Mikä ovat kolmivaihejärjestelmien epätasapainon haitat sähköverkoissa?

Kolmivaiheinen epätasapaino sähköverkoissa aiheuttaa useita haitallisia vaikutuksia, mukaan lukien sähköenergiakadot johdoissa, sähköenergiakadot jakelumuuntajissa, jakelumuuntajien tehon pieneneminen, jakelumuuntajien nollajohdon virta, sähkölaitteiden turvallisen toiminnan heikkeneminen ja sähkömoottorien hyötysuhteen lasku. Miten kolmivaiheista epätasapainoa voidaan korjata sähköverkoissa? Seuraavassa Nantong Zhifeng Electric Technology Co., Ltd.:n osiossa annetaan yksityiskohtainen selitys kolmivaiheisen epätasapainon aiheuttamista haitoista ja keinoista sen parantamiseksi.

Kolmivaiheisen epätasapainon aiheuttamat haitat sähköverkoissa:

1. Sähköenergiakadot johdoissa lisääntyvät

Kolmivaiheisessa nelijohdinverkossa, kun virta kulkee johdinlangan läpi, sähköenergian häviöitä syntyy väistämättä johtuen impedanssin läsnäolosta, ja tämä häviö on suoraan verrannollinen virran neliöön. Kun alavirtaverkko on syötetty kolmivaiheisella nelijohdinosalla, yksivaiheisten kuormien läsnäolo aiheuttaa väistämättä kolmivaiheisen kuorman epätasapainon. Tällaisissa epätasapainotilanteissa virta kulkee neutraalijohdin kautta. Tämä johtaa paitsi vaihejohdinjohdinten häviöihin myös neutraalijohdinjohtimen häviöihin, mikä lisää sähköverkon kokonaiskatoja.

2. Sähköenergian häviöiden lisääntyminen jakelumuuntajissa

Jakelumuuntaja on alavirtaverkon ensisijainen sähkönsyöttölaite. Kun sitä käytetään kolmivaiheisen kuorman epätasapaino-olosuhteissa, muuntajan häviöiden lisääntymiseen johtaa, koska muuntajan tehohäviö vaihtelee kuorman epätasapainon mukaan.

3. Jakelumuuntajan tehon vähentäminen

Jakelumuuntajan suunnittelussa sen kierrekarakteristinen rakenne perustuu tasapainoiseen kuormitusjakaumaan, jolloin kierrekarakteristiset ominaisuudet ovat oleellisesti samanlaiset ja jokaisen vaiheen nimelliskapasiteetti on yhtä suuri. Jakelumuuntajan maksimilähtövirta on rajoitettu jokaisen vaiheen nimelliskapasiteetilla. Kun jakelumuuntaja toimii epätasapainoisessa kolmivaihekuormatilassa, kevyesti kuormitettu vaihe on ylikapasiteettinen, mikä johtaa muuntajan lähtövirran pienenemiseen. Lähtövirran vähenemisen määrä riippuu kolmivaihekuorman epätasapainon laajuudesta. Mitä suurempi epätasapaino, sitä enemmän jakelumuuntajan lähtövirta laskee. Näin ollen kolmivaihekuoran epätasapainotilassa toimivassa jakelumuuntajassa sen lähtökapasiteetti ei saavuta nimellisarvoaan, varakapasiteetti vastaavasti vähenee ja ylikuormituskapasiteetti heikkenee. Jos jakelumuuntaja toimii ylikuormitustilassa, siitä voi aiheutua muuntajan lämpenemistä, mikä voi vakavissa tapauksissa johtaa muuntajan palamiseen.

