неисправности двигателя. На приведенном ниже графике показана взаимосвязь между небалансом напряжения и повышением температуры, которая примерно увеличивается в два раза в квадрате процента небаланса напряжения.
Несимметрия напряжения и повышение температуры
Формула Неуравновешенность напряжений можно оценить как максимальное отклонение от среднего трехфазных напряжений, деленное на среднее трехфазных напряжений, выраженное в процентах. Несимметрия напряжения = максимальное отклонение от среднего напряжения / среднего напряжения Предположим следующие показания межфазного напряжения 226, 231 и 233. Среднее напряжение = (226 + 232 + 235) / 3 Максимальное отклонение от среднего напряжения = 231 — 226 = 5 В Несимметрия напряжения = 5/231 Несимметрия напряжения = 0.0216 или 2,16% Для коммунального предприятия это просто вопрос ремонта неисправного оборудования или перераспределения нагрузки для уменьшения дисбаланса. Для конечных пользователей правильное тестирование и обмен данными с утилитой помогут найти и решить проблемы. Приводы с регулируемой скоростью могут быть оснащены дросселями линии переменного тока и реакторами звена постоянного тока для смягчения последствий дисбаланса. В зависимости от того, как ASD сконфигурирован с реакторами переменного и / или постоянного тока, как величина среднеквадратичных токов, так и процент небаланса токов могут быть потенциально уменьшены.Тем не менее, перед установкой реакторов на ASD следует проконсультироваться с производителем привода. Обычно более рентабельно запрашивать реакторы во время покупки оборудования. Дополнительные преимущества применения реакторов к ASD включают улучшенный коэффициент мощности, подавление гармоник и защиту от переходных процессов. Кроме того, мощность двигателей может быть снижена, чтобы снизить вероятность повреждения. Однако снижение номинальных характеристик двигателя является одним из наименее желательных методов устранения дисбаланса напряжений, поскольку ситуация дисбаланса все еще существует, и двигатель не может работать на своем полном потенциале.Типичные коэффициенты снижения номинальных характеристик двигателей в соответствии с NEMA MG-1 показаны ниже. Кроме того, следует проконсультироваться с производителями двигателей, чтобы узнать конкретный коэффициент снижения мощности двигателей. ANSI C84.1 предлагает, чтобы «системы электроснабжения должны быть спроектированы и эксплуатироваться таким образом, чтобы ограничивать максимальный дисбаланс напряжения до 3,0% при измерении счетчиком электроэнергии коммунального предприятия в условиях холостого хода». Между тем, большинство коммунальных предприятий США ограничивают несимметрию напряжения до 2,5% максимального отклонения от среднего напряжения между тремя фазами.С другой стороны, Национальная ассоциация производителей оборудования (NEMA) требует, чтобы двигатели обеспечивали номинальную выходную мощность только при 1% несимметрии напряжения в соответствии с NEMA MG-1. Ограничение несимметрии напряжения до 1% является более строгим, чем ANSI C84.1 или большинство рекомендаций коммунальных предприятий. Более того, некоторые производители двигателей пытались требовать несимметрии тока менее 5% для действующей гарантии. NEMA MG-1 утверждает, что 1% небаланса напряжений может создать 6-10% несимметрии тока. Следовательно, эти производители двигателей предъявляют потенциально более строгие требования, чем NEMA MG-1.Эти различия приводят к путанице между коммунальным предприятием, производителями и конечными пользователями. В каждом месте должна быть проведена тщательная оценка критериев коммунального предприятия и рекомендаций производителя. Величина: 0,5% — 2,5% (типовая) Источник: коммунальное предприятие или объект Симптомы: неисправность или перегрев Смягчающие устройства: регуляторы напряжения

ANSI C84.1-2006

Дуган, Р., Макгранаган, М., Сантосо, С., и Бити, Х.В. (2004). Качество электроэнергетических систем (2 nd ed.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. IEEE 1159-1995. Рекомендуемая практика мониторинга качества электроэнергии . Публикация Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA) № MG 1-1998 «Двигатели и генераторы»

Дисбаланс напряжения в 3-фазных системах

В рамках моей текущей серии электрических диагностик систем кондиционирования воздуха в этой публикации мы обсудим дисбаланс напряжения в трехфазных системах.

Большинство технических специалистов знают, что низкое напряжение вызывает проблемы с двигателями, компрессорами и другими компонентами в системе HVAC.Поскольку низкое напряжение может привести к увеличению силы тока и повышению температуры двигателя, я подумал, что было бы неплохо написать сообщение о проблемах, вызванных дисбалансом напряжения в трехфазных системах.

В то время как низкое напряжение всегда является проблемой, дисбаланс напряжения является более тонкой проблемой. Это состояние, при котором напряжение основных трехфазных компонентов существенно различается между тремя фазами. Когда дисбаланс напряжений слишком велик, различны, возможны чрезмерные температуры компонентов и даже выгорание.

Многие компрессоры и двигатели заменяются без определения причины неисправности. Часто причина в результате дисбаланса напряжения в 3-фазном питании.

Так что же такое дисбаланс напряжений ? Трехфазное питание состоит из 3 «горячих» проводов, каждый из которых имеет полное линейное напряжение по сравнению с двумя другими. Эти три напряжения должны быть почти, если не точно, равными друг другу. Если напряжения слишком сильно не сбалансированы, компоненты (например, двигатели и компрессоры) начнут перегреваться.Двигатели и компрессоры, работающие со слишком большим дисбалансом напряжений, могут продолжать работать, но при повышенной температуре обмотки двигателя. Это, в свою очередь, сократит срок службы этого компонента. Обычно считается, что максимально допустимый дисбаланс напряжения составляет два процента.

