Vilka är de skadliga effekterna av trefasobalans i elsystem?

Trefasobalans i elsystem orsakar många negativa effekter, inklusive ökade elenergiförluster i ledningar, ökade elenergiförluster i distributionstransformatorer, minskad utgångseffekt för distributionstransformatorer, generering av nollsekvensström i distributionstransformatorer, påverkan på säker drift av elektrisk utrustning samt minskad effektivitet hos elmotorer. Hur kan trefasobalans i elsystem minskas? Följande avsnitt från Nantong Zhifeng Electric Technology Co., Ltd. ger en detaljerad förklaring av de skador som uppstår vid trefasobalans och metoder för att förbättra denna.

Skador orsakade av trefasobalans i elsystem:

1. Ökade elenergiförluster i ledningar

I ett trefas fyraledarnät föreligger elenergiförluster som orsakas av impedansen i ledarna när ström flödar genom fasledarna. Dessa förluster är proportionella mot strömmens kvadrat. När nätverket matas med ett trefas fyraledarsystem leder ofelbart ensfasbelastningar till obalans i trefasbelastningen. Under dessa obalanserade förhållanden flödar ström även genom nolledaren. Detta resulterar inte bara i förluster i fasledarna utan också i nolledaren, vilket ökar de totala förlusterna i elnätets ledningar.

2. Ökade elenergiförluster i distributions-transformatorer

Transformatorn är den primära elmatningsutrustningen i lågspänningsnätet. När den arbetar under obalanserade trefasbelastningsförhållanden leder detta till ökade transformatorförluster, eftersom transformatorns effektförlust varierar med graden av lastobalans.

3. Minskning av distributionstransformatorns utgångseffekt

Vid konstruktionen av en distributionstransformator baseras dess lindningsstruktur på balanserade lastförhållanden, med i huvudsak likformig lindningsprestanda och lika märkeffekt för varje fas. Den maximala tillåtna effektutgången för distributionstransformatorn begränsas av märkeffekten för varje fas. När distributionstransformatorn arbetar under villkor med obalanserad trefaslös, har den fas som är svagt belastad en överskottseffekt, vilket leder till en minskning av transformatorns utgående effekt. Minskningens omfattning hänger samman med graden av obalans i trefaslasten. Ju större obalansen är, desto mer minskar distributionstransformatorns effektutgång. Därmed kan distributionstransformatorns kapacitet inte uppnå dess märkeffekt vid drift med obalanserad trefaslös, dess reservkapacitet minskas i motsvarande grad och dess överlastkapacitet reduceras. Om distributionstransformatorn arbetar under överlastförhållanden är det mycket troligt att transformatorn genererar värme, vilket i svåra fall till och med kan leda till transformatorhaveri.

4. Generering av nollföljdström av distributions-transformatorn

När transformatorn för distribution arbetar under villkor med obalanserad trefaslaster, genereras en nollföljdstrom. Denna ström varierar med graden av obalans i trefaslaster; ju större obalansen är, desto större blir nollföljdstromen. Om det finns en nollföljdstrom i den driftande distributionstransformatorn kommer nollföljdflöde att genereras i dess kärna. (Det finns ingen nollföljdstrom på högspänningssidan.) Detta tvingar nollföljdflödet att endast passera genom oljetankväggen och de stålförsedda konstruktionselementen. Eftersom den magnetiska permeabiliteten hos ståldelarna är relativt låg uppstår hysteres- och virvelströmsförluster när nollföljdstromen passerar genom dessa ståldelar, vilket orsakar lokal temperaturhöjning och uppvärmning av transformatorns ståldelar. Isoleringen av distributionstransformatorns lindningar åldras snabbare på grund av överhettning, vilket resulterar i en reducerad livslängd på utrustningen. Dessutom ökar närvaron av nollföljdstrom transformatorns förluster.

5. Inverkan på säker drift av elektrisk utrustning

Fördelnings-transformatorn är utformad utifrån balanserade trefaslaster som fungerar under jämviktsförhållanden, där resistansen, läckreaktansen och magnetiseringsimpedansen i varje faslindning i huvudsak är identiska. När fördelnings-transformatorn fungerar under balanserade trefaslaster är de tre fasströmmarna i huvudsak lika stora, och spänningsfallen i varje fas i transformatorn är i huvudsak desamma; därför är transformatorns trefasiga utspänningar balanserade. Om fördelnings-transformatorn fungerar under trefaslastobalans kommer utströmmarna i varje fas att vara ojämna, och transformatorns interna spänningsfall i faserna kommer att skilja sig, vilket oundvikligen leder till trefasspänningsobalans vid transformatorns utgång.

Samtidigt, när krafttransformatorn arbetar under ett trefas-lastobalanserat tillstånd, är de trefasiga utgångsströmmarna ojämna, vilket resulterar i ström som flyter genom nolledaren. Detta orsakar en impedansspänndroppe i nolledaren, vilket leder till nollpunktsförskjutning som förändrar fasspänningarna i varje fas. Spänningen i den kraftigt belastade fasen minskar, medan spänningen i den svagt belastade fasen ökar. Att tillföra ström under spänningsobalanserade förhållanden kan lätt skada den elektriska utrustningen som är kopplad till den högre spänningsfasen, medan utrustning kopplad till den lägre spänningsfasen kan misslyckas med att fungera. Därför äventyrar drift under trefas-lastobalans allvarligt den säkra driften av elektrisk utrustning.

6. Minskning av elmotorns verkningsgrad

När en distributionstransformator arbetar under ojämn belastning mellan faser uppstår en spänningsobalans i utspänningen mellan faser. Eftersom den obalanserade spänningen består av positiv, negativ och nollsekvensspänningskomponenter, genererar den negativ sekvensspänning ett roterande magnetfält som är motsatt till det som genereras av positiv sekvensspänning, vilket får en bromsande effekt. Dock eftersom det positiva sekvensmagnetfältet är betydligt starkare än det negativa sekvensmagnetfältet fortsätter elmotorn att rotera i samma riktning som det positiva sekvensmagnetfältet. På grund av den bromsande effekten från det negativa sekvensmagnetfältet minskar elmotorns uteffekt nödvändigtvis, vilket leder till reducerad motoreffektivitet. Samtidigt ökar temperatureffekterna och reaktiv effekt förluster i elmotorn med graden av trefasspänningsobalans. Därför är det att driva en elmotor under trefasspänningsobalans mycket oekonomiskt och osäkert.