Wat zijn de gevolgen van driefasenonbalans in energiesystemen?

Een driefasen-onbalans in energiesystemen veroorzaakt vele nareffecten, waaronder toegenomen elektriciteitsverlies in leidingen, toegenomen elektriciteitsverlies in verdeeltransformatoren, verminderde uitgangscapaciteit van verdeeltransformatoren, opwekking van nulvolgordestroom in verdeeltransformatoren, verstoord veilig bedrijf van elektrische apparatuur en verminderde efficiëntie van elektromotoren. Hoe kan een driefasen-onbalans in energiesystemen worden tegengegaan? In de volgende sectie van Nantong Zhifeng Electric Technology Co., Ltd. wordt uitgebreid uitgelegd welke gevolgen een driefasen-onbalans heeft en welke oplossingen mogelijk zijn.

Gevolgen van een driefasen-onbalans in energiesystemen:

1. Toegenomen elektriciteitsverliezen in leidingen

In een driefasenvierdraadsvoedingsnetwerk treedt onvermijdelijk elektriciteitsverlies op wanneer stroom door de leidingsgeleider stroomt, als gevolg van de aanwezigheid van impedantie, en dit verlies is evenredig met het kwadraat van de stroom. Wanneer het laagspanningsnet wordt gevoed via een driefasenvierdraadsysteem, leidt de aanwezigheid van enkelfasige belastingen onvermijdelijk tot een driefasenbelastingonbalans. Onder dergelijke ongebalanceerde belastingsomstandigheden stroomt er stroom door de nulleider. Dit heeft niet alleen verliezen tot gevolg in de fasegeleiders, maar ook verliezen in de nulleider, waardoor de totale verliezen in de netleidingen toenemen.

2.Toenemende elektriciteitsverliezen in verdeeltransformatoren

De verdeeltransformator is de primaire voedingseenheid in het laagspanningsnet. Bij bedrijf onder driefasenbelastingonbalanscondities leidt dit tot een toename van transformatorverliezen, omdat het vermogensverlies van de transformator varieert met de mate van belastingonbalans.

3. Vermindering van de uitgang van de distributietransformator

Bij de constructie van een verdeeltransformatoren is de wikkelstructuur gebaseerd op de omstandigheden van een gebalanceerde belasting, waarbij de wikkelprestaties essentieel gelijk zijn en elke fase een gelijk vermogen kent. De maximaal toegestane uitgang van de verdeeltransformator wordt bepaald door het vermogen van elke fase. Wanneer de verdeeltransformator werkt onder omstandigheden van driefasenbelastingonbalans, heeft de licht belaste fase een overschot aan capaciteit, wat leidt tot een verminderde uitgang van de transformator. De mate van verminderde uitgang hangt af van de mate van driefasenbelastingonbalans. Hoe groter de onbalans, hoe meer de uitgang van de verdeeltransformator afneemt. Gevolg is dat de uitgangscapaciteit van de verdeeltransformator onder driefasenbelastingonbalans zijn nominale waarde niet kan bereiken, zijn reservecapaciteit overeenkomstig afneemt en zijn overbelastbaarheid afneemt. Als de verdeeltransformator werkt onder overbelastingsomstandigheden, is er een groot risico op transformatorverhitting, die in ernstige gevallen zelfs kan leiden tot transformatorverbranding.