Неуравновешенность напряжений может значительно повысить температуру обмотки двигателя. Температура обмотки увеличивается в 2 раза квадратом процента дисбаланса, как показано в следующей таблице:

Как показано в таблице, небольшой дисбаланс напряжений приведет к тому, что обмотки двигателя будут работать при значительно повышенных температурах по сравнению с нормальными рабочими температурами, что сокращает срок службы двигателя.

Итак, зная, что дисбаланс напряжения может привести к перегреву двигателей и, в конечном итоге, отказу, как мы можем проверить, есть ли у нас дисбаланс напряжения в нашей системе.

Неуравновешенность напряжения может возникнуть в любом месте электрической цепи компонента. Это может произойти только на двигателе, ниже двигателя на контакторе или пускателе, при отключении или при вводе сервиса в пространство. Например, если дисбаланс существует на стороне нагрузки контактора или пускателя, но отсутствует на стороне линии контактора или пускателя, источником дисбаланса является контактор или пускатель.Падение напряжения на контактах указывает на плохое контактное соединение. Это устраняется заменой контактора или стартера и сохранением двигателя или компрессора.

Чтобы фактически проверить дисбаланс напряжений, необходимо провести измерения напряжения на ветвях A, B и C в нескольких местах, чтобы определить, где существует дисбаланс напряжений. Это фактическое напряжение необходимо измерить с помощью хорошего цифрового вольтметра, чтобы получить точные показания (см. Иллюстрацию ниже).

После получения этих показаний вы можете рассчитать дисбаланс напряжений по следующей формуле:

% дисбаланса напряжений = максимальное отклонение от среднего ÷ среднего × 100

Давайте рассмотрим пример

Если ваши показания напряжения составляли 221 вольт от A до B, 224 вольт от A до C и 215 вольт от B до C, первое, что мы делаем, это , складываем эти 3 значения вместе и делим на 3, чтобы получить наше среднее значение Напряжение для этой точки.221 + 224 + 215 = 660 ÷ 3 = 220 вольт. Максимальное отклонение от среднего — это измеренное значение напряжения, наиболее удаленное от среднего значения . Разница между 221 и 220 составляет 1 вольт. Разница между 224 и 220 составляет 4 вольта. Разница между 215 и 220 составляет 5 вольт. Таким образом, максимальное отклонение в этом примере составляет 5 вольт. Теперь используем уравнение:

% дисбаланса напряжений = 5 В ÷ 220 В = 0,0227 × 100 = 2,27%

Несимметрия напряжения здесь означает, что двигатель будет работать 10.На 31% горячее , чем обычно, и срок службы двигателя будет соответственно сокращен, если вернуться к таблице выше.

Итак, что могло вызвать этот дисбаланс напряжений? Как я уже говорил ранее в этом посте, это может быть ВЕЗДЕ в цепи. Это могло быть плохое соединение проводки. Такие соединения могут быть на главной силовой панели, разъединителе, контакторе (на линии или на стороне нагрузки) на двигателе или в любой другой точке 3-фазной системы. Плохие контакты являются точкой электрического сопротивления и вызывают падение напряжения.Провода разных размеров, особенно на длинных участках, вызывают падение напряжения. Если 3-фазные провода не имеют одинакового размера (калибра), на меньшем проводе (-ах) будет падать большее напряжение, вызывая дисбаланс. И, наконец, это может быть сам двигатель или компрессор. Частичное замыкание обмотки на обмотку может вызвать дисбаланс напряжения. Если вы помните, при отключении любого трехфазного двигателя все обмотки должны считаться одинаковыми.

Помните об этом тесте при устранении неполадок и отказов компонентов в 3-фазных устройствах.Многие двигатели и компрессоры вышли из строя из-за этого предотвратимого состояния без необходимости. Проверка дисбаланса напряжений должна быть регулярной частью обслуживания 3-фазных устройств. Это особенно важно, если у вас есть двигатель или компрессор, который вышел из строя, чтобы у нового не было такой же проблемы в будущем!

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

О yorkcentraltechtalk

Я проработал в сфере HVAC большую часть своей жизни.Я проработал 25 лет на подрядчиков по всему, от бытовых котлов до крупных коммерческих котлов и электрических горелок. Последние 23 с лишним года я работал в York International UPG Division (подразделение Johnson Controls) в качестве менеджера службы технической поддержки / обслуживания, но сейчас я на пенсии. Одной из моих целей всегда было «обучить» дилеров и подрядчиков. Причина создания этого блога заключалась в том, чтобы поделиться некоторыми знаниями, мыслями, идеями и т. Д. Со всеми, кто нашел время, чтобы их прочитать. Содержание этого блога является моим собственным мнением, мыслями, опытом и никоим образом не должно толковаться как содержание Johnson Controls York UPG.Я надеюсь, ты найдешь в этом помощь. Я всегда приветствую комментарии и предложения для публикаций и сделаю все возможное, чтобы ответить на любые мысли, вопросы или темы, о которых вы, возможно, захотите услышать. Спасибо, что нашли время прочитать мои сообщения! Майк Бишоп

Какие методы балансировки ячеек и как их использовать

Номинальный литиевый элемент рассчитан только на 4,2 В, но для таких приложений, как электромобили, портативная электроника, ноутбуки, блоки питания и т. Д., Нам требуется намного более высокое напряжение, чем его номинальное напряжение .Это причина, по которой разработчики объединяют более одной ячейки последовательно, чтобы сформировать аккумуляторную батарею с более высокими значениями напряжения. Как мы знаем из нашей предыдущей статьи о батареях для электромобилей, когда батареи соединяются последовательно, значение напряжения складывается. Например, когда четыре литиевых элемента с напряжением 4,2 В соединены последовательно, эффективное выходное напряжение полученной аккумуляторной батареи будет 16,8 В.

