簡析不對(duì)稱三相系統(tǒng)的危害及處理措施

簡析不對(duì)稱三相系統(tǒng)的危害及處理措施摘要：介紹了低壓電網(wǎng)三相負(fù)載不對(duì)稱帶來的諸多危害，譬如降低設(shè)備出力、使漏電保護(hù)器頻繁動(dòng)作、降低用戶的電能質(zhì)量、增加線路損耗，甚至燒斷中性線威脅用電設(shè)備的安全。并分析了產(chǎn)生這些危害的原因。并為改善低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行條件，提出了調(diào)整三相負(fù)載平衡的具體方法。關(guān)':關(guān)':低壓配電網(wǎng)；負(fù)載平衡；危害隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，家庭除照明電器增多外，大量的中高檔，大功率的家用電器也進(jìn)入尋常百姓家，小企業(yè)、小商戶等用電戶越來越多，這些都是采用單相電源；低壓配電網(wǎng)也有類似現(xiàn)象。在單相負(fù)荷用電量極大增長的情況下，若不注意三相負(fù)荷平衡，可能使低壓配電網(wǎng)的三相不平衡度增加，電網(wǎng)技術(shù)狀況變差。而且低壓配電網(wǎng)三相負(fù)載的不平衡，嚴(yán)重影響供電的可靠性、安全性，不僅使損耗增大，用戶電能質(zhì)量下隆，甚至?xí)斐晒╇娫O(shè)備以及低壓電器的損壞。因此，三相負(fù)載的平衡問題應(yīng)該引起人們的高度注意。1三相負(fù)載不對(duì)稱的成因在三相四線制低壓電力網(wǎng)中，由于用電戶使用功率不相同，有單相負(fù)載的存在，因此三相負(fù)載一般是不對(duì)稱的。1.1正常情況在正常情況下，各種單相負(fù)載，如電燈、電風(fēng)扇、電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)等連接在電力網(wǎng)中，故三相負(fù)載一般是不會(huì)對(duì)稱的。這是因?yàn)椋簡蜗嘭?fù)載連接時(shí)，1一相負(fù)載分配很難做到均衡；即使在連接時(shí)三相負(fù)載分配得很均衡，但各個(gè)單相負(fù)載開、停時(shí)也不能做到同時(shí)進(jìn)行操作；即使在連接時(shí)，三相負(fù)載分配得很均衡，但是使用中各個(gè)單相負(fù)載也會(huì)小斷地增加負(fù)載；生產(chǎn)中存在著電焊負(fù)載。1.2非正常情況在非正常情況下，j三相負(fù)載小對(duì)稱的情況極為嚴(yán)重，其原有：配電變壓器高壓側(cè)線路發(fā)生一相或兩相斷線或接地故障；配電變壓器高調(diào)分頭接觸不良或高、低壓側(cè)接頭，繞組故障；配電變樂器高，低側(cè)三相或兩相熔斷器熔絲熔斷；低壓電網(wǎng)一相或兩相線路發(fā)生接地或斷線故障；三相線路阻抗相等或電動(dòng)機(jī)三相繞組中，有一相或兩相發(fā)生故障；單相負(fù)載私托亂接或竊電價(jià)差額，把照明負(fù)荷誤接到動(dòng)力線路上，見圖1。2三相負(fù)載不對(duì)稱度要求(1)在三相三線制系統(tǒng)中，一般要求異步電動(dòng)機(jī)任一相電流與三相電流平均值的偏差不超過10%。⑵在三相四線制系統(tǒng)中，相負(fù)載不對(duì)稱度在電源側(cè)不得大于10%，在負(fù)載側(cè)不得大于20%。3三相負(fù)載不對(duì)稱的危害性分析低壓電網(wǎng)三相負(fù)載不對(duì)稱時(shí)常見危害大致有以下幾個(gè)方面。3.1降低設(shè)備出力。變壓器、開關(guān)、接觸器、線路等設(shè)備是按三相負(fù)載平衡條件來設(shè)計(jì)的。如果三相負(fù)載不平衡，設(shè)備容量只能以三相負(fù)荷中最大一相為限，因此設(shè)備出力降低，減小了其使用功率。3.2引起低壓漏電保護(hù)器的頻繁動(dòng)作，甚至送不上電。低壓漏電保護(hù)是防止人身觸電傷亡的有效技術(shù)措施，只有三相負(fù)載平衡，低壓漏電保護(hù)才能良好運(yùn)行。