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三相不平衡的成因与解决方案----上海诺易电器


作者:上海诺易电器有限公司            来源:http://www.shnuoyi.com              日期:2014年11月18日


        关键词:变频电源无触点稳压器,三相不平衡

一、低压电网三相平衡的重要性
        1、三相负荷平衡是安全供电的基础。三相负荷不平衡,轻则降低线路和配电变压器的供电效率,重则会因重负荷相超载过多,可能造成某相导线烧断、开关烧坏甚至配电变压器单相烧毁等严重后果。
        2、三相负荷平衡才能保证用户的电能质量。三相负荷严重不对称,中性点电位就会发生偏移,线路压降和功率损失就会大大增加。接在重负荷相的单相用户易出现电压偏低,电灯不亮、电器效能降低、小水泵易烧毁等问题。而接在轻负荷相的单相用户易出现电压偏高,可能造成电器绝缘击穿、缩短电器使用寿命或损坏电器。对动力用户来说,三相电压不平衡,会引起电机过热现象。
        3、三相负荷保持平衡是节约能耗、降损降价的基础。三相负荷不平衡将产生不平衡电压,加大电压偏移,增大中性线电流,从而增大线路损耗。实践证明,一般情况下三相负荷不平衡可引起线损率升高2%-10%,三相负荷不平衡度若超过10%,则线损显著增加。 有关规程规定:配电变压器出口处的负荷电流不平衡度应小于10%,中性线电流不应超过低压侧额定电流的25%,低压主干线及主要分支线的首端电流不平衡度应小于20%。通过电网技术改造,要真正使低压电网线损达到12%以下,上述指标只能紧缩,不能放大。
        4、只有三相阻抗平衡,才能保证低压漏电总保护良好运行,防止人身触电伤亡事故。

二、三相负载不平衡的影响
        1、增加线路的电能损耗。在三相四线制供电网络中,电流通过线路导线时,因存在阻抗必将产生电能损耗,其损耗与通过电流的平方成正比。当低压电网以三相四线制供电时,由于有单相负载存在,造成三相负载不平衡在所难免。 当三相负载不平衡运行时,中性线即有电流通过。这样不但相线有损耗,而且中性线也产生损耗,从而增加了电网线路的损耗。
        2、增加配电变压器的电能损耗。配电变压器是低压电网的供电主设备,当其在三相负载不平衡工况下运行时,将会造成配变损耗的增加。因为配变的功率损耗是随负载的不平衡度而变化的。
        3、配变出力减少。配变设计时,其绕组结构是按负载平衡运行工况设计的,其绕组性能基本一致,各相额定容量相等。配变的最大允许出力要受到每相额定容量的限制。假如当配变处于三相负载不平衡工况下运行,负载轻的一相就有富余容量,从而使配变的出力减少。其出力减少程度与三相负载的不平衡度有关。三相负载不平衡越大,配变出力减少越多。为此,配变在三相负载不平衡时运行,其输出的容量就无法达到额定值,其备用容量亦相应减少,过载能力也降低。假如配变在过载工况下运行,即极易引发配变发热,严重时甚至会造成配变烧损.
        4、配变产生零序电流。配变在三相负载不平衡工况下运行,将产生零序电流,该电流将随三相负载不平衡的程度而变化,不平衡度越大,则零序电流也越大。运行中的配变若存在零序电流,则其铁芯中将产生零序磁通。(高压侧没有零序电流)这迫使零序磁通只能以油箱壁及钢构件作为通道通过,而钢构件的导磁率较低,零序电流通过钢构件时,即要产生磁滞和涡流损耗,从而使配变的钢构件局部温度升高发热。配变的绕组绝缘因过热而加快老化,导致设备寿命降低。同时,零序电流的存也会增加配变的损耗。
        5、影响用电设备的安全运行。配变是根据三相负载平衡运行工况设计的,其每相绕组的电阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。当配变在三相负载平衡时运行,其三相电流基本相等,配变内部每相压降也基本相同,则配变输出的三相电压也是平衡的。 假如配变在三相负载不平衡时运行,其各相输出电流就不相等,其配变内部三相压降就不相等,这必将导致配变输出电压三相不平衡。同时,配变在三相负载不平衡时运行,三相输出电流不一样,而中性线就会有电流通过。因而使中性线产生阻抗压降,从而导致中性点漂移,致使各相相电压发生变化。负载重的一相电压降低,而负载轻的一相电压升高。在电压不平衡状况下供电,即容易造成电压高的一相接带的用户用电设备烧坏,而电压低的一相接带的用户用电设备则可能无法使用。所以三相负载不平衡运行时,将严重危及用电设备的安全运行.
        6、电动机效率降低。配变在三相负载不平衡工况下运行,将引起输出电压三相不平衡。由于不平衡电压存在着正序、负序、零序三个电压分量,当这种不平衡的电压输入电动机后,负序电压产生旋转磁场与正序电压产生的旋转磁场相反,起到制动作用。但由于正序磁场比负序磁场要强得多,电动机仍按正序磁场方向转动。而由于负序磁场的制动作用,必将引起电动机输出功率减少,从而导致电动机效率降低。同时,电动机的温升和无功损耗,也将随三相电压的不平 衡度而增大。所以电动机在三相电压不平衡状况下运行,是非常不经济和不安全的。