Но вы можете представить, что соединение множества ячеек в ряд — это как посадка множества лошадей на колесницу.Только если все лошади будут двигаться с одинаковой скоростью, колесница будет двигаться с максимальной эффективностью. Из четырех лошадей, если одна лошадь бежит медленно, остальные три также должны снизить свою скорость, что снижает эффективность, и если одна лошадь бежит быстрее, она в конечном итоге повредит себе, потянув за собой груз трех других лошадей. Аналогично, , когда четыре элемента соединены последовательно, значения напряжения всех четырех элементов должны быть равны, чтобы получить аккумуляторную батарею с максимальной эффективностью. Метод поддержания всех напряжений ячеек одинаковыми называется балансировкой ячеек. В этой статье мы узнаем больше о балансировке ячеек, а также кратко о том, как их использовать на аппаратном и программном уровне.

Зачем нужна балансировка ячеек?

Балансировка ячеек — это метод, в котором уровни напряжения каждой отдельной ячейки, соединенной последовательно, чтобы сформировать аккумуляторный блок , поддерживаются равными для достижения максимальной эффективности аккумуляторного блока. Когда разные элементы объединяются в аккумуляторную батарею, всегда проверяется, что они имеют одинаковый химический состав и значение напряжения.Но после того, как аккумулятор установлен и подвергается зарядке и разрядке, значения напряжения отдельных ячеек имеют тенденцию меняться по некоторым причинам, которые мы обсудим позже. Это изменение уровней напряжения вызывает разбалансировку ячеек, что приводит к одной из следующих проблем

Термический побег

Худшее, что может случиться, — это тепловой разгон. Как мы знаем, литиевые элементы очень чувствительны к перезарядке и разрядке. В пачке из четырех ячеек, если в одной ячейке 3.5 В, в то время как другой — 3,2 В, заряд будет заряжать все элементы вместе, поскольку они включены последовательно, и он будет заряжать элемент 3,5 В до напряжения, превышающего рекомендованное, поскольку другие батареи все еще требуют зарядки.

Деградация клеток

Когда литиевый элемент заряжен даже немного выше рекомендованного значения, эффективность и срок службы элемента снижаются. Например, небольшое увеличение зарядного напряжения с 4,2 В до 4,25 В приведет к ускорению разряда аккумулятора на 30%.Таким образом, если балансировка ячеек не точна, даже небольшая перезарядка сократит срок службы батареи.

Неполная зарядка Pack

По мере того, как батареи в пакете стареют, некоторые элементы могут быть слабее соседних элементов. Эти недельные элементы будут огромной проблемой, поскольку они будут заряжаться и разряжаться быстрее, чем нормальный здоровый элемент. При зарядке аккумуляторной батареи с последовательными элементами процесс зарядки следует остановить, даже если одна ячейка достигает максимального напряжения.Таким образом, если две ячейки в аккумуляторном блоке получают неделю, они будут заряжаться быстрее, и, следовательно, оставшиеся элементы не будут заряжены до максимума, как показано ниже.

Неполное использование энергии Pack

Аналогично, в том же случае, когда аккумуляторная батарея разряжается, более слабые элементы будут разряжаться быстрее, чем здоровые, и они достигнут минимального напряжения быстрее, чем другие элементы. Как мы узнали в нашей статье о BMS, аккумулятор будет отключен от нагрузки, даже если одна ячейка достигнет минимального напряжения.Это приводит к неиспользованной мощности батареи, как показано ниже.

Принимая во внимание все перечисленные выше возможные недостатки, мы можем сделать вывод, что балансировка ячеек будет обязательной для использования аккумуляторной батареи с максимальной эффективностью . Тем не менее есть несколько приложений, в которых первоначальная стоимость должна быть очень низкой, а замена батареи не является проблемой в тех приложениях, где можно было бы избежать балансировки ячеек. Но в большинстве приложений, включая электромобили, балансировка ячеек является обязательной для получения максимального заряда аккумуляторной батареи.

Что вызывает разбалансировку ячеек в аккумуляторных батареях?

Теперь мы знаем, почему важно поддерживать баланс всех ячеек в аккумуляторной батарее. Но чтобы решить проблему должным образом, мы должны знать из первых рук, почему клетки выходят из равновесия. Как было сказано ранее, когда аккумуляторная батарея формируется путем последовательного размещения ячеек, необходимо убедиться, что все ячейки имеют одинаковые уровни напряжения. Таким образом, новый аккумулятор всегда будет иметь сбалансированные элементы. Но при вводе блока в эксплуатацию ячейки выходят из равновесия по следующим причинам .

Дисбаланс SOC

Измерение SOC ячейки сложно; следовательно, очень сложно измерить SOC отдельных ячеек в батарее. Идеальная технология балансировки ячеек должна соответствовать ячейкам с одинаковым SOC, а не с одинаковыми уровнями напряжения (OCV). Но поскольку практически невозможно согласовать элементы только по напряжению при изготовлении блока, изменение SOC может со временем привести к изменению OCV.

Изменение внутреннего сопротивления

Очень сложно найти элементы с одинаковым внутренним сопротивлением (IR), и по мере старения батареи IR элемента также меняется, и, таким образом, в аккумуляторном блоке не все элементы будут иметь одинаковый IR.Как мы знаем, IR вносит свой вклад во внутренний импеданс ячейки, который определяет ток, протекающий через ячейку. Поскольку IR изменяется, ток через ячейку и ее напряжение также меняются.

