อันตรายจากความไม่สมดุลของโหลดสามเฟสในหม้อแปลงไฟฟ้าแบบจ่ายกระแส

I. อันตรายจากความไม่สมดุลของโหลดสามเฟสในหม้อแปลงจ่ายไฟ

1. การสูญเสียในสายส่งเพิ่มขึ้น: การสูญเสียโหลดของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบจำหน่ายจะเปลี่ยนแปลงไปตามกระแสโหลดของหม้อแปลง และเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแสโหลด ในกรณีที่หม้อแปลงส่งกระแสไฟฟ้าขนาดเท่ากัน แต่โหลดสามเฟสไม่สมดุล การสูญเสียในหน่วยกำลังไฟฟ้าก็จะเพิ่มขึ้น

นอกจากนี้ ยังจะเกิดการสูญเสียพลังงานในสายไฟด้วย ยิ่งความไม่สมดุลมากเท่าไร การสูญเสียพลังงานในสายส่งก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

2. การสูญเสียพลังงานของหม้อแปลงจ่ายไฟเพิ่มขึ้น: หม้อแปลงจ่ายไฟเป็นอุปกรณ์จ่ายไฟหลักของระบบส่งไฟฟ้าแรงดันต่ำ เมื่อทำงานภายใต้โหลดสามเฟสที่ไม่สมดุล การสูญเสียพลังงานของหม้อแปลงจ่ายไฟจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากกำลังการสูญเสียของระบบจ่ายไฟจะเปลี่ยนแปลงไปตามระดับความไม่สมดุลของโหลด

3. กำลังการผลิตของหม้อแปลงจ่ายไฟลดลง: ในการออกแบบหม้อแปลงจ่ายไฟ โครงสร้างขดลวดจะถูกออกแบบตามสภาวะการทำงานที่สมดุลของโหลด และประสิทธิภาพของขดลวดโดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกัน และกำลังการผลิตที่กำหนดของแต่ละเฟสจะเท่ากัน

กำลังไฟฟ้าสูงสุดที่หม้อแปลงจ่ายไฟสามารถจ่ายได้นั้นถูกจำกัดด้วยกำลังรับไฟฟ้าที่กำหนดของแต่ละเฟส หากหม้อแปลงจ่ายไฟทำงานภายใต้โหลดสามเฟสที่ไม่สมดุล เฟสที่มีโหลดน้อยจะมีกำลังไฟฟ้าส่วนเกิน ทำให้กำลังไฟฟ้าที่จ่ายออกจากหม้อแปลงลดลง

ระดับการลดลงของกำลังไฟฟ้าขาออกนั้นสัมพันธ์กับระดับความไม่สมดุลของโหลดสามเฟส ยิ่งโหลดสามเฟสไม่สมดุลมากเท่าใด กำลังไฟฟ้าขาออกของหม้อแปลงจ่ายไฟก็จะยิ่งลดลงมากเท่านั้น ดังนั้น เมื่อโหลดสามเฟสไม่สมดุล กำลังไฟฟ้าขาออกของหม้อแปลงจะไม่สามารถถึงค่าพิกัดได้ และกำลังสำรองจะลดลงตามไปด้วย รวมถึงความสามารถในการรับโหลดเกินพิกัดก็จะลดลงเช่นกัน

หากหม้อแปลงไฟฟ้าทำงานภายใต้สภาวะโอเวอร์โหลด อาจทำให้หม้อแปลงร้อนจัด และในกรณีร้ายแรงอาจทำให้หม้อแปลงไหม้ได้

4. หม้อแปลงจ่ายไฟสร้างกระแสลำดับศูนย์: เมื่อหม้อแปลงจ่ายไฟทำงานภายใต้สภาวะโหลดสามเฟสที่ไม่สมดุล จะทำให้เกิดกระแสลำดับศูนย์ ซึ่งกระแสจะเปลี่ยนแปลงไปตามระดับความไม่สมดุลของโหลดสามเฟส ยิ่งระดับความไม่สมดุลมากเท่าใด กระแสลำดับศูนย์ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

