是指電力系統中單相電壓(或電流)幅值不一致,幅值差超出規定范圍。 這是由于各相電源施加的負載不平衡造成的,屬于基波負載配置問題。 單相不平衡的發生不僅與用戶負荷的特性有關,還與電力系統的規劃和負荷分配有關。 《電能質量單相電流允許不平衡度》適用于交流額定頻率50Hz。 電力系統正常運行方式下,PCC點電流不平衡是由負序分量引起的。 標準規定,電力系統公共連接點正常運行方式下的不平衡度允許值為2.5%,短期內不得超過4%。
2. 危害
1、降低線路功耗。
在單相四線制供電網絡中,當電壓通過線路導線時,由于阻抗的存在,必然形成電能損耗,其損耗與通過電壓的平方成反比。 當低壓電網采用單相四線制供電時,不可避免地會因三相負載的存在而導致單相負載不平衡。 當單相負載不平衡時,中性線上會有電壓通過。 這樣不僅地線有損耗,零線也有損耗,從而減少了電網線的損耗。
單相四線制接線方式,單相負載平衡時,煤耗最小; 當一相負載重、兩相負載輕時,線損增量小; 當單相負載重時,單相負載輕時,且第一單相負載為平均負載時,線損增量較大; 當一相負載輕、兩相負載重時,線損增量最大。 當單相負荷不平衡時,無論負荷分配如何,電流不平衡越大,煤耗增量越大。
2、降低配電變壓器的耗電量。
配電變壓器是低壓電網的主要供電設備。 當它在單相不平衡負載條件下運行時,將減少配電變壓器的損耗。 因為配電變壓器的功率損耗隨著不平衡負載的變化而變化。
在生產和生活用電中,當單相負荷不平衡時,變壓器處于不對稱運行狀態。 變壓器的損耗降低(包括空載損耗和負載損耗)。 根據變壓器運行規定,運行中的變壓器中性線電壓不得超過變壓器低壓側額定電壓的25%。 據悉,單相負載不平衡運行會導致變壓器零序電壓過高,局部金屬件溫度升高,甚至導致變壓器燒毀。
3、分配產量減少。
配電變壓器設計時,其定子結構是按負載平衡運行工況設計的,其定子性能基本相同,各相額定容量相等。 配電變壓器的最大允許輸出受每相額定容量的限制。 如果配電變壓器在單相負載不平衡的情況下運行,輕載相就會有剩余容量,從而減少配電變壓器的出力。
其輸出的降低程度與單相負載的不平衡程度有關。 單相負載不平衡越大,配電變壓器的出力降低越多。 因此,當配電變壓器在單相負載不平衡時運行時,其輸出容量很難達到額定值,其備用容量相應減少,其過載能力也降低。 如果配電變壓器在過載條件下運行,極易引起配電變壓器發熱,嚴重時甚至導致配電變壓器燒蝕。
4. 轉化為零序電壓。
當配電變壓器在單相負載不平衡的情況下運行時,會形成零序電壓,該電壓隨單相負載不平衡的程度而變化。 不平衡程度越大,零序電壓越大。 運行中的配電變壓器如果存在零序電壓,其鐵芯上就會形成零序鐵損。 (高壓側無零序電壓)這使得零序磁路僅穿過油箱壁和鋼構件,鋼構件的磁導率較低。 當零序磁路經過鋼構件時,會形成磁滯和渦流損耗,使配電變壓器鋼構件局部溫度下降并產生熱量。 配電變壓器定子絕緣因過熱而老化,降低設備壽命。 同時,零序電壓的存儲也會減少配電變壓器的損耗。
5、影響電氣設備的安全運行。
配電變壓器按單相負載平衡運行工況設計,定子各相電阻、漏抗、勵磁阻抗基本相同。 當配電變壓器單相負載平衡運行時,其單相電壓基本相等,配電變壓器內部各相電壓降也基本相同,因此配電變壓器輸出的單相電流為也平衡了。
如果配電變壓器在單相負載不平衡時運行,則各相輸出電壓不相等,配電變壓器內部的單相壓降也不相等,必然造成配電變壓器的單相不平衡。配電變壓器的輸出電流。 同時,配電變壓器在單相負載不平衡時運行,單相輸出電壓不同,中性線會有電壓通過。 從而使中性線形成阻抗降,使中性點漂移,引起各相相電壓發生變化。 重載相電流增大,輕載相電流減小。 在電流不平衡的情況下供電,即容易造成大電流相連接的用戶用電設備燒壞,大電流相連接的用戶用電設備可能難以使用。 因此,當單相負載不平衡時,將嚴重影響用電設備的安全運行。