Температура

Зарядная и разрядная способность элемента также зависит от температуры вокруг него. В огромном аккумуляторном блоке, таком как в электромобилях или солнечных батареях, элементы распределены по площадям с отходами, и может быть разница температур между самим аккумулятором, из-за чего одна ячейка заряжается или разряжается быстрее, чем остальные, вызывая дисбаланс.

Из вышеуказанных причин ясно, что мы не можем предотвратить разбалансировку ячейки во время работы. Итак, единственное решение — использовать внешнюю систему, которая заставляет клетки снова уравновешиваться после того, как они становятся несбалансированными. Эта система называется системой балансировки батарей . Для балансировки ячеек батареи используется множество различных типов аппаратного и программного обеспечения. Давайте обсудим типы и широко используемые техники.

Типы балансировки аккумуляторных ячеек

Методы балансировки ячеек можно в целом разделить на следующие четыре категории, которые перечислены ниже.Мы обсудим каждую категорию.

  1. Пассивная балансировка ячеек
  2. Активная балансировка ячеек
  3. Балансировка ячеек без потерь
  4. Редокс-шаттл

1. Пассивная балансировка ячеек

Метод пассивной балансировки ячеек — самый простой из всех методов. Его можно использовать в местах, где стоимость и размер являются основными ограничениями. Ниже приведены два типа пассивной балансировки ячеек.

Маневровый заряд

В этом методе фиктивная нагрузка, такая как резистор, используется для снятия избыточного напряжения и выравнивания его с другими элементами. Эти резисторы называются байпасными резисторами или спускными резисторами . Каждая ячейка, соединенная последовательно в блоке, будет иметь собственный байпасный резистор, подключенный через переключатель, как показано ниже.

Пример схемы выше показывает четыре ячейки, каждая из которых подключена к двум байпасным резисторам через переключатель, подобный MOSFET. Контроллер измеряет напряжение всех четырех ячеек и включает МОП-транзистор для ячейки, напряжение которой выше, чем у других ячеек .При включении МОП-транзистора эта конкретная ячейка начинает разряжаться через резисторы. Поскольку мы знаем номиналы резисторов, мы можем предсказать, сколько заряда рассеивается ячейкой. Конденсатор, подключенный параллельно ячейке, используется для фильтрации скачков напряжения во время переключения.

Этот метод не очень эффективен, потому что электрическая энергия рассеивается в виде тепла в резисторах, а схема также учитывает коммутационные потери. Другой недостаток заключается в том, что весь ток разряда протекает через МОП-транзистор , который в основном встроен в контроллер IC, и, следовательно, ток разряда должен быть ограничен до низких значений, что увеличивает время разряда.Один из способов преодоления этого недостатка — использовать внешний переключатель для увеличения разрядного тока , как показано ниже

.

Внутренний P-канальный МОП-транзистор запускается контроллером, который вызывает разряд элемента (I-смещение) через резисторы R1 и R2. Значение R2 выбрано таким образом, чтобы падение напряжения, возникающее на нем из-за протекания разрядного тока (I-bias), было достаточным для запуска второго N-канального MOSFET. Это напряжение называется напряжением затвора-истока (Vgs), а ток, необходимый для смещения MOSFET, называется током смещения (I-bias).

После включения N-канального МОП-транзистора ток течет через балансировочный резистор R-Bal . Значение этого резистора может быть низким, позволяя проходить через него большему току и, таким образом, быстрее разряжать аккумулятор. Этот ток называется током стока (I-сток). В этой схеме полный ток разряда складывается из тока стока и тока смещения. Когда P-канальный MOSFET отключается контроллером, ток смещения равен нулю, и, следовательно, напряжение Vgs также становится нулевым.Это отключает N-канальный MOSFET, оставляя батарею снова в идеальном состоянии.

ИС пассивной балансировки ячеек

Несмотря на то, что метод пассивной балансировки неэффективен, он чаще используется из-за своей простоты и низкой стоимости. Вместо разработки оборудования вы также можете использовать несколько готовых микросхем, таких как LTC6804 и BQ77PL900 от известных производителей, таких как Linear и Texas Instruments соответственно. Эти ИС могут быть включены в каскад для мониторинга нескольких ячеек и сэкономить время и затраты на разработку.

Ограничение заряда

Метод ограничения начислений — самый неэффективный из всех методов. Здесь учитываются только безопасность и срок службы батареи, при этом отказываясь от эффективности. В этом методе постоянно контролируются напряжения отдельных ячеек.

Во время процесса зарядки, даже если одна ячейка достигает полного зарядного напряжения, зарядка прекращается, а остальные ячейки остаются наполовину. Точно так же во время разряда, даже если одна ячейка достигает минимального напряжения отключения, аккумуляторная батарея отключается от нагрузки до тех пор, пока аккумулятор снова не зарядится.

Хотя этот метод неэффективен, он снижает требования к стоимости и размеру. Следовательно, он используется в приложениях, где батареи можно часто заряжать.

2. Активная балансировка ячеек

При балансировке пассивных ячеек избыточный заряд не использовался, следовательно, это считается неэффективным. Тогда как при активном балансировании избыточный заряд от одной ячейки передается другой ячейке с низким зарядом, чтобы уравнять их . Это достигается за счет использования элементов накопления заряда, таких как конденсаторы и индукторы.Существует множество методов для выполнения активной балансировки ячеек, давайте обсудим наиболее часто используемые.

Зарядные корабли (летающие конденсаторы)

В этом методе используются конденсаторы для передачи заряда от ячейки высокого напряжения к ячейке низкого напряжения. Конденсатор подключается через переключатели SPDT. Сначала переключатель подключает конденсатор к ячейке высокого напряжения, а после того, как конденсатор заряжен, переключатель подключает его к ячейке низкого напряжения, где заряд от конденсатора течет в ячейку.Поскольку заряд перемещается между ячейками, этот метод называется «челноком заряда». Рисунок ниже должен помочь вам лучше понять.