เมื่อกระแสลำดับศูนย์ไหลผ่านชิ้นส่วนเหล็ก จะทำให้เกิดการสูญเสียฮิสเทอรีซิสและกระแสไหลวน ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิเฉพาะจุดของชิ้นส่วนเหล็กบริเวณที่มีการเปลี่ยนแปลงการกระจายความร้อนสูงขึ้น และฉนวนขดลวดจะเสื่อมสภาพเร็วขึ้นเนื่องจากความร้อนสูงเกินไป ส่งผลให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์ลดลง

5. ผลกระทบต่อการทำงานที่ปลอดภัยของอุปกรณ์ไฟฟ้า: หม้อแปลงไฟฟ้าแบบจ่ายกระแสได้รับการออกแบบตามสภาวะการทำงานของสมดุลโหลดสามเฟส โดยที่ความต้านทาน รีแอกแตนซ์รั่วไหล และอิมพีแดนซ์กระตุ้นของขดลวดแต่ละเฟสโดยพื้นฐานแล้วจะเท่ากัน

เมื่อหม้อแปลงทำงานในสภาวะสมดุลโหลดสามเฟส กระแสไฟฟ้าสามเฟสภายในหม้อแปลงจะเท่ากันโดยพื้นฐาน และแรงดันตกคร่อมแต่ละเฟสภายในหม้อแปลงก็เท่ากันโดยพื้นฐาน ดังนั้นแรงดันเอาต์พุตสามเฟสของหม้อแปลงจึงสมดุลด้วย

หากหม้อแปลงไฟฟ้าแบบจ่ายไฟทำงานในสภาวะโหลดสามเฟสไม่สมดุล กระแสไฟฟ้าขาออกของแต่ละเฟสจะไม่เท่ากัน และแรงดันตกคร่อมสามเฟสภายในของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบจ่ายไฟก็จะไม่เท่ากัน ซึ่งจะทำให้แรงดันขาออกของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบจ่ายไฟไม่สมดุลในสามเฟส

ในขณะเดียวกัน หากหม้อแปลงจ่ายไฟทำงานในสภาวะโหลดสามเฟสไม่สมดุล กระแสเอาต์พุตสามเฟสจะแตกต่างกัน และจะมีกระแสไหลผ่านสายกลาง ทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมเนื่องจากความต้านทานของสายกลาง ส่งผลให้จุดกลางเคลื่อนที่ และทำให้แรงดันเฟสเปลี่ยนแปลง ซึ่งเป็นอันตรายอย่างร้ายแรงต่อการทำงานที่ปลอดภัยของอุปกรณ์ไฟฟ้า

6. ประสิทธิภาพของมอเตอร์ลดลง: หม้อแปลงจ่ายไฟทำงานภายใต้สภาวะโหลดสามเฟสที่ไม่สมดุล ซึ่งจะทำให้แรงดันเอาต์พุตสามเฟสไม่สมดุล เมื่อแรงดันที่ไม่สมดุลนี้ถูกป้อนเข้าสู่มอเตอร์ แรงดันลำดับลบจะสร้างสนามแม่เหล็กหมุนในทิศทางตรงกันข้ามกับสนามแม่เหล็กหมุนที่เกิดจากแรงดันลำดับบวก ทำหน้าที่เสมือนเบรก

แต่เนื่องจากสนามแม่เหล็กบวกมีความแรงมากกว่าสนามแม่เหล็กลบมาก มอเตอร์จึงยังคงหมุนไปในทิศทางของสนามแม่เหล็กบวก อย่างไรก็ตาม ด้วยผลของการเบรกจากสนามแม่เหล็กที่มีลำดับลบ กำลังเอาต์พุตของมอเตอร์จะลดลง และประสิทธิภาพของมอเตอร์ก็จะลดลงด้วย