三、如何实现三相平衡
        1、调整三相负载使之趋于平衡,这是无需增加设备投资的最佳降损措施。把单相用户均衡地接在 A 、 B 、 C 三相上,减少中性线电流,降低损耗。同时要减少单相负载接户线的总长度。
       2、在实际操作中,以调整三相负载平衡来控制三相电压平衡的办法很难实施,部分三相用电设备自身就是三相不平衡设备。例如医院用离心机等。这种情况下,建议为用电设备配备稳压电源。不论输入电压是否平衡,不论负载设备是否三相平衡,专业的稳压电源都可以对三相进行稳压。保持三相相电基本一致。
       上海诺易电器有限公司专业研发及生产智能无触点稳压器变频电源动态电压恢复器直流电源等诸多产品。针对上述提到的三相不平衡问题,我司智能无触点稳压器完全可以解决。智能无触点稳压器针对输入三相相电电压进行补偿,在三相相电各串入台隔离变压器,利用晶闸管投切补偿变压器进入相电电路进行电压补偿。针对三相平衡的负载,三相相电同时调整,针对三相不平衡的负载,三相相电分别调整。从而实现三相电压稳定。

输入

稳压范围

三相304V-456V,单相176V-264V

频率

47Hz-63Hz

出 输

额定电压

相电压220V,线电压380V (还可设定其它电压,如:400V等)

稳压精度

±(1-5)%可选择(常规设定为±2%)

响应时间

快(20-100ms)

波形失真

不产生附加波形畸变(静态)

效率

≥98%

三相不平衡度

三相电压自动平衡

延时输出

先稳压再输出(保护设备不受冲击)

护 保

过压

输出相电压超过10%,切断输出或不间断转向旁路

欠压

输出相电压低于10%,切断输出或不间断转向旁路

缺相

具备(自动切断)

过载

电子检测,过载3分钟内切断输出

过流

电子检测和断路器双重保护

短路

电子检测和断路器双重保护

旁路

不间断自动旁路

指示

电压

A、B、C、ΣABC三相分别具有真有效值LCD液晶显示

电流

A、B、C、ΣABC三相分别具有真有效值LCD液晶显示

工作状态

稳压状态/市电状态

异常

过压、欠压、过载、保险丝断

人机界面

智能化的人机界面操作面板,方便设定查询各种参数

工作方式

具有稳压和市电两种工作方式

过载能力

5倍额定电流1秒钟

人机界面

智能化的人机界面操作面板,方便设定查询各种参数




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