Эти конденсаторы называются летающими конденсаторами , поскольку они находятся между низковольтными и высоковольтными элементами, несущими зарядные устройства. Недостатком этого метода является то, что заряд может передаваться только между соседними ячейками. Также требуется больше времени, так как конденсатор должен быть заряжен, а затем разряжен для переноса зарядов.Кроме того, он очень менее эффективен, так как при зарядке и разрядке конденсатора будут потери энергии, а также необходимо учитывать потери при переключении. На изображении ниже показано, как летающий конденсатор будет подключен к аккумуляторной батарее

Индуктивный преобразователь (метод Buck Boost)

Другой метод активной балансировки ячеек — использование индукторов и переключающих цепей. В этом методе схема переключения состоит из повышающего преобразователя .Заряд от высоковольтной ячейки накачивается в индуктор, а затем разряжается в низковольтную ячейку с помощью понижающего повышающего преобразователя . На рисунке ниже представлен индуктивный преобразователь всего с двумя ячейками и одним повышающим преобразователем.

В приведенной выше схеме заряд может быть передан от ячейки 1 к ячейке 2 путем переключения полевых МОП-транзисторов sw1 и sw2 следующим образом. Сначала замыкается переключатель SW1, что заставляет заряд из ячейки 1 течь в индуктор с током I-charge.Когда индуктор полностью заряжен, переключатель SW1 размыкается, а переключатель sw2 замыкается.

Теперь индуктор, который полностью заряжен, изменит свою полярность и начнет разряжаться. На этот раз заряд индуктора перетекает в ячейку2 с током I-разряда. Как только индуктор полностью разряжен, переключатель sw2 размыкается, а переключатель sw1 замыкается, чтобы повторить процесс. Приведенные ниже формы сигналов помогут вам получить четкое изображение.

В течение времени t0 переключатель sw1 замкнут (включен), что приводит к увеличению тока заряда I и увеличению напряжения на катушке индуктивности (VL).Затем, когда индуктор полностью заряжен в момент t1, переключатель sw1 размыкается (выключается), что заставляет индуктор разрядить заряд, накопленный на предыдущем этапе. Когда индуктор разряжается, он меняет свою полярность, поэтому напряжение VL отображается отрицательно. При разряде ток разряда (I разряда) уменьшается от максимального значения. Весь этот ток поступает в ячейку 2 для ее зарядки. Допускается небольшой интервал от момента t2 до t3, а затем в t3 весь цикл повторяется снова.

Этот метод также страдает серьезным недостатком, заключающимся в том, что заряд может передаваться только от более высокого элемента к более низкому элементу. Также следует учитывать потери при переключении и падение напряжения на диодах. Но он быстрее и эффективнее, чем конденсаторный метод.

Индуктивный преобразователь (на основе обратного хода)

Как мы обсуждали, метод понижающего повышающего преобразователя может передавать заряды только от более высокого элемента к более низкому элементу. Этой проблемы можно избежать, используя обратный преобразователь и трансформатор.В преобразователе обратного типа первичная сторона обмотки подключена к аккумуляторной батарее, а вторичная сторона подключена к каждой отдельной ячейке аккумуляторной батареи, как показано ниже

Как мы знаем, аккумулятор работает от постоянного тока, и трансформатор не будет работать до тех пор, пока не будет переключено напряжение. Таким образом, чтобы начать процесс зарядки, переключатель на стороне первичной обмотки Sp переключается. Это преобразует постоянный ток в импульсный, и первичная обмотка трансформатора активируется.

Теперь на вторичной стороне каждая ячейка имеет свой переключатель и вторичную катушку. Путем переключения МОП-транзистора низковольтного элемента мы можем заставить эту катушку действовать как вторичная обмотка трансформатора. Таким образом, заряд первичной обмотки передается вторичной обмотке. Это вызывает разрядку общего напряжения аккумуляторной батареи в слабую ячейку.

Самым большим преимуществом этого метода является то, что любой слабый элемент в батарее можно легко зарядить от напряжения батареи, а не конкретная ячейка разряжается.Но поскольку в нем используется трансформатор, он занимает много места и сложность схемы высока.

3. Балансировка без потерь

Балансировка без потерь — это недавно разработанный метод, который снижает потери за счет уменьшения количества аппаратных компонентов и обеспечения большего программного управления. Это также упрощает систему и упрощает ее проектирование. В этом методе используется схема матричной коммутации, которая обеспечивает возможность добавления или удаления элемента из батареи во время зарядки и разрядки.Ниже показана простая схема переключения матрицы для восьми ячеек.

В процессе зарядки аккумулятор, находящийся под высоким напряжением, будет извлекаться из батареи с помощью переключателей. На приведенном выше рисунке ячейка 5 извлекается из упаковки с помощью переключателей. Считайте, что круги с красной линией являются открытыми переключателями, а круг с синей линией — замкнутыми переключателями. Таким образом, время покоя более слабых элементов увеличивается в процессе зарядки, чтобы сбалансировать их во время зарядки.Но напряжение зарядки необходимо соответственно отрегулировать. Эту же технику можно применять и во время разряда.

4. Редокс-челнок

Последний метод предназначен не для разработчиков оборудования, а для инженеров-химиков. В свинцово-кислотных аккумуляторах у нас нет проблемы с балансировкой ячеек, потому что, когда свинцово-кислотный аккумулятор перезаряжается, это вызывает выделение газов, что предотвращает его чрезмерный заряд. Идея Redox-шаттла состоит в том, чтобы попытаться достичь того же эффекта на литиевые элементы, изменив химический состав электролита литиевого элемента.Этот модифицированный электролит должен предотвратить перезарядку элемента.