4. Jakelumuuntajan aiheuttama nollajärjestysvirta

Kun jakelumuuntaja toimii epätasapainoisten vaihekuormien alaisena, nollajärjestysvirta alkaa syntyä. Tämä virta vaihtelee riippuen kolmivaihekuorman epätasapainon määrästä; mitä suurempi epätasapaino, sitä suurempi nollajärjestysvirta. Jos nollajärjestysvirta on läsnä toimivassa jakelumuuntajassa, sen ytimessä syntyy nollajärjestysvirtaus. (Korkeajännitesivulla nollajärjestysvirtaa ei ole.) Tämä pakottaa nollajärjestysvirtauksen kulkemaan vain öljysäiliön seinämän ja teräsrakenteiden kautta. Koska teräsrakenteiden magneettinen läpäisevyys on suhteellisen alhainen, nollajärjestysvirran kulkiessa näiden teräsrakenteiden läpi esiintyy jäännösmagneettisuutta ja pyörrevirtahäviöitä, mikä johtaa paikalliseen lämpenemiseen ja muuntajan teräsrakenteiden kuumenemiseen. Jakelumuuntajan käämityksen eristys vanhenee nopeammin ylikuumenemisen vuoksi, mikä lyhentää laitteen käyttöikää. Lisäksi nollajärjestysvirran läsnäolo lisää jakelumuuntajan häviöitä.

5. Sähkölaitteiden turvalliselle käytölle vaikuttavat seikat

Jakelumuuntaja on suunniteltu tasapainoisilla kolmivaihekuormilla toimintaan perustuen, jossa jokaisen vaiheen kierrekäännin resistanssi, vuotojännite, reaktanssi ja magnetointi-impedanssi ovat oleellisesti samanlaisia. Kun jakelumuuntaja toimii tasapainoituilla kolmivaihekuormilla, kolmivaihevirta on oleellisesti yhtä suuri ja jännitteen pudotus jokaisessa muuntajan vaiheessa on myös sama; näin ollen muuntajan kolmivaihejännitteet ovat tasapainossa. Jos jakelumuuntaja toimii epätasapainoisilla kolmivaihekuormilla, jokaisen vaiheen lähtövirrat ovat epätasa-arvoisia, ja muuntajan sisäiset jännitteen pudotukset vaihtelevat, mikä väkisinkin johtaa kolmivaihejännitteen epätasapainoon muuntajan lähdössä.

Samanaikaisesti kun jakelumuuntaja toimii kolmivaiheisen kuormitustasapainon ollessa epätasainen, kolmivaiheiset lähtövirrat ovat epätasa-arvoisia, mikä johtaa virran kulkeutumiseen neutraalijohtimen kautta. Tämä aiheuttaa impedanssijännitehäviön neutraalijohtimessa, mikä johtaa neutraalipisteen siirtymiseen ja näin ollen muuttaa jokaisen vaiheen jännitetasoa. Voimakkaasti kuormitetun vaiheen jännite laskee, kun taas kevyesti kuormitetun vaiheen jännite nousee. Jänniteepätasapainoissa toimiva sähkövirta voi helposti vahingoittaa korkeamman jännitteen vaiheeseen liitettyä sähkölaitteistoa, kun taas matalamman jännitteen vaiheeseen liitetyt laitteet saattavat epäonnistua toiminnassaan. Näin ollen kolmivaiheinen kuormitustasapainon epätasapaino haittaa vakavasti sähkölaitteiston turvallista toimintaa.

6. Sähkömoottorin hyötysuhteen lasku

Kun jakelumuuntaja toimii epätasapainoisessa kolmivaihekuormatilassa, siitä aiheutuu kolmivaihejännitteen epätasapaino. Koska epätasapainoinen jännite koostuu positiivisesta, negatiivisesta ja nollasarjaisesta jännitekomponentista, tällainen epätasapainoinen jännite aiheuttaa sähkömoottoriin negatiivisen sarjan jännitteen synnyttämän magneettikentän, joka pyörii vastakkaiseen suuntaan kuin positiivisen sarjan jännitteen synnyttämä magneettikenttä, aiheuttaen jarrutusvaikutuksen. Kuitenkin, koska positiivisen sarjan magneettikenttä on huomattavasti voimakkaampi kuin negatiivisen sarjan magneettikenttä, sähkömoottori jatkaa pyörimistään positiivisen sarjan magneettikentän suuntaan. Negatiivisen sarjan magneettikentän jarrutusvaikutuksen vuoksi sähkömoottorin hyötyteho vähenee väistämättä, mikä johtaa moottorin tehokkuuden laskuun. Samalla sähkömoottorin lämpeneminen ja reaktiivisten häviöiden määrä kasvavat jännitteen epätasapainon astetta karttuen. Näin ollen sähkömoottorin käyttö kolmivaihejännitteen epätasapaino-olosuhteissa on erittäin kallista ja vaarallista.