正常運(yùn)行時(shí)通過漏電保護(hù)器的電流為三相負(fù)載電流之和，發(fā)生觸漏電事故時(shí)，為三相負(fù)載電流與觸漏電電流之和。因?yàn)橛|電是偶然發(fā)生的，故這時(shí)流過漏電保護(hù)器的電流一般為三相漏電流之和，每相漏電流的大小由每相對(duì)地阻抗的高低決定，而每相對(duì)地阻抗的高低主要由接在該相上的單相負(fù)荷用電戶的多少來決定。當(dāng)三相負(fù)載不平衡時(shí)，三相漏電流也不平衡，這時(shí)漏電保護(hù)器中流過的電流為三相不平衡漏電流，當(dāng)該電流值大于或等于漏電保護(hù)器的額定動(dòng)作電流時(shí)，將引起保護(hù)器跳閘，當(dāng)三相負(fù)載平衡且三相線路對(duì)地絕緣大致相同時(shí)，流過漏電保護(hù)器的電流近似為零，使漏電保護(hù)器在發(fā)生觸漏電事故時(shí)動(dòng)作靈敏可靠，無故障時(shí)就不動(dòng)作。即使在陰雨天氣，漏電流增加，由于三相電流平衡，通過漏電保護(hù)器的電流也近似為零，從而漏電保護(hù)器也不動(dòng)作，從根本上改善了漏電保護(hù)器的運(yùn)行條件。3.3降低用戶的電能質(zhì)量。三相負(fù)載不平衡，在中性線阻抗過大（線徑過?。┗驍嗑€情況下，中性點(diǎn)就會(huì)發(fā)生較大位移，造成三相電壓不對(duì)稱，中性點(diǎn)向負(fù)載大的方向偏移，三相中哪相負(fù)載大，哪相電壓就降低，而負(fù)荷小的相電壓則升高。其不平衡程度與三相負(fù)載不平衡程度成正比。這使接在重負(fù)載相的單相用戶，電壓偏低，電燈不亮，電器效能降低，小水泵易燒毀；而接在輕負(fù)載相的單相用戶，電壓偏高，縮短電器使用壽命，還可能造成電器絕緣擊穿，損壞電器。3.4影響電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行對(duì)三相動(dòng)力用戶來說，三相電壓不平衡，影響電動(dòng)機(jī)的輸出功率，并引起電動(dòng)機(jī)過熱。三相電壓不平衡時(shí)，會(huì)出現(xiàn)正序和負(fù)序電壓，在異步電動(dòng)機(jī)定子中產(chǎn)生一個(gè)負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場，電動(dòng)機(jī)在正負(fù)兩序磁場的作用下運(yùn)行，由于正序旋轉(zhuǎn)磁場比負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場大，故電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向仍與正序方向相同。負(fù)序磁場的存在，產(chǎn)生了較大的負(fù)序方向的制動(dòng)力矩，使電動(dòng)機(jī)輸出功率減少。又由于轉(zhuǎn)子阻抗小，產(chǎn)生的負(fù)序電流大，使繞組溫度升高，減少了電動(dòng)機(jī)的使用壽命。3.5使中性線中存在電流如果長期運(yùn)行，中性線絕緣層易老化，甚至燒毀中性線，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使配電變壓器燒壞、單相用戶的家用電器燒壞。若三相負(fù)載嚴(yán)重不平衡且中性線阻抗很大時(shí)，將使中性線出現(xiàn)很高的對(duì)地電位，對(duì)人身安全構(gòu)成危險(xiǎn)。對(duì)于三相四線制電路，假設(shè)三相負(fù)載阻抗ZA為容性、ZB為感生、A BZC為純阻性，當(dāng)其電流電壓相量圖為圖 1時(shí)，其中性線電流iN=iA+iB+iC將會(huì)很大，甚至超過最大相電流，這是一種較為嚴(yán)重的失NABC衡現(xiàn)象。如圖2：iS圖2負(fù)載的電流、電壓相量圖3.5.1當(dāng)中性線電流過大時(shí)，影響配電變壓器的正常運(yùn)行零序電流所產(chǎn)生的零序磁通會(huì)通過油箱壁及鋼結(jié)構(gòu)件引起較大的損耗，從而使配電變壓器運(yùn)行溫度升高。