4. Opwekking van nulvolgordestroom door de verdeeltransformator

Wanneer de verdeeltransformator werkt onder condities van onbalans in de driefasenbelasting, ontstaat er een nulvolgordestroom. Deze stroom varieert met de mate van driefasenbelastingonbalans; hoe groter de onbalans, hoe groter de nulvolgordestroom. Als er nulvolgordestroom aanwezig is in de werkende verdeeltransformator, zal er nulvolgordeflux ontstaan in de kern ervan. (Er is geen nulvolgordestroom aan de hoogspanningszijde.) Hierdoor wordt de nulvolgordeflux gedwongen alleen door de wand van het olietank en de stalen constructieonderdelen te passeren. Aangezien de magnetische permeabiliteit van de stalen onderdelen relatief laag is, ontstaan er hysteresis- en wervelstroomverliezen wanneer de nulvolgordestroom door deze stalen onderdelen stroomt, wat leidt tot lokale temperatuurstijging en verwarming van de stalen onderdelen van de transformator. De isolatie van de wikkeling van de verdeeltransformator versnelt het verouderingsproces door oververhitting, waardoor de levensduur van de installatie afneemt. Daarnaast verhoogt de aanwezigheid van nulvolgordestroom de verliezen van de verdeeltransformator.

5. Invloed op de veilige werking van elektrische apparatuur

De verdeeltransformator is ontworpen op basis van gebalanceerde driefasen-belastingswerkingstoestanden, waarbij de weerstand, lekreactantie en magnetiserende impedantie van elke fasewikkeling essentieel identiek zijn. Wanneer de verdeeltransformator werkt onder gebalanceerde driefasen-belastingen, zijn de driefasenstromen essentieel gelijk, en zijn de spanningsdalingen binnen elke fase van de transformator ook vrijwel hetzelfde; daardoor zijn de driefasen-uitgangsspanningen van de transformator gebalanceerd. Als de verdeeltransformator werkt onder ongebalanceerde driefasen-belasting, zullen de uitgangsstromen van elke fase ongelijk zijn, en zullen de interne spanningsdalingen van de transformatorfasen verschillen, wat onvermijdelijk leidt tot een onbalans in de driefasenspanning aan de uitgang van de transformator.

Tegelijkertijd, wanneer de verdeeltransformator werkt onder driefasen belastingonbalans, zijn de driefasen uitgangsstromen ongelijk, wat leidt tot stroom die door de nulleider stroomt. Dit veroorzaakt een impedantieverlies in de nulleider, wat leidt tot verplaatsing van het nulpunt en daardoor verandert de fase-spanning van elke fase. De spanning van de zwaar belaste fase neemt af, terwijl de spanning van de licht belaste fase toeneemt. Wanneer er wordt gevoed onder voorwaarden van spanningsonbalans, kan dit gemakkelijk elektrische apparatuur die is aangesloten op de hogere spanningsfase beschadigen, terwijl apparatuur die is aangesloten op de lagere spanningsfase mogelijk niet goed werkt. Daarom zorgt werken onder driefasen belastingonbalans ernstig voor gevaren bij de veilige werking van elektrische apparatuur.

6. Vermindering van de efficiëntie van elektromotoren

Wanneer een verdeeltransformator werkt onder condities van onbalans in driefasenbelasting, veroorzaakt dit een driefasenonbalans in de uitgangsspanning. Aangezien de ongebalanceerde spanning bestaat uit positieve-sequentiële, negatieve-sequentiële en nul-sequentiële spanningscomponenten, zal bij aanleg van dergelijke ongebalanceerde spanning op een elektrische motor de negatieve-sequentiële spanning een roterend magnetisch veld genereren dat tegengesteld is aan dat van de positieve-sequentiële spanning, wat een remmend effect veroorzaakt. Echter, omdat het positieve-sequentiële magnetische veld aanzienlijk sterker is dan het negatieve-sequentiële magnetische veld, blijft de elektrische motor draaien in de richting van het positieve-sequentiële magnetische veld. Als gevolg van het remmend effect van het negatieve-sequentiële magnetische veld, neemt het uitgangsvermogen van de elektrische motor onvermijdelijk af, wat resulteert in verminderde motorefficiëntie. Tegelijkertijd stijgen ook de temperatuurstijging en de reactieve verliezen van de elektrische motor met toenemende mate van driefasenonbalans in de spanning. Daarom is het werken van een elektrische motor onder condities van driefasenonbalans in de spanning zeer oneconomisch en onveilig.