I. Vad är tre-obalans?
Termen "tre-fasobalans" syftar vanligtvis på ojämna strömbelastningar över var och en av de tre strömförande ledningarna. Formeln för effektberäkning är följande:
Effektberäkningsformeln visar att effektstorleken bestäms av spänning, ström och effektfaktor. Tre-spänningsfluktuationer och avvikelser är minimala och förblir i praktiken konstanta. I typiska trefaskretsar, där två-fasutrustning dominerar, förblir trefaseffektfaktorn nästan enhetlig. Övervakning av trefasströmmar möjliggör därför noggrann bedömning av systembalansen.
II. Mätindikatorer
Den nationella standarden (t.ex. GB/T 15543-2019 "Tre-fas spänningsobalans") definierar:
1. Kriterier för bedömning av spänningsobalans:
De tillåtna värdena anges vanligtvis som:
Den trefasiga obalansgraden är mindre än eller lika med 2 % under normal drift, och användaränden tillåts vara mindre än eller lika med 3 %
.
2. Aktuella kriterier för bedömning av obalans:
Imax är den maximala strömmen bland de tre-fasströmmarna och Iavg är medelströmmen.
Det allmänna kravet är att den trefasiga strömobalansen ska vara mindre än eller lika med 10 %, medan den för specialutrustning som motorer bör vara mindre än eller lika med 5 %.
III. Orsaker till förekomst
När tre-obalans uppstår bör vi välja lämpliga behandlingsmetoder enligt motsvarande orsaker. Generellt sett inkluderar de främsta orsakerna till trefasobalans ojämn lastfördelning mellan de tre faserna, jordfel, faslinjebrott, resonans och inkonsekventa effektfaktorer över faserna.
Orsaker till trefasig spänningsobalans.-
De primära orsakerna till trefasspänningsobalans i kraftsystem är lastobalans och systemimpedansobalans. Lastobalans är huvudorsaken till trefas spänningsobalans, med anmärkningsvärda enfasbelastningar inklusive elektriska lokomotiv och svetsmaskiner. I kraftsystem uppvisar trefasgeneratorer och transformatorer god symmetri och påverkar inte trefasspänningsobalansen. Därför orsakas systemets impedansobalans huvudsakligen av obalanserad strömförsörjningsledningsimpedans. När tre-fasledare (luftledningar eller kablar) är anordnade horisontellt eller vertikalt måste fasförskjutningsåtgärder implementeras för att upprätthålla trefasimpedansbalansen.
Orsaker till trefasig nuvarande obalans
De främsta orsakerna till trefas spänningsobalans i kraftsystemet är enfasbelastning (t.ex. belysning, hushållsapparater) koncentrerad till enfas och trefas utrustningsfel (t.ex. kortslutning i motorlindningen).
IV. Faror och kontroll av tre-obalans
- Faror och kontroll av trefas spänningsobalans-
1. Faror orsakade av trefas spänningsobalans
(1) När transformatorn är i obalanserad belastning är en fasspänning vid full belastning medan de andra två faserna inte är det, vilket gör att transformatorns kapacitet inte utnyttjas fullt ut. Samtidigt är transformatorn i obalanserad belastning under lång tid, vilket orsakar lokal överhettning och minskar dess livslängd.
(2) I ett trefas obalanserat strömförsörjningssystem genererar negativ sekvensström ytterligare förluster, vilket ökar linjeförlusterna och spänningsfallet. Dessutom förstärker det störning av kommunikationssystem, vilket äventyrar normal kommunikationskvalitet.
(3) Det kan göra att reläskyddet inte fungerar.
(4) Känsliga laster kan orsaka felfunktion.
(5) Den negativa sekvenskomponenten ökar kopparförlusterna i motorns stator och rotor, vilket orsakar överhettning och accelererar isoleringens åldrande, vilket minskar dess livslängd.
2. Åtgärder för att korrigera trefas spänningsobalans-
(1) Prioritera först trefas symmetrisk elektrisk utrustning-.
(2) För enfasbelastningar, fördela dem rimligt mellan de tre faserna för att uppnå optimal lastbalans över alla faser.
(3) När enfasbelastningar inte kan fördelas korrekt i ett trefassystem, bör de anslutas till olika strömförsörjningspunkter.
(4) För enfasbelastningar med högt effektbehov används en dedikerad enfastransformator för att leverera ström.
(5) Installera trefasbalanseringsutrustning.