Алгоритмы балансировки ячеек

Эффективный метод балансировки ячеек должен сочетать аппаратное обеспечение с правильным алгоритмом. Существует множество алгоритмов балансировки ячеек, и это зависит от конструкции оборудования. Но типы можно свести к двум разным разделам.

Измерение напряжения холостого хода (OCV)

Это простой и наиболее часто используемый метод.Здесь измеряются напряжения открытых ячеек для каждой ячейки, и схема балансировки ячеек работает для выравнивания значений напряжения всех ячеек, соединенных последовательно. OCV (напряжение холостого хода) просто измерить, и, следовательно, сложность этого алгоритма меньше.

Измерение степени заряда (SOC)

В этом методе SOC ячеек сбалансирован. Как мы уже знаем, измерение SOC ячейки — сложная задача, поскольку мы должны учитывать значение напряжения и тока ячейки в течение определенного периода времени, чтобы рассчитать значение SOC.Этот сложный алгоритм используется там, где требуется высокая эффективность и безопасность, например, в аэрокосмической и космической отраслях.

На этом статья завершается. Надеюсь, теперь вы получили краткое представление о том, что такое балансировка ячеек, как она реализована на аппаратном и программном уровне. Если у вас есть идеи или методы, поделитесь ими в разделе комментариев или воспользуйтесь форумом для получения технической помощи.

Электролитный дисбаланс: симптомы, причины и лечение

Электролитный дисбаланс может возникнуть, если в организме слишком много или слишком мало воды.

Электролиты — это минералы в крови, тканях и других частях тела. Их название связано с тем, что у них есть электрический заряд.

Ниже вы узнаете, как может ощущаться электролитный дисбаланс, на что обращать внимание и когда обращаться за медицинской помощью.

Поделиться на PinterestПотребление напитка для регидратации может помочь восстановить баланс электролитов в организме.

Электролиты — это минералы, и они необходимы организму для:

  • баланса уровня воды
  • перемещения питательных веществ в клетки
  • удаления продуктов жизнедеятельности
  • позволяют нервам посылать сигналы
  • позволяют мышцам нормально расслабляться и сокращаться
  • поддерживать Работа мозга и сердца

Люди получают электролиты из продуктов питания и напитков.Почки и печень помогают поддерживать баланс электролитов.

Если человек ест разнообразную пищу и пьет достаточно жидкости, уровень электролитов обычно остается на нужном уровне.

Примеры электролитов в организме человека включают:

  • натрий
  • калий
  • кальций
  • магний
  • фосфат
  • хлорид
  • бикарбонат

Когда уровни электролитов становятся слишком высокими или низкими, это электролит дисбаланс.Это не болезнь, но это признак другой проблемы в организме.

Нарушение баланса электролитов может произойти, если человек обезвожен или если в его теле слишком много воды.

Наиболее часто причиной электролитного дисбаланса являются:

  • рвота
  • диарея
  • недостаточное потребление жидкости
  • недостаточное питание
  • чрезмерное потоотделение
  • некоторые лекарства, такие как слабительные и мочегонные средства
  • расстройства пищевого поведения
  • Проблемы с печенью или почками
  • Лечение рака
  • Застойная сердечная недостаточность

Организм по-разному реагирует на нарушение электролитного баланса.Эффекты могут зависеть от того, какие уровни электролитов несбалансированы, насколько серьезна проблема и есть ли у человека другие заболевания.

В одном исследовании были изучены данные 996 пациентов, получивших неотложную помощь по поводу электролитного дисбаланса.

Исследователи сообщают, что наиболее частыми симптомами были:

  • лихорадка
  • одышка
  • спутанность сознания
  • отек или вздутие живота
  • учащенное сердцебиение
  • нерегулярное сердцебиение

Другие симптомы могут включать:

  • раздражительность
  • усталость
  • онемение
  • покалывание
  • мышечная слабость
  • подергивания
  • спазмы
  • быстрые изменения артериального давления
  • судороги

Дети имеют более высокий риск обезвоживания, чем взрослые, из-за их меньшего размера и быстрее метаболизм жидкостей и электролитов.

Если ребенок заболеет с сильной рвотой или диареей, у него может развиться электролитный дисбаланс, требующий медицинской помощи.

Ребенок с основным заболеванием, таким как заболевание щитовидной железы, сердца или почек, может иметь более высокий риск электролитного дисбаланса.

Если у ребенка есть риск обезвоживания или электролитного дисбаланса, немедленно обратитесь за медицинской помощью.

Исследования показали, что пожилые люди могут быть более восприимчивыми к обезвоживанию и электролитному дисбалансу, чем молодые люди.

Для этого есть много причин, в том числе:

  • Почки могут потерять часть своих функций с возрастом.
  • Пожилые люди могут принимать несколько лекарств, например диуретики, которые могут изменять уровень электролитов.
  • Они могут не получать достаточно еды или питья из-за инвалидности, отсутствия аппетита или жажды или из-за того, что у них нет постоянного доступа к еде и питью.

Опекуны и близкие должны внимательно следить за пожилыми людьми на предмет признаков обезвоживания.Возможно, им потребуется помочь убедиться, что человек ест и пьет достаточно.

Признаки обезвоживания у пожилых людей могут включать:

  • сухость во рту, включая губы и язык
  • запавшие глаза
  • кожа, которая кажется сухой и менее упругой или эластичной
  • сонливость
  • спутанность сознания или дезориентация
  • головокружение
  • низкое артериальное давление

Если человек заболел коротким приступом рвоты или диареи или сильно потел, питьевая вода или раствор электролита, отпускаемый без рецепта, могут помочь восстановить баланс электролитов.