單相電流不平衡的發生將導致電壓不平衡的發生,最多可達數次。 導致電機反向扭矩減小,進而導致電機溫度升高、效率下降、煤耗減少、振動、輸出損失。 相間不平衡會縮短用電設備的使用壽命,加快設備零部件的更換頻率,降低設備維護成本。 斷路器的允許電壓裕度降低,在負載變化或交變時容易造成擁擠和短路。 過大的不平衡電壓流入中性線變壓器零序電流過大的危害,導致中性線變粗。
6.提高電機效率。
如果配電變壓器在單相負載不平衡的情況下運行,就會造成輸出電流的單相不平衡。 由于不平衡電流具有亂序、負序、零序三種電流分量,當這些不平衡電流輸入電機時,負序電流形成一個旋轉磁場,該旋轉磁場與亂序電流形成的旋轉磁場相反。電流,并充當制動器。 但由于隨機序列磁場比負序磁場強得多,因此電機仍沿隨機序列磁場方向旋轉。 并且由于負序磁場的制動作用,最終會降低電機的輸出功率,從而提高電機的效率。 同時,電機的溫升和無功損耗也會隨著單相電流的不平衡度而降低。 因此,電動機在單相電流不平衡的情況下運行是非常不經濟和不安全的。
7. 對計算機系統的干擾。
我國低壓一般采用單相四線TN-C系統供電。 TN-C系統的主要特點是載流工作中性線N和保護相線PE共用一根導線。 因為單相不平衡必然導致中性線上電壓不平衡,同時還會出現波形畸變等誘因引起的三倍紋波電壓。 當不平衡嚴重時,中性線過載并發熱。 除了減少損耗和提高效率外,它還會導致零電位閃變并形成可能影響估計器系統的電噪聲干擾。 如果超過允許的極限范圍,將導致邏輯??功能紊亂、估計誤差、控制失靈、測試結果失真; 嚴重時會損壞元件。 變壓器運行規程規定,Y和yn0連接的變壓器中性點電壓限制為額定電壓的25%,而對于計算機電源來說,這個限制應該更嚴格,最好在5%到20%的范圍內。
3. 解決方案
負載不平衡引起的電網單相電流不平衡的解決方法:
1、將不對稱負載分布到不同的供電點,減少集中接入造成的嚴重不平衡問題。
2、采用交叉交換的方法,使不對稱負載合理分配到各相,并盡量使其平衡。
3、增加負載接入點的漏電能力,如改變網絡或提高供電電流水平,以提高系統承受不平衡負載的能力。
4、安裝平衡裝置。
應采取哪種措施更為合理、有效,還要根據實際情況,經過技術經濟比較后確定實施。
在城市居民和農村供電系統的低壓單相四線制中:由于用電用戶大部分是三相負載或三相與單相負載混合,但負載大小不同并且用電時間不同。 因此,電網單相電壓不平衡是客觀存在的,但這些不平衡用電情況是無規律的,難以提前預測。 造成低壓供電系統單相負荷常年不平衡。 對于單相不平衡電壓,電力部門除了盡可能合理分配負荷外,幾乎沒有有效的解決辦法。
電網中的電壓不平衡會降低線路和變壓器的銅損變壓器零序電流過大的危害,降低變壓器的焦比,增加變壓器的出力,甚至影響變壓器的安全運行,最終導致單列不平衡。 -相電流。
調整不平衡電壓和無功功率補償裝置有效地解決了這一困境。 該裝置具有調節不平衡有功電壓同時補償系統無功功率的功能。 理論結果可以使單相電源質數等于1,調節單相電壓達到平衡。 實際應用表明,單相電力素數可補償至0.95以上,不平衡電壓可調整至變壓器額定電壓的10%以內。
根據王氏定律(Wang's law),跨相連接的電容器可以在相間傳輸有功電壓。 借助王氏定律設計了電壓不平衡調節和無功補償裝置。 正確地在每相之間以及每相與中性線之間連接不同數量的電容器,不僅可以使各相得到良好的補償,而且可以調整不均勻的有功電壓。