Какви са вредните ефекти от несбалансираност на трите фази в електроенергийните системи?

Несиметрията на трифазната система в електроенергийните системи предизвиква много нежелани ефекти, включително увеличени загуби на електрическа енергия в линиите, увеличени загуби на електрическа енергия в разпределителните трансформатори, намалена изходна мощност на разпределителните трансформатори, генериране на ток от нулева последователност в разпределителните трансформатори, застрашено безопасно функциониране на електрическото оборудване и намалена ефективност на електродвигателите. Как може да се намали несиметрията на трифазната система в електроенергийните системи? Следващата секция от Нантов Жифенг Електрическа Технология Ко., Лтд. предоставя подробно обяснение на вредите, причинени от несиметрията на трифазната система и подходи за нейното подобрване.

Вреди, причинени от несиметрията на трифазната система в електроенергийните системи:

1. Увеличени загуби на електрическа енергия в линиите

В трифазна четирижична електропреносна мрежа, когато токът тече през линейния проводник, загуби на електрическа енергия неизбежно възникват поради наличието на импеданс, а тези загуби са пропорционални на квадрата на тока. Когато ниското напрежение се подава чрез трифазна четирижична система, наличието на еднофазни товари неизбежно предизвиква дисбаланс на трифазното натоварване. При такива несбалансирани условия на натоварване, токът тече през неутралния проводник. Това води не само до загуби във фазните проводници, но и до загуби в неутралния проводник, което увеличава общите загуби в линиите на електропреносната мрежа.

2.Увеличени загуби на електрическа енергия в разпределителните трансформатори

Разпределителният трансформатор е основното електрозахранващо оборудване в ниското напрежение. Когато работи при условия на трифазен дисбаланс на натоварването, това предизвиква увеличаване на загубите в трансформатора, тъй като загубите на електроенергия в трансформатора зависят от степента на дисбаланс на натоварването.

3. Намаляване на изхода на разпределителния трансформатор

При проектирането на разпределителен трансформатор, неговата намотка е изработена при условия на балансирано натоварване, с еднакви характеристики на намотките и еднаква номинална мощност за всяка фаза. Максималният допустим изход на разпределителния трансформатор е ограничен от номиналната мощност на всяка фаза. Когато разпределителният трансформатор работи при несбалансирано трифазно натоварване, фазата с по-лекото натоварване притежава излишна мощност, което води до намаляване на изхода на трансформатора. Степента на намаляване на изхода зависи от степента на несбалансираното трифазно натоварване. Колкото по-голям е дисбалансът, толкова повече изходът на разпределителния трансформатор намалява. Следователно, когато работи при несбалансирано трифазно натоварване, изходната мощност на разпределителния трансформатор не може да достигне номиналната стойност, резервната му мощност също се намалява, а способността му за претоварване се понижава. Ако разпределителният трансформатор работи при условия на претоварване, съществува голям риск от загряване на трансформатора, което в сериозни случаи може дори да доведе до неговото изгаряне.

4. Генериране на ток с нулева последователност от разпределителния трансформатор

Когато разпределителният трансформатор работи в условия на несбалансиране на трифазното натоварване, се генерира нулева последователност на тока. Този ток варира в зависимост от степента на несбалансиране на трифазното натоварване; колкото по-голямо е несбалансирането, толкова по-голям е токът на нулева последователност. Ако в работещия разпределителен трансформатор съществува ток на нулева последователност, в неговото магнитно ядро ще се генерира магнитен поток на нулева последователност. (Високото напрежение не включва ток на нулева последователност.) Това принуждава магнитния поток на нулева последователност да преминава само през стените на масления резервоар и стоманените конструктивни компоненти. Тъй като магнитната проницаемост на стоманените компоненти е относително ниска, когато токът на нулева последователност преминава през тези стоманени компоненти, възникват загуби от вихрови токове и хистерезис, което води до локално повишаване на температурата и загряване на стоманените компоненти на трансформатора. Изолацията на намотките на разпределителния трансформатор се старее ускорено поради прегряване, което води до намален експлоатационен живот на оборудването. Освен това наличието на ток на нулева последователност увеличава загубите на разпределителния трансформатор.

5. Влияние върху безопасната експлоатация на електрическо оборудване

Трансформаторът за разпределение се проектира въз основа на балансирани трифазни товарни работни условия, като съпротивлението, реактивното съпротивление на разсейване и импедансът на намагнитване на всяка фазна намотка са съществено идентични. Когато трансформаторът за разпределение работи при балансирани трифазни товари, трифазните токове са съществено равни, а напреженията във всяка фаза на трансформатора също са приблизително еднакви; следователно трифазните изходни напрежения на трансформатора са балансирани. Ако трансформаторът за разпределение работи при несбалансиране на трифазния товар, изходните токове на всяка фаза ще бъдат неравни, а вътрешните падове на напрежение във фазите на трансформатора ще се различават, което неизбежно води до несбалансиране на трифазното напрежение на изхода на трансформатора.

Едновременно, когато разпределителният трансформатор работи при несбалансиране на трифазното натоварване, изходните трифазни токове са неравни, което води до протичане на ток през неутралния проводник. Това предизвиква спад на напрежението в неутралния проводник вследствие на импеданса, довеждайки до изместване на неутралната точка, което променя фазните напрежения на всяка фаза. Напрежението на силно натоварената фаза намалява, докато напрежението на слабо натоварената фаза се увеличава. Доставката на електроенергия при условия на несбалансиране на напрежението може лесно да доведе до повреда на електрическото оборудване, свързано към фазата с по-високо напрежение, докато оборудването, свързано към фазата с по-ниско напрежение, може да не успее да работи. Следователно, работата при несбалансиране на трифазното натоварване сериозно застрашава безопасната експлоатация на електрическото оборудване.

6. Намаление на ефективността на електродвигателя

Когато трансформатор за разпределение работи в условия на несиметрично натоварване на трите фази, това предизвиква несиметрия в изходното напрежение. Тъй като несбалансираното напрежение съдържа компоненти на положителна последователност, отрицателна последователност и нулева последователност, когато такова несбалансирано напрежение бъде приложено към електродвигател, напрежението с отрицателна последователност създава въртящо се магнитно поле, противоположно на това, което се получава от напрежението с положителна последователност, което предизвиква ефект на спиране. Въпреки това, тъй като магнитното поле на положителната последователност е значително по-силно от магнитното поле на отрицателната последователност, електродвигателят продължава да се върти в посоката на магнитното поле на положителната последователност. Поради тормозния ефект на магнитното поле с отрицателна последователност, изходната мощност на електродвигателя неизбежно намалява, което води до понижаване на ефективността на двигателя. Едновременно с това, повишаването на температурата и загубите на реактивна мощност също нарастват с увеличаването на степента на несиметрия на трите фази. Следователно, работата на електродвигател в условия на несиметрия на фазовото напрежение е много неикономична и небезопасна.