絕緣油和絕緣材料長期受到高溫影響，變壓器壽命會(huì)縮短，嚴(yán)重的甚至燒壞。3.5.2中性線由于電流過大燒斷時(shí)，對(duì)單相用戶的家用電器可能造成嚴(yán)重危害如圖3所示。在三相四線制電路中，L］相帶一個(gè)220V、150W燈炮，L2相帶一個(gè)220V、15W燈泡,L3相未帶負(fù)荷?，F(xiàn)假設(shè)燈泡前的中性線因故斷開，則150W和15W燈泡相當(dāng)于串聯(lián)后接在380V回路中。設(shè)其阻值分別為比和R2。150W燈泡上的電壓僅為35V，微微發(fā)紅；而15W燈泡上的電壓則高達(dá)345V，不久即燒毀。其他家用電器也有類似現(xiàn)象。若三相負(fù)載平衡，即使中性線偶爾斷開，各相負(fù)載電壓也相差無幾，不至于燒毀電器。圖3中性線斷后引起負(fù)荷電壓不對(duì)稱3.5.3中性線由于電流過大燒斷時(shí)，會(huì)加重觸電危險(xiǎn)當(dāng)中性線斷開點(diǎn)之后的電氣設(shè)備單相碰売時(shí)，這時(shí)斷開點(diǎn)之后采用接零保護(hù)的所有用電設(shè)備，便會(huì)帶有較高的接觸電壓，使接觸該設(shè)備的人有觸電的危險(xiǎn)。雖然零線采用重復(fù)接地減小了這種觸電的危險(xiǎn)性，但這種現(xiàn)象也不可避免。3.6三相負(fù)載不平衡時(shí)，會(huì)增加線路上的能量損耗。對(duì)于三相四線制線路，當(dāng)三相功率因數(shù)相等而各相電流不等時(shí)，線損為辱｛［（1凡）2+（『』2+（*1丿］/3颶+.叫式中：【A、Ib、Ic分別為各相負(fù)載電流，IN為流過中性線的電流,R為三相輸電線的電阻，Rn為中性線電阻。從式中可以看出不平衡度越大，則線路損耗也越大，中性線電流越大，中性線截面越細(xì)（阻抗大），損耗也越大。3.7三相負(fù)載不對(duì)稱使各相電壓不平衡由于配電變壓器按對(duì)稱運(yùn)行情況設(shè)計(jì)，制造其每相繞組的電阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。相負(fù)載對(duì)稱時(shí)，三相電流相等，則變壓器的內(nèi)部壓降相同，所以其輸出電壓是對(duì)稱的。當(dāng)相負(fù)載不對(duì)稱時(shí),各相電流不一致，因此每相在變壓器內(nèi)部的電壓降低也就不相等，造成相輸出電壓不對(duì)稱。當(dāng)變壓器三相負(fù)載不平衡時(shí)，中性線電流較大。由于中性線具有較大的阻抗壓降，從而中性點(diǎn)位移，各相電壓發(fā)生變化。當(dāng)A相負(fù)載為感性時(shí)，A相電壓變化最嚴(yán)重，B相次之，C相最??；當(dāng)A相負(fù)載為電阻性時(shí)，B相電壓變化最為嚴(yán)重。當(dāng)中性線電流為額定電流的25%時(shí)，在感性負(fù)載的情況下，負(fù)載相的電壓變化率為8%；當(dāng)中性線電流為額定電流的50%時(shí)，負(fù)載相的電壓變化率達(dá)12%，而非負(fù)載相則不超過5%。這種電壓變化造成有些相的電壓過高或過低，這對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行和安全極為不利。3.8三相負(fù)載不對(duì)稱使零序電流增大，局部鋼構(gòu)件溫度升高三相負(fù)載不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生零序電流，這個(gè)零序電流隨不對(duì)稱程度大小而變化，不對(duì)稱程度越大，零序電流也就越大。由于零序電流的存在，在變壓器鐵芯中產(chǎn)生零序磁通，而高壓側(cè)沒有零序電流，這就迫使零序磁通只能從變壓器的油箱壁及鋼結(jié)構(gòu)件中通過，而這些鋼構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)不考慮導(dǎo)磁，所以磁滯和鍋流損耗造成鋼構(gòu)件局部溫度升高，從而造成了功率損耗。3.9三相負(fù)載不平衡，降低了電動(dòng)機(jī)的效率由于變壓器相負(fù)載不平衡引起的平衡電壓，存在著正序、負(fù)序、零序個(gè)電壓分量。