三相電流不平衡等因素產(chǎn)生的主要危害:
1、旋轉(zhuǎn)電機(jī)在不對(duì)稱狀態(tài)下運(yùn)行,會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生附加損耗及發(fā)熱,從而引起電機(jī)整體或局部升溫,此外反向磁場(chǎng)產(chǎn)生附加力矩會(huì)使電機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)。 對(duì)發(fā)電機(jī)而言,在定子中還會(huì)形成一系列高次諧波。
2、引起以負(fù)序分量為啟動(dòng)元件的多種保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作,直接威脅電網(wǎng)運(yùn)行。
3、對(duì)發(fā)電機(jī)、變壓器而言,當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時(shí),如控制最大相電流為額定值,則其余兩相就不能滿載,因而設(shè)備利用率下降,反之如要維持額定容量,將會(huì)造成負(fù)荷較大的一相過負(fù)荷,而且還會(huì)出現(xiàn)磁路不平衡致使波形畸變,設(shè)備附加損耗增加等。
1.對(duì)配電變壓器的影響
(1)三相負(fù)荷不平衡將增加變壓器的損耗:
變壓器的損耗包括空載損耗和負(fù)荷損耗。正常情況下變壓器運(yùn)行電壓基本不變,即空載損耗是一個(gè)恒量。而負(fù)荷損耗則隨變壓器運(yùn)行負(fù)荷的變化而變化,且與負(fù)荷電流的平方成正比。當(dāng)三相負(fù)荷不平衡運(yùn)行時(shí),變壓器的負(fù)荷損耗可看成三只單相變壓器的負(fù)荷損耗之和。
從數(shù)學(xué)定理中我們知道:假設(shè)a、b、c 3個(gè)數(shù)都大于或等于零,那么a+b+c≥33√abc 。
當(dāng)a=b=c時(shí),代數(shù)和a+b+c取得最小值:a+b+c=33√abc 。
因此我們可以假設(shè)變壓器的三相損耗分別為:qa=ia2 r、qb= ib2 r 、qc =ic2 r,式中ia、ib、ic分別為變壓器二次負(fù)荷相電流,r為變壓器的相電阻。則變壓器的損耗表達(dá)式如下:
qa+qb+qc≥33√〔(ia2 r)(ib2 r)(ic2 r)〕
由此可知,變壓器的在負(fù)荷不變的情況下,當(dāng)ia=ib=ic時(shí),即三相負(fù)荷達(dá)到平衡時(shí),變壓器的損耗最小。
則變壓器損耗:
當(dāng)變壓器三相平衡運(yùn)行時(shí),即ia=ib=ic=i時(shí),qa+qb+qc=3i2r;
當(dāng)變壓器運(yùn)行在最大不平衡時(shí),即ia=3i,ib=ic=0時(shí),qa=(3i)2r=9i2r=3(3i2r);
即最大不平衡時(shí)的變損是平衡時(shí)的3倍。
(2)三相負(fù)荷不平衡可能造成燒毀變壓器的嚴(yán)重后果:
上述不平衡時(shí)重負(fù)荷相電流過大(增為3倍),超載過多,可能造成繞組和變壓器油的過熱。繞組過熱,絕緣老化加快;變壓器油過熱,引起油質(zhì)劣化,迅速降低變壓器的絕緣性能,減少變壓器壽命(溫度每升高8℃,使用年限將減少一半),甚至燒毀繞組。
(3)三相負(fù)荷不平衡運(yùn)行會(huì)造成變壓器零序電流過大,局部金屬件溫升增高:
在三相負(fù)荷不平衡運(yùn)行下的變壓器,必然會(huì)產(chǎn)生零序電流,而變壓器內(nèi)部零序電流的存在,會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生零序磁通,這些零序磁通就會(huì)在變壓器的油箱壁或其他金屬構(gòu)件中構(gòu)成回路。但配電變壓器設(shè)計(jì)時(shí)不考慮這些金屬構(gòu)件為導(dǎo)磁部件,則由此引起的磁滯和渦流損耗使這些部件發(fā)熱,致使變壓器局部金屬件溫度異常升高,嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致變壓器運(yùn)行事故。
