Вред от дисбаланса трехфазной нагрузки в распределительном трансформаторе

I. Вред дисбаланса трехфазной нагрузки в распределительном трансформаторе

1. Увеличение потерь в линии: потери нагрузки распределительного трансформатора изменяются в зависимости от тока нагрузки трансформатора и пропорциональны квадрату тока нагрузки. В случае трансформатора, передающего одинаковую мощность, трехфазная нагрузка становится несбалансированной, и активные потери увеличиваются.

Кроме того, в проводе будут потери мощности. Чем больше дисбаланс, тем больше потери в линии.

2. Увеличение потерь мощности в распределительном трансформаторе: распределительный трансформатор является основным электропитающим оборудованием низковольтной электросети. При работе под воздействием несбалансированной трехфазной нагрузки потери в распределительном трансформаторе увеличиваются. Это связано с тем, что потери мощности в распределительном трансформаторе изменяются в зависимости от степени несбалансированности нагрузки.

3. Сниженная выходная мощность распределительного трансформатора: при проектировании распределительного трансформатора конструкция его обмоток разрабатывается в соответствии с условиями работы с учетом баланса нагрузки, при этом характеристики обмоток в основном одинаковы, а номинальная мощность каждой фазы одинакова.

Максимально допустимая выходная мощность распределительного трансформатора ограничена номинальной мощностью каждой фазы. Если распределительный трансформатор работает при несбалансированной трехфазной нагрузке, фаза с малой нагрузкой будет иметь избыточную мощность, что приведет к снижению выходной мощности распределительного трансформатора.

Степень снижения выходной мощности зависит от степени дисбаланса трехфазной нагрузки. Чем больше дисбаланс трехфазной нагрузки, тем сильнее снижается выходная мощность распределительного трансформатора. Следовательно, при дисбалансе трехфазной нагрузки выходная мощность трансформатора не может достичь номинального значения, его резервная мощность соответственно снижается, а также уменьшается и его перегрузочная способность.

При работе распределительного трансформатора в условиях перегрузки легко может произойти его перегрев, а в серьезных случаях — даже перегорание.

4. Распределительный трансформатор вырабатывает ток нулевой последовательности: распределительный трансформатор, работающий в условиях несбалансированной трехфазной нагрузки, будет вырабатывать ток нулевой последовательности. Этот ток будет изменяться в зависимости от степени несбалансированности трехфазной нагрузки: чем больше степень несбалансированности, тем больше ток нулевой последовательности.

Когда ток нулевой последовательности проходит через стальной элемент, он вызывает гистерезис и вихревые токи, что приводит к локальному изменению температуры стального элемента распределительного устройства и его нагреву, а также к ускоренному старению изоляции обмотки из-за перегрева, что сокращает срок службы оборудования.

5. Влияние на безопасную эксплуатацию электрооборудования: Распределительный трансформатор проектируется в соответствии с условиями работы трехфазной балансировки нагрузки, при этом сопротивление, реактивное сопротивление рассеяния и импеданс возбуждения каждой фазной обмотки в основном одинаковы.

Когда трансформатор работает в режиме трехфазной балансировки нагрузки, его трехфазные токи в основном равны, и падение напряжения на каждой фазе внутри трансформатора также в основном одинаково, поэтому выходное трехфазное напряжение трансформатора также сбалансировано.

Если распределительный трансформатор работает в режиме трехфазного дисбаланса нагрузки, то выходные токи каждой фазы не равны, и внутреннее трехфазное падение напряжения распределительного трансформатора также неравномерно, что приведет к трехфазному дисбалансу выходного напряжения распределительного трансформатора.

В то же время, распределительный трансформатор работает с несимметричной трехфазной нагрузкой, трехфазный выходной ток различен, и через нейтральную линию проходит ток. Таким образом, в нейтральной линии происходит падение напряжения на импедансе, что приводит к дрейфу нейтральной точки и, как следствие, к изменению фазного напряжения, что серьезно угрожает безопасной эксплуатации электрооборудования.

6. Снижение эффективности двигателя: распределительный трансформатор работает в условиях несбалансированной трехфазной нагрузки, что приводит к несбалансированному трехфазному выходному напряжению. При подаче несбалансированного напряжения на двигатель напряжение отрицательной последовательности создает вращающееся магнитное поле, противоположное вращающемуся магнитному полю, создаваемому напряжением положительной последовательности, которое действует как тормоз.

Но поскольку положительное магнитное поле намного сильнее отрицательного, двигатель всё ещё вращается в направлении положительного магнитного поля. Однако из-за тормозящего эффекта отрицательного магнитного поля выходная мощность двигателя снижается, а его КПД уменьшается.