Многие напитки для пероральной регидратации доступны в магазинах, и их может быть достаточно, если у человека имеется легкий дисбаланс без серьезных симптомов.

У некоторых людей электролитный дисбаланс возникает из-за состояния здоровья, например болезни почек или сердца. В этом случае человек может исправить дисбаланс дома в течение нескольких дней или недель. Однако врач должен контролировать этот процесс, чтобы быть уверенным, что человек получает правильное количество.

Прием большого количества электролитов без консультации врача может создать еще один дисбаланс и привести к осложнениям со здоровьем.Кроме того, некоторым людям требуется дополнительное лечение для решения основной проблемы.

Если у человека более тяжелая форма заболевания почек, ему может потребоваться диализ для коррекции электролитного дисбаланса.

Нарушение баланса электролитов может быть опасным. Если дисбаланс серьезный, человеку может потребоваться ввести электролиты через внутривенную или внутривенную линию в больнице.

Электролиты: использование, дисбаланс и добавки

Мы включаем продукты, которые, по нашему мнению, полезны для наших читателей.Если вы покупаете по ссылкам на этой странице, мы можем получить небольшую комиссию. Вот наш процесс.

Электролит — это вещество, которое при растворении в воде проводит электричество. Они необходимы для ряда функций организма.

Всем людям для выживания нужны электролиты. Многие автоматические процессы в организме зависят от небольшого электрического тока, и электролиты обеспечивают этот заряд.

Электролиты взаимодействуют друг с другом и клетками тканей, нервов и мышц.Баланс различных электролитов жизненно важен для здорового функционирования.

Краткие сведения об электролитах

  • Электролиты жизненно важны для нормального функционирования человеческого организма.
  • Фрукты и овощи — хорошие источники электролитов.
  • Общие электролиты включают натрий, калий, кальций и бикарбонат.
  • Симптомы электролитного дисбаланса могут включать подергивание, слабость и, если их не остановить, судороги и нарушения сердечного ритма.
  • Пожилые люди особенно подвержены риску электролитного дисбаланса
Поделиться на Pinterest Когда люди думают об электролите, на ум часто приходят спортивные напитки.Однако электролиты — это гораздо больше, чем просто отдых после тренировки.

Электролиты — это химические вещества, которые при смешивании с водой проводят электричество.

Они регулируют функции нервов и мышц, увлажняют тело, уравновешивают кислотность и давление крови и помогают восстановить поврежденные ткани.

Мышцы и нейроны иногда называют «электрическими тканями» тела. Они полагаются на движение электролитов через жидкость внутри, снаружи или между ячейками.

Электролиты в организме человека включают:

  • натрий
  • калий
  • кальций
  • бикарбонат
  • магний
  • хлорид
  • фосфат

Например, мышцам для сокращения необходимы кальций, натрий и калий.Когда эти вещества становятся несбалансированными, это может привести либо к мышечной слабости, либо к чрезмерному сокращению.

Сердце, мышцы и нервные клетки используют электролиты для передачи электрических импульсов другим клеткам.

Уровень электролита в крови может стать слишком высоким или слишком низким, что приведет к дисбалансу. Уровень электролитов может меняться в зависимости от уровня воды в организме, а также других факторов.

Важные электролиты, в том числе натрий и калий, теряются с потом во время упражнений.На концентрацию также может влиять быстрая потеря жидкости, например, после приступа диареи или рвоты.

Эти электролиты необходимо заменить для поддержания нормального уровня. Почки и несколько гормонов регулируют концентрацию каждого электролита. Если уровень вещества слишком высок, почки отфильтровывают его из организма, а различные гормоны балансируют уровни.

Дисбаланс представляет собой проблему для здоровья, когда концентрация определенного электролита становится выше, чем может регулировать организм.

Низкий уровень электролитов также может повлиять на общее состояние здоровья. Наиболее распространены дисбалансы натрия и калия.

Симптомы электролитного дисбаланса

Симптомы будут зависеть от того, какой электролит не сбалансирован, а также от того, слишком ли высокий или слишком низкий уровень этого вещества.

Опасная концентрация магния, натрия, калия или кальция может вызвать один или несколько из следующих симптомов:

  • нерегулярное сердцебиение
  • слабость
  • нарушения костей
  • подергивания
  • изменения артериального давления
  • спутанность сознания
  • судороги
  • онемение
  • расстройства нервной системы
  • чрезмерная усталость
  • судороги
  • мышечный спазм

Может также наблюдаться избыток кальция, особенно у пациентов с раком груди, раком легких и множественной миеломой.Этот тип избытка часто возникает из-за разрушения костной ткани.

Признаки и симптомы избытка кальция могут включать:

  • частое мочеиспускание
  • нерегулярное сердцебиение
  • летаргия
  • усталость
  • капризность и раздражительность
  • тошнота
  • боль в животе
  • рвота
  • крайняя мышечная слабость
  • жажда
  • сухость во рту или горле
  • полная потеря аппетита
  • кома
  • спутанность сознания
  • запор

Поскольку эти симптомы также могут быть следствием рака или лечения рака, иногда бывает трудно определить высокий уровень кальция в первом случае.

Существует несколько причин электролитного дисбаланса, в том числе:

  • болезнь почек
  • недостаточное восполнение электролитов или сохранение гидратации после упражнений
  • длительные периоды рвоты или диареи
  • плохое питание
  • сильное обезвоживание
  • дисбаланс кислотно-щелочная или пропорция кислот и щелочей в организме
  • застойная сердечная недостаточность
  • лечение рака
  • некоторые лекарства, такие как диуретики
  • булимия
  • возраст, поскольку почки пожилых людей со временем становятся менее эффективными

Панель электролитов используется для выявления дисбаланса электролитов в крови и измерения кислотно-щелочного баланса и функции почек.Этот тест также может контролировать ход лечения известного дисбаланса.