- Faror och kontroll av tre-strömobalans
1. Faror orsakade av trefasig strömobalans
I det dagliga livet finns många enfas-- och trefasbelastningar. Om den neutrala ledningen (N-linjen) och den skyddande jordledningen (PE-linjen) delas, skulle det vara likvärdigt med att ansluta ett stort antal enfasiga-- och trefasenheter till ett TN-C-strömförsörjningssystem. Vilka skulle konsekvenserna bli?
Tre-fasobalans ökar nollledningsströmmen, höjer nollledningspotentialen och ökar linjeförlusterna. Särskilt en bruten neutralledning orsakar betydande spänningsspikar i en fas och avsevärda fall i en annan. Den överbelastade fasen kan skadas, medan utrustning i under-spänningsfasen blir obrukbar.
Trefas obalans ökar transformatorförlusterna, eftersom effektförlusten i distributionstransformatorer varierar med lastobalansen. Det orsakar också större spänningsavvikelser över alla tre faserna, vilket minskar effektiviteten hos anslutna elektriska enheter.
(1) När trefasströmmen är obalanserad
Med många enfasenheter är det omöjligt att upprätthålla en konstant trefasig belastningsbalans-. När den är obalanserad flyter en obalanserad ström genom den neutrala ledningen, vilket orsakar spänningsfluktuationer. Spänningsnivån beror på den neutrala linjeströmmen och motstånd-högre ström och resistans resulterar i högre spänning.
Om noll- och jordledningarna delas, när den trefasiga obalanserade nollledningen blir strömsatt, kommer utrustningens hölje att elektrifieras. Denna spänning kan variera från flera volt till dussintals volt. Även om denna spänning inte är hög kan den generera en elektrisk ljusbåge, antända brandfarliga eller explosiva material och orsaka brand.
Till exempel, när en trefasfläkt är monterad på ett stålvinkelfäste som är fäst vid marken (eller metallplattform), kan strömförande elektrisk ström från fläktens hölje flöda genom fästet till jorden. Om fästets skruvar är lösa och motorn vibrerar kan detta skapa en elektrisk ljusbåge vid skruvkontaktpunkterna. Om brandfarliga eller explosiva material finns i närheten kan brand uppstå.
(2) Enfas utrustnings nollledningsbrott
Det är allmänt erkänt att en bruten nollledning tillåter strömförande att överföras genom elektriska enheter till nollan, vilket resulterar i strömförande noll. Om huvudnollledningen i en hushållskrets bryts och nollan delar samma jordledning, skulle alla elektriska utrustningar i hushållet bli strömförande, vilket utgör en betydande säkerhetsrisk.
(3) Den neutrala ledningen är bruten.
En bruten neutralledning i strömförsörjningssystemet, i kombination med obalanserade trefaslaster, kan göra att neutralledningen tappar jordning och resulterar i allvarliga neutralpunktsavvikelser. Detta leder till slut till fullständig trefasspänningsasymmetri, där fas A-spänningen kan sjunka till över 100 volt, fas B-spänningen kan stiga till 300 volt och den neutrala linjespänningen kan också nå flera tiotals volt.
2. Åtgärder för att rätta till trefasig nuvarande obalans
(1) Lastomfördelning, jämn fördelning av enfaslaster- över tre-fassystem.
(2) Installera automatiska kompensations- och balanseringsanordningar för reaktiv effekt.
(3) Balanserad integration av distribuerade kraftkällor.
(4) Övervakning och varning: Installera smarta övervakningsenheter (t.ex. smarta gateways eller energimätningsmoduler) i kraftdistributionssystemet för att kontinuerligt övervaka trefas ström/spänningsbalans.
Därför bör trefaslasten i ett-lågspänningsdistributionssystem balanseras, med kapacitetsskillnaden mellan faserna som inte överstiger 15 %. Med andra ord bör den maximala fasbelastningen inte överstiga 1,15 gånger den genomsnittliga trefasbelastningen.
V. Slutsats
Effekten av trefasobalans är inte isolerad utan bildar en ond cirkel från "nätsidan" till "utrustningssidan": "ökade systemförluster → utrustningsfel → belastningsfluktuationer → försämrad obalans." Därför kräver praktiska tillämpningar åtgärder som "optimering av lastfördelning under designfasen, real-övervakning under drift och installation av balanserande kompensationsanordningar" för att hålla obalansen inom nationella standarder och därigenom minska riskerna vid källan.