Apakah kesan negatif ketidakseimbangan tiga fasa dalam sistem kuasa?

Ketidakseimbangan tiga fasa dalam sistem tenaga menyebabkan pelbagai kesan buruk, termasuk peningkatan kehilangan tenaga elektrik pada talian, peningkatan kehilangan tenaga elektrik pada transformer pengagihan, pengurangan kapasiti output transformer pengagihan, penghasilan arus sifar turutan pada transformer pengagihan, terjejasnya operasi selamat peralatan elektrik, dan penurunan kecekapan motor elektrik. Bagaimanakah cara mengurangkan ketidakseimbangan tiga fasa dalam sistem tenaga? Bahagian berikut daripada Syarikat Teknologi Elektrik Nantong Zhifeng Ltd. memberikan penerangan terperinci mengenai bahaya yang disebabkan oleh ketidakseimbangan tiga fasa dan pendekatan untuk memperbaikinya.

Bahaya yang disebabkan oleh ketidakseimbangan tiga fasa dalam sistem tenaga:

1. Peningkatan kehilangan tenaga elektrik pada talian

Dalam rangkaian bekalan kuasa tiga fasa empat dawai, apabila arus mengalir melalui konduktor talian, kehilangan tenaga elektrik pasti berlaku disebabkan oleh kehadiran rintangan, dan kehilangan ini berkadar dengan kuasa dua arus. Apabila rangkaian voltan rendah dibekalkan oleh sistem tiga fasa empat dawai, kehadiran beban satu fasa pasti menyebabkan ketidakseimbangan beban tiga fasa. Dalam keadaan beban tidak seimbang seperti ini, arus mengalir melalui konduktor neutral. Ini tidak sahaja menyebabkan kehilangan pada konduktor fasa, tetapi juga kehilangan pada konduktor neutral, seterusnya meningkatkan jumlah kehilangan dalam talian rangkaian kuasa.

2.Peningkatan kehilangan tenaga elektrik dalam transformer pengagihan

Transformer pengagihan adalah kelengkapan bekalan kuasa utama dalam rangkaian voltan rendah. Apabila beroperasi dalam keadaan ketidakseimbangan beban tiga fasa, ia menyebabkan peningkatan kehilangan transformer disebabkan oleh variasi kehilangan kuasa transformer mengikut tahap ketidakseimbangan beban.

3. Pengurangan Output Transformer Pengagihan

Dalam reka bentuk transformer pengagihan, struktur gegelungnya adalah berdasarkan keadaan operasi beban seimbang, dengan prestasi gegelung secara keseluruhannya sekata dan sama rata serta mempunyai kapasiti terkadar yang sama bagi setiap fasa. Keluaran maksimum yang dibenarkan bagi transformer pengagihan adalah dikawal oleh kapasiti terkadar setiap fasa. Apabila transformer pengagihan beroperasi dalam keadaan ketidakseimbangan beban tiga fasa, fasa yang kurang dimuatkan mempunyai kapasiti berlebihan, yang seterusnya menyebabkan pengurangan keluaran transformer. Tahap pengurangan keluaran ini berkaitan dengan tahap ketidakseimbangan beban tiga fasa tersebut. Semakin tinggi ketidakseimbangan, semakin besarlah pengurangan keluaran transformer pengagihan. Oleh itu, apabila beroperasi dalam keadaan ketidakseimbangan beban tiga fasa, kapasiti keluaran transformer pengagihan tidak dapat mencapai nilai terkadarnya, kapasiti simpanannya juga berkurang secara berkadar, dan keupayaannya untuk menangani beban berlebihan turut berkurang. Sekiranya transformer pengagihan beroperasi dalam keadaan beban berlebihan, ia berkemungkinan besar akan menyebabkan pemanasan transformer, dan dalam kes yang teruk, keadaan ini boleh menyebabkan transformer terbakar.