В то же время, при дисбалансе трехфазного напряжения увеличивается повышение температуры и потери реактивной мощности двигателя. Поэтому эксплуатация двигателя в условиях дисбаланса трехфазного напряжения крайне неэкономична и небезопасна.

II. Причины несбалансированной трехфазной нагрузки

(1) Недостаточное понимание важности баланса трехфазной нагрузки. Руководящий персонал не строго соблюдал правила и положения, не выполнял требования по оценке.

(2) большое количество однофазного электрооборудования. В последние годы в обычные дома вошло большое количество высококачественных, мощных однофазных электроприборов. Когда потребление электроэнергии однофазной нагрузкой значительно возрастает, а вероятность одновременного использования непостоянна, степень дисбаланса трехфазной нагрузки низковольтной электросети может увеличиться.

(3) Поскольку управленческий персонал не знаком с изменяющимися правилами и распределением трехфазной нагрузки в зоне платформы, применение новых однофазных потребителей, особенно крупного однофазного оборудования, не может быть сбалансировано в соответствии с трехфазной нагрузкой.

(4) Временное и сезонное увеличение потребления электроэнергии, например, летом, зимой, в праздничные дни, приводит к неравномерному увеличению потребления электроэнергии каждым пользователем, что вызывает дисбаланс трехфазной нагрузки.

III. Меры по улучшению

1. Решения проблемы трехфазного дисбаланса напряжения в энергосистеме, вызванного асимметричной нагрузкой:

(1) Асимметричная нагрузка распределяется по различным точкам электропитания для уменьшения проблемы серьезного избыточного дисбаланса, вызванного централизованным подключением.

(2) Метод перекрестного обмена и равенства используется для того, чтобы асимметричная нагрузка была рационально распределена между фазами и чтобы попытаться ее сбалансировать.

(3) Увеличить пропускную способность точки доступа нагрузки по короткому замыканию, например, путем изменения сети или повышения уровня напряжения питания, чтобы улучшить способность системы выдерживать несбалансированную нагрузку.

2. Укрепить управление

(1) Ежегодно организовывать работу специального персонала по составлению схемы трансформаторной сети и схемы распределения нагрузки, составлять удобную и легко проверяемую таблицу с соответствующими данными, такими как количество потребителей электроэнергии на каждой фазе и модель электросчетчика, проверять наличие пропущенных или новых потребителей и своевременно обновлять данные с учетом изменений нагрузки.

(2) Назначить человека с клещевым измерителем и проводить испытание нагрузки не реже одного раза в месяц для проверки несбалансированной трехфазной нагрузки.

(3) Что касается временного и сезонного потребления электроэнергии, то управляющий персонал должен быть знаком с основной ситуацией пользователей, местами установки, изменениями потребления электроэнергии и своевременно корректировать свои действия в соответствии с ситуацией.

(4) Примените новое однофазное оборудование для использования электроэнергии, хорошо распределите нагрузку, по возможности равномерно распределяя ее по трехфазной цепи.

3. Отрегулируйте трехфазную несбалансированную нагрузку для достижения «четырехбалансности».

«Четырехвалентный баланс» — это баланс измерительных точек, баланс ответвлений, баланс магистральных линий и баланс низковольтной стороны выходов трансформаторов.

Среди четырех балансировочных механизмов ключевыми являются точка измерения и балансировка ветвей; среднее потребление электроэнергии потребителем может использоваться в качестве основы для корректировки; потребление электроэнергии примерно соответствует общему классу, соответственно, равномерно корректируется в соответствии с трехфазным режимом.

4. Одновременно подключите трехфазную линию к точке подключения нагрузки.

Для обеспечения симметрии трехфазной нагрузки необходимо одновременно подключать к точке приложения нагрузки трехфазные линии, поскольку при одновременном подключении трехфазных линий потери значительно снижаются.

Расширьте зону распределения трехфазной и четырехпроводной системы до предела и сократите длину основной однофазной линии электропередачи. Подключительные линии следует по возможности прокладывать от фаз u, V и W к одному и тому же столбу. Нагрузка трех групп однофазной линии должна быть максимально сбалансирована.

5. Разумно разработать схему модернизации электросети.

Для достижения трехфазного баланса нагрузки после преобразования необходимо рационально спроектировать схему преобразования электросети. Перед проектированием необходимо понять закономерности изменения и распределения нагрузки, провести обследование на месте, изучить распределение нагрузки и составить схему электропроводки распределения нагрузки.

Электромонтажные работы следует проводить строго в соответствии с принципом балансировки трехфазной нагрузки, при этом трехфазные и четырехпроводные кабели должны быть по возможности проложены в каждый важный распределительный щит.

Источник: Windows on Power