當(dāng)通入電動(dòng)機(jī)以后，負(fù)序電動(dòng)勢(shì)就產(chǎn)牛與正序電動(dòng)勢(shì)相反的旋轉(zhuǎn)磁場，起到制動(dòng)作用。由于正序磁場比負(fù)序磁場大，電動(dòng)機(jī)仍與正序磁場旋轉(zhuǎn)方向一致，但由于負(fù)序磁場的制動(dòng)作用，電動(dòng)機(jī)輸出功率減少。如果電動(dòng)機(jī)的中性線接零，還將有零序電流通過。這個(gè)零序電流在繞組電阻消耗電能增加電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，同時(shí)還產(chǎn)牛一個(gè)脈振磁場，消耗較大的尤功功率。上述可知，變壓器不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，將使電動(dòng)機(jī)的效率降低并增加電動(dòng)機(jī)的溫升和尤功消耗，這是不經(jīng)濟(jì)和不安全的。3.10三相負(fù)載不平衡，增加輸電線路損耗電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的功率損耗與線路電流的平方成正比。三相負(fù)載對(duì)稱和小對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，在送電容量相同情況下，三相負(fù)載不對(duì)稱造成的線路損耗是比較大的，運(yùn)行是極不經(jīng)濟(jì)的。4一般調(diào)整方法隨著人們生活水平的提高，照明設(shè)備、家用電器的增多，加之農(nóng)副加工業(yè)、小企業(yè)、小商店、動(dòng)植物養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，使得單相負(fù)荷成為農(nóng)村低壓配電網(wǎng)的主要用戶，因此在農(nóng)村電網(wǎng)搞負(fù)載三相平衡是十分必要的。在單相負(fù)載很多的城市低壓配電網(wǎng)也有類似現(xiàn)象。負(fù)載三相平衡的調(diào)整方法常見的有以下幾種：4.1根據(jù)用戶類型均衡分配負(fù)載用電戶一般分為5類：一類為高用電戶，其中房屋多、照明燈多、家用電器多，用電時(shí)間長，用電量大；一類為一般用戶；一類為低用電戶，其家中燈泡少，家用電器少，每天主要在晚上負(fù)荷高峰期間用一會(huì)兒電，用電量很少；一類為小企業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)用戶等，其家中有容量較大的單相負(fù)荷，（如小水泵、電熱器具、其他加工機(jī)具等），用電有一定規(guī)律性，再一類是小商戶，平時(shí)如一般用電戶，夏季連續(xù)幾個(gè)月使用冰柜。為了使三相負(fù)載電流在多數(shù)時(shí)間接近或相等，則每相上應(yīng)接這五類用戶各1/3。4.2根據(jù)用戶用電性質(zhì)均衡分配負(fù)載現(xiàn)代大樓辦公設(shè)備上使用較多的單相凈化穩(wěn)壓電源，往往呈容性，而傳統(tǒng)的白熾燈、日光燈均呈阻性和感性。因此在三相四線制供電系統(tǒng)中，要力求按負(fù)荷的性質(zhì)和功率大小均勻分配三相負(fù)荷，同時(shí)中性線的截面積不要選擇太小，以免電流過大造成事故。4.3做到三相負(fù)載的三級(jí)平衡⑴配電變壓器出口平衡：在配電盤上部的低壓進(jìn)線上測定三相電流相等，中性線電流為零。（2） 線路出口平衡：在配電盤下部的各路低壓線路出線上測定三相電流相等，中性線電流為零。（3） 接點(diǎn)（桿塔上的下戶線接點(diǎn)）平衡。接點(diǎn)平衡，即用電戶的就地平衡，是基礎(chǔ)，自下而上，才能達(dá)到低壓電網(wǎng)處處平衡。農(nóng)村低壓線路遍布大街小巷，若干線下戶線從某桿基上引下，此處稱接點(diǎn)。接點(diǎn)平衡即該點(diǎn)處的單相負(fù)荷均衡地分配到三相上，即負(fù)荷就地平衡。所有接