2.對(duì)高壓線路的影響
(1)增加高壓線路損耗:
低壓側(cè)三相負(fù)荷平衡時(shí),6~10k v高壓側(cè)也平衡,設(shè)高壓線路每相的電流為i,其功率損耗為: δp1 = 3i2r
低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡將反映到高壓側(cè),在最大不平衡時(shí),高壓對(duì)應(yīng)相為1.5i,另外兩相都為0.75 i,功率損耗為:
δp2 = 2(0.75i)2r+(1.5i)2r = 3.375i2r =1.125(3i2r);
即高壓線路上電能損耗增加12.5%。
(2)增加高壓線路跳閘次數(shù)、降低開關(guān)設(shè)備使用壽命:
我們知道高壓線路過流故障占相當(dāng)比例,其原因是電流過大。低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡可能引起高壓某相電流過大,從而引起高壓線路過流跳閘停電,引發(fā)大面積停電事故,同時(shí)變電站的開關(guān)設(shè)備頻繁跳閘將降低使用壽命。
3.對(duì)配電屏和低壓線路的影響
(1)三相負(fù)荷不平衡將增加線路損耗:
三相四線制供電線路,把負(fù)荷平均分配到三相上,設(shè)每相的電流為i,中性線電流為零,其功率損耗為: δp1 = 3i2r
在最大不平衡時(shí),即某相為3i,另外兩相為零,中性線電流也為3i,功率損耗為:
δp2 = 2(3i)2r = 18i2r = 6(3i2r);
即最大不平衡時(shí)的電能損耗是平衡時(shí)的6倍,換句話說,若最大不平衡時(shí)每月?lián)p失1200 kwh,則平衡時(shí)只損失200 kwh,由此可知調(diào)整三相負(fù)荷的降損潛力。
(2)三相負(fù)荷不平衡可能造成燒斷線路、燒毀開關(guān)設(shè)備的嚴(yán)重后果:
上述不平衡時(shí)重負(fù)荷相電流過大(增為3倍),超載過多。由于發(fā)熱量q=0.24i2rt,電流增為3倍,則發(fā)熱量增為9倍,可能造成該相導(dǎo)線溫度直線上升,以致燒斷。且由于中性線導(dǎo)線截面一般應(yīng)是相線截面的50%,但在選擇時(shí),有的往往偏小,加上接頭質(zhì)量不好,使導(dǎo)線電阻增大。中性線燒斷的幾率更高。
同理在配電屏上,造成開關(guān)重負(fù)荷相燒壞、接觸器重負(fù)荷相燒壞,因而整機(jī)損壞等嚴(yán)重后果。
4.對(duì)供電企業(yè)的影響
供電企業(yè)直管到戶,低壓電網(wǎng)損耗大,將降低供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,甚至造成供電企業(yè)虧損經(jīng)營。農(nóng)電工承包臺(tái)區(qū)線損,線損高農(nóng)電工獎(jiǎng)金被扣發(fā),甚至連工資也得不到,必然影響農(nóng)電工情緒,輕則工作消極,重則為了得到錢違法犯罪。
變壓器燒毀、線路燒斷、開關(guān)設(shè)備燒壞,一方面增大供電企業(yè)的供電成本,另一方面停電檢修、購貨更換造成長時(shí)間停電,少供電量,既降低供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,又影響供電企業(yè)的聲譽(yù)。
5.對(duì)用戶的影響
三相負(fù)荷不平衡,一相或兩相畸重,必將增大線路中的電壓降,降低電能質(zhì)量,影響用戶的電器使用。
變壓器燒毀、線路燒斷、開關(guān)設(shè)備燒壞,影響用戶供電,輕則帶來不便,重則造成較大的經(jīng)濟(jì)損失,如停電造成養(yǎng)殖的動(dòng)植物死亡,或不能按合同供貨被懲罰等。中性線燒斷還可能造成用戶大量低壓電器被燒毀的事故。