배전 변압기에서 3상 부하 불균형의 위험성

I. 배전 변압기에서 3상 부하 불균형의 위험성

1. 선로손실 증가: 배전 변압기의 부하손실은 변압기의 부하전류에 따라 변하며, 부하전류의 제곱에 비례합니다. 동일한 용량의 변압기에서 3상 부하가 불균형할 경우, 유효손실이 증가합니다.

또한, 전선에서도 전력 손실이 발생합니다. 불균형이 클수록 선로 손실도 커집니다.

2. 배전 변압기의 전력 손실 증가: 배전 변압기는 저전압 전력망의 주요 전력 공급 장비입니다. 불균형 3상 부하에서 운전할 경우 배전 변압기의 손실이 증가합니다. 배전 변압기의 전력 손실은 부하 불균형 정도에 따라 변하기 때문입니다.

3. 배전 변압기 출력 감소: 배전 변압기를 설계할 때 부하 균형 운전 조건에 따라 권선 구조를 설계하며, 권선 성능은 기본적으로 동일하고 각 상의 정격 용량도 같습니다.

배전 변압기의 최대 허용 출력은 각 상의 정격 용량에 의해 제한됩니다. 배전 변압기가 불균형 3상 부하에서 운전될 경우, 부하가 적은 상은 용량이 과잉되어 배전 변압기의 출력이 감소하게 됩니다.

출력 감소 정도는 3상 부하의 불균형 정도와 관련이 있습니다. 3상 부하의 불균형이 클수록 배전 변압기의 출력 감소 폭이 커집니다. 따라서 3상 부하가 불균형할 경우 변압기의 출력 용량이 정격 용량에 도달하지 못하고, 그에 따라 예비 용량이 감소하며, 과부하 용량 또한 감소합니다.

배전 변압기가 과부하 상태로 작동하면 과열되기 쉽고, 심한 경우 변압기가 타버릴 수도 있습니다.

4. 배전 변압기는 영순환 전류를 발생시킵니다. 배전 변압기는 불균형 3상 부하 조건에서 운전할 때 영순환 전류를 발생시키는데, 이 전류는 3상 부하 불균형 정도에 따라 변하며, 불균형 정도가 클수록 영순환 전류도 커집니다.

영순위 전류가 강재를 통과할 때 히스테리시스와 와전류 손실이 발생하여 배전 변동이 일어나는 강재의 국부 온도가 상승하고 과열됩니다. 이로 인해 권선 절연체의 노화가 가속화되어 장비 수명이 단축됩니다.

5. 전기 장비의 안전 작동에 미치는 영향: 배전 변압기는 3상 부하 평형 작동 조건에 따라 설계되며, 각 상 권선의 저항, 누설 리액턴스 및 여자 임피던스는 기본적으로 동일합니다.

변압기가 3상 부하 평형 상태로 운전될 때, 3상 전류는 기본적으로 동일하고, 변압기 내부의 각 상의 전압 강하도 기본적으로 동일하므로, 변압기의 3상 전압 출력 또한 평형을 이룹니다.

배전 변압기가 3상 부하 불균형 상태에서 운전될 경우, 각 상의 출력 전류가 같지 않고, 배전 변압기 내부의 3상 전압 강하도 같지 않아 배전 변압기 출력 전압의 3상 불균형이 발생합니다.

동시에 배전 변압기가 불균형 3상 부하에서 운전될 때, 3상 출력 전류가 서로 다르고 중성선에 전류가 흐르게 됩니다. 이로 인해 중성선에 임피던스 전압 강하가 발생하고, 중성점 드리프트가 일어나 상 전압이 변동하게 되어 전기 장비의 안전 운전을 심각하게 위협합니다.

6. 모터 효율 저하: 배전 변압기가 불균형 3상 부하 조건에서 작동하면 불균형 3상 출력 전압이 발생합니다. 이 불균형 전압이 모터에 입력되면 역상 전압이 정상 전압에 의해 생성된 회전 자기장과 반대 방향의 회전 자기장을 생성하여 제동 장치 역할을 합니다.

하지만 양의 자기장이 음의 자기장보다 훨씬 강하기 때문에 모터는 여전히 양의 자기장 방향으로 회전합니다. 그러나 음의 순서 자기장의 제동 효과로 인해 모터의 출력은 감소하고 효율도 떨어집니다.

동시에, 삼상 전압 불균형이 심해지면 모터의 온도 상승과 무효 전력 손실이 증가합니다. 따라서 삼상 전압 불균형 상태에서 모터를 운전하는 것은 매우 비경제적이고 안전하지 않습니다.