Врач иногда включает электролитную панель как часть обычного медицинского осмотра. Его можно выполнять самостоятельно или в составе ряда тестов.

Уровни измеряются в миллимолях на литр (ммоль / л) с использованием концентрации электролитов в крови.

Людям часто дают электролитную панель во время пребывания в больнице. Это также проводится для тех, кто доставлен в отделение неотложной помощи, поскольку как острые, так и хронические заболевания могут влиять на уровни.

Если уровень отдельного электролита окажется либо слишком высоким, либо слишком низким, врач будет продолжать проверять этот дисбаланс, пока уровни не вернутся к норме. При обнаружении кислотно-щелочного дисбаланса врач может провести анализ газов крови.

Они измеряют уровни кислотности, кислорода и углекислого газа в образце крови из артерии. Они также определяют серьезность дисбаланса и то, как человек реагирует на лечение.

Уровни также могут быть проверены, если врач прописывает определенные лекарства, которые, как известно, влияют на концентрацию электролитов, такие как диуретики или ингибиторы АПФ.

Поделиться на Pinterest Одно из решений небольшого дисбаланса электролитов — это просто пить больше воды.

Лечение дисбаланса электролитов включает либо восстановление уровней, если они слишком низкие, либо снижение слишком высоких концентраций.

Если уровни слишком высоки, лечение будет зависеть от причины превышения. Низкие уровни обычно лечат путем добавления необходимого электролита. В Интернете можно приобрести различные добавки к электролиту.

Тип лечения также будет зависеть от тяжести дисбаланса.Иногда безопасным для человека является пополнение уровня электролита с течением времени без постоянного контроля.

Однако симптомы иногда могут быть серьезными, и во время лечения может потребоваться госпитализация и наблюдение.

Пероральная регидратационная терапия

Эта процедура используется в основном для людей, страдающих нехваткой электролитов наряду с обезвоживанием, обычно после тяжелой диареи.

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) одобрила раствор для пероральной регидратационной терапии, содержащий:

  • 2.6 граммов (г) натрия
  • 1,5 г хлорида калия
  • 2,9 г цитрата натрия

Их растворяют в 1 литре (л) воды и принимают внутрь.

Электролитозаместительная терапия

В более тяжелых случаях нехватки электролитов вещество можно вводить пациенту перорально или внутривенно (IV).

Нехватка натрия, например, может быть восполнена инфузией раствора морской воды или соединения лактата натрия.

Избыток может возникнуть, если организм теряет воду без потери электролитов. В этих случаях дается раствор из воды и сахара в крови или глюкозы.

Профилактика

Некоторые причины нехватки электролитов, например, болезнь почек, предотвратить невозможно. Однако правильно подобранная диета может снизить риск дефицита. Употребление умеренного количества спортивного напитка после физических нагрузок или упражнений может помочь ограничить влияние потери электролитов с потом.

Людям, которым не требуется пребывание в больнице, врач может порекомендовать диетические изменения или добавки для балансировки концентраций электролитов.

Когда уровень электролита слишком низкий, важно включать продукты питания с высоким содержанием этого вещества. Вот некоторые источники пищи для каждого из основных электролитов:

80
Необходимый электролит Источники
Натрий маринованные огурцы
томатные соки, соусы и супы
поваренная соль
Хлорид томатные соки, соусы и супы
салат
оливки
поваренная соль
Калий картофель с кожицей
простой йогурт
банан
Магний палтус тыква семена
шпинат
Кальций йогурт
молоко
рикотта
зелень капусты
шпинат
капуста
сардины

Важно иметь в виду, сколько каждого электролита содержится в источнике пищи.Министерство сельского хозяйства США (USDA) предлагает полезный ресурс для проверки пищевой ценности продуктов.

Добавки также можно использовать для управления низким уровнем электролита. Например, пожилые люди часто не потребляют достаточное количество калия, и его уровень также может быть снижен за счет лечения кортикостероидами или мочегонными препаратами. В этих случаях таблетки калия могут повысить его концентрацию в крови.

Поделиться на PinterestСпортивные напитки могут помочь восполнить потерю электролитов, но их слишком частое употребление может привести к их избытку.

Некоторые спортивные напитки, гели и конфеты рекомендованы для пополнения запасов электролитов во время и после тренировки. Они помогают восстановить потерянные натрий и калий и удерживают воду.

Однако эти напитки обычно содержат высокое содержание электролита, и чрезмерное употребление может привести к их избытку. Многие также содержат высокий уровень сахара.

Важно постоянно следовать всем предлагаемым курсам приема электролитов и придерживаться рекомендованного плана лечения.

Рекомендуемая доза

Потребление правильного количества несбалансированного электролита должно привести к улучшению симптомов. Если этого не произойдет, могут потребоваться дополнительные тесты для выявления любых других основных условий, которые могут вызывать дисбаланс.

Нормальное поступление некоторых из наиболее распространенных электролитов следующее:

Электролит Рекомендуемое потребление в миллиграммах (мг) Рекомендуемое потребление для людей старше 50 лет (мг) Рекомендуемая доза для людей старше 70 лет
Натрий 1,500 1,300 1,200
Калий 4,700
Кальций 1,000 1,200
Магний 320 для мужчин, 420 для женщин
Хлорид 2300 2,000 1,800

Электролиты являются жизненно важной частью химического состава человека, d дисбаланс может повлиять на нормальное функционирование.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.