4. Penjanaan arus sifar-urutan oleh transformer pengagihan

Apabila transformer pengagihan beroperasi dalam keadaan ketidakseimbangan beban tiga fasa, arus sifar-sekuens akan dijana. Arus ini berubah mengikut tahap ketidakseimbangan beban tiga fasa; semakin tinggi ketidakseimbangan, semakin besar arus sifar-sekuens. Jika arus sifar-sekuens wujud dalam transformer pengagihan yang beroperasi, fluks sifar-sekuens akan dijana di dalam terasnya. (Tiada arus sifar-sekuens di sisi voltan tinggi.) Ini memaksa fluks sifar-sekuens untuk hanya melalui dinding tangki minyak dan komponen struktur keluli. Disebabkan kebolehtelapan magnet bagi komponen keluli agak rendah, apabila arus sifar-sekuens melalui komponen keluli ini, kehilangan histerisis dan arus pusar berlaku, menyebabkan kenaikan suhu setempat serta pemanasan komponen keluli transformer tersebut. Suhu berlebihan mempercepatkan penuaan penebatan belitan transformer pengagihan, menghasilkan jangka hayat kelengkapan yang lebih pendek. Selain itu, kehadiran arus sifar-sekuens meningkatkan kehilangan transformer pengagihan.

5. Kesan terhadap Operasi Selamat Peralatan Elektrik

Transformer pengagihan direka berdasarkan keadaan beban tiga fasa seimbang, dengan rintangan, regangan pencerobohan, dan rintangan magnet setiap gegelung fasa adalah secara asasnya sama. Apabila transformer pengagihan beroperasi di bawah beban tiga fasa seimbang, arus tiga fasa adalah secara asasnya sama, dan kejatuhan voltan dalam setiap fasa transformer juga adalah sama; oleh itu, voltan output tiga fasa transformer adalah seimbang. Jika transformer pengagihan beroperasi di bawah ketidakseimbangan beban tiga fasa, output arus setiap fasa akan tidak sama, dan kejatuhan voltan dalaman fasa transformer akan berbeza, yang secara tidak dapat dielakkan akan menyebabkan ketidakseimbangan voltan tiga fasa pada output transformer.

Pada masa yang sama, apabila pengubah kuasa beroperasi di bawah ketidakseimbangan beban tiga fasa, arus output tiga fasa menjadi tidak sama, menyebabkan arus mengalir melalui konduktor neutral. Ini mengakibatkan kejatuhan voltan impedans di dalam konduktor neutral, seterusnya menyebabkan anjakan titik neutral, yang mengubah voltan fasa bagi setiap fasa. Voltan pada fasa yang mempunyai beban berat akan berkurang, manakala voltan pada fasa yang mempunyai beban ringan akan meningkat. Membekalkan kuasa dalam keadaan ketidakseimbangan voltan boleh dengan mudah merosakkan kelengkapan elektrik yang disambungkan ke fasa voltan tinggi, manakala kelengkapan yang disambungkan ke fasa voltan rendah mungkin gagal berfungsi. Oleh itu, operasi di bawah ketidakseimbangan beban tiga fasa secara serius membahayakan keselamatan operasi kelengkapan elektrik.

6. Pengurangan Kecekapan Motor Elektrik

Apabila sebuah transformer pengagihan beroperasi dalam keadaan ketidakseimbangan beban tiga fasa, ia menyebabkan ketidakseimbangan tiga fasa dalam voltan output. Oleh sebab voltan yang tidak seimbang ini terdiri daripada komponen voltan urutan positif, urutan negatif, dan urutan sifar, apabila voltan yang tidak seimbang ini dikenakan pada sebuah motor elektrik, voltan urutan negatif akan menghasilkan medan magnet yang berputar bertentangan dengan medan yang dihasilkan oleh voltan urutan positif, memberikan kesan brek. Walau bagaimanapun, disebabkan medan magnet urutan positif jauh lebih kuat berbanding medan magnet urutan negatif, motor elektrik terus berputar dalam arah medan magnet urutan positif. Disebabkan oleh kesan brek medan magnet urutan negatif, kuasa output motor elektrik pasti berkurang, seterusnya mengurangkan kecekapan motor tersebut. Pada masa yang sama, kenaikan suhu dan kehilangan kuasa reaktif motor elektrik juga meningkat mengikut tahap ketidakseimbangan voltan tiga fasa. Oleh itu, pengendalian motor elektrik dalam keadaan ketidakseimbangan voltan tiga fasa adalah sangat tidak ekonomik dan tidak selamat.