II. 삼상 부하 불균형의 원인

(1) 삼상 부하 균형의 중요성에 대한 불충분한 이해. 관리 담당자가 규칙과 규정에 따라 엄격하게 수행하지 않고 평가 요구 사항을 이행하지 않았습니다.

(2) 다수의 단상 전기 장비. 최근 몇 년 동안 고급, 고출력 단상 전기 기기가 일반 가정에 많이 보급되었습니다. 단상 부하의 전력 소비가 크게 증가하고 동시 사용 가능성이 일치하지 않으면 저전압 전력망의 삼상 부하 불균형 정도가 증가할 수 있습니다.

(3) 관리 담당자가 플랫폼 영역의 삼상 부하의 변화하는 규칙과 분포에 익숙하지 않기 때문에 새로운 단상 사용자, 특히 대형 단상 장비의 적용은 삼상 부하에 따라 균형 있게 분배될 수 없습니다.

(4) 여름, 겨울, 휴일 등 일시적인 전력 소비 증가와 계절적인 전력 소비 증가로 인해 각 사용자의 전력 소비 증가가 일정하지 않아 삼상 부하 불균형이 발생합니다.

III. 개선 방안

1. 비대칭 부하로 인한 전력망의 3상 전압 불균형 문제 해결 방안:

(1) 비대칭 부하는 중앙 집중식 연결로 인한 심각한 불균형 문제를 줄이기 위해 서로 다른 전원 공급 지점으로 분산됩니다.

(2) 비대칭 부하를 각 위상에 합리적으로 분배하고 균형을 이루도록 하기 위해 교차 교환 및 등가 방식이 사용됩니다.

(3) 부하 접근 지점의 단락 용량을 증가시키기 위해 네트워크를 변경하거나 전원 공급 전압 레벨을 개선하여 시스템의 불균형 부하를 견딜 수 있는 능력을 향상시킵니다.

2. 경영 역량 강화

(1) 매년 변압기 네트워크도와 부하분배도를 작성하기 위해 특별인력을 배치하고, 각 상의 전기 사용자 수와 전기 계량기 모델과 같은 관련 데이터를 편리하고 쉽게 확인할 수 있는 표로 만들고, 누락된 사용자나 신규 사용자가 있는지 확인하고 부하 변동과 함께 적시에 업데이트합니다.

(2) 클램프 미터를 가진 사람을 지정하고 적어도 한 달에 한 번 부하 시험을 실시하여 불균형 삼상 부하를 점검합니다.

(3) 일시적 전력 소비 및 계절적 전력 소비의 경우 관리 담당자는 사용자, 설치 장소, 전력 소비 변화의 기본 상황을 숙지하고 상황에 따라 적시에 조정해야 합니다.

(4) 새로운 단상 장비의 전기 사용을 신청하고 부하 전력 분배를 잘 수행하여 가능한 한 삼상 회로에 고르게 분배합니다.

3. 3상 불균형 부하를 조정하여 "4상 균형"을 달성하십시오.

"4중 균형"이란 측정 지점의 균형, 분기선의 균형, 주선의 균형, 그리고 변압기 저전압 출력 측의 균형을 의미합니다.

네 가지 균형점 중에서 핵심은 측정 지점과 분기별 균형이며, 평균 사용자 전력 소비량을 조정 기준으로 사용할 수 있습니다. 전력 소비량이 대략 같은 등급인 경우, 각각 3상으로 균등하게 조정됩니다.

4. 3상 전선을 부하 지점에 동시에 연결하십시오.

삼상 부하의 대칭성을 얻기 위해서는 삼상선을 부하 지점에 동시에 도입해야 하는데, 이는 삼상선을 부하 지점에 동시에 도입할 경우 손실이 크게 감소하기 때문이다.

삼상사선 시스템의 배전 영역을 최대한 확장하고 단상 전원 공급 주선의 길이를 줄여야 합니다. 가능한 한 u, v, w 상에서 동일한 전주에 접속선을 설치해야 하며, 세 그룹의 단상 선로 부하를 최대한 균형 있게 조정해야 합니다.

5. 전력망 개편 계획을 합리적으로 설계하십시오.

변환 후 3상 부하 균형을 달성하기 위해서는 전력망 변환 계획을 합리적으로 설계해야 합니다. 설계에 앞서 부하 변동 및 부하 분배 법칙을 이해하고, 현장 조사를 실시하여 부하 분배를 숙지하고, 부하 분배 배선도를 작성해야 합니다.

배선은 3상 부하 평형 원칙에 따라 엄격하게 수행해야 하며, 가능한 한 각 주요 부하 중심지에 3상 4선식 배선을 설치해야 합니다.

출처: Windows on Power