ในขณะเดียวกัน อุณหภูมิที่สูงขึ้นและการสูญเสียกำลังปฏิกิริยาของมอเตอร์จะเพิ่มขึ้นตามความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าสามเฟส ดังนั้น การทำงานของมอเตอร์ภายใต้สภาวะแรงดันไฟฟ้าสามเฟสที่ไม่สมดุลจึงไม่คุ้มค่าและไม่ปลอดภัยอย่างยิ่ง

II. สาเหตุของโหลดสามเฟสที่ไม่สมดุล

(1) ขาดความเข้าใจถึงความสำคัญของการปรับสมดุลโหลดสามเฟส บุคลากรฝ่ายบริหารไม่ได้ปฏิบัติตามกฎระเบียบอย่างเคร่งครัด และไม่ได้ดำเนินการตามข้อกำหนดการประเมิน

(2) อุปกรณ์ไฟฟ้าเฟสเดียวจำนวนมาก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เครื่องใช้ไฟฟ้าเฟสเดียวคุณภาพสูงและกำลังสูงจำนวนมากได้เข้ามาสู่บ้านเรือนทั่วไป เมื่อการใช้พลังงานของโหลดเฟสเดียวเพิ่มขึ้นอย่างมากและความน่าจะเป็นของการใช้งานพร้อมกันไม่สม่ำเสมอ ระดับความไม่สมดุลของโหลดสามเฟสของโครงข่ายไฟฟ้าแรงดันต่ำอาจเพิ่มขึ้น

(3) เนื่องจากบุคลากรฝ่ายบริหารไม่คุ้นเคยกับกฎที่เปลี่ยนแปลงและการกระจายโหลดสามเฟสในพื้นที่แพลตฟอร์ม การใช้งานผู้ใช้เฟสเดียวรายใหม่ โดยเฉพาะอุปกรณ์เฟสเดียวขนาดใหญ่ จึงไม่สามารถกระจายได้อย่างสมดุลตามโหลดสามเฟส

(4) การใช้พลังงานชั่วคราวและการใช้พลังงานตามฤดูกาลที่เพิ่มขึ้น เช่น ฤดูร้อน ฤดูหนาว วันหยุด การใช้พลังงานของผู้ใช้แต่ละรายเพิ่มขึ้นไม่สอดคล้องกัน ส่งผลให้โหลดสามเฟสไม่สมดุล

III. มาตรการปรับปรุง

1. แนวทางแก้ไขปัญหาความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าสามเฟสในระบบส่งไฟฟ้าที่เกิดจากโหลดไม่สมมาตร:

(1) โหลดที่ไม่สมมาตรจะถูกกระจายไปยังจุดจ่ายไฟที่แตกต่างกันเพื่อลดปัญหาความไม่สมดุลที่มากเกินไปซึ่งเกิดจากการเชื่อมต่อแบบรวมศูนย์

(2) วิธีการแลกเปลี่ยนแบบไขว้และความเท่าเทียมกันถูกนำมาใช้เพื่อให้โหลดที่ไม่สมมาตรกระจายไปยังแต่ละเฟสอย่างเหมาะสมและพยายามทำให้สมดุล

(3) เพิ่มความสามารถในการลัดวงจรของจุดเข้าถึงโหลด เช่น การเปลี่ยนเครือข่ายหรือการปรับปรุงระดับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ เพื่อเพิ่มความสามารถของระบบในการรองรับโหลดที่ไม่สมดุล

2. เสริมสร้างการบริหารจัดการ

(1) จัดให้มีบุคลากรเฉพาะเพื่อวาดแผนผังเครือข่ายหม้อแปลงและแผนผังการกระจายโหลดทุกปี จัดทำข้อมูลที่เกี่ยวข้อง เช่น จำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าในแต่ละเฟสและรุ่นของมิเตอร์ไฟฟ้าลงในตารางที่สะดวกและตรวจสอบได้ง่าย และตรวจสอบว่ามีผู้ใช้ที่ขาดหายไปหรือมีผู้ใช้ใหม่หรือไม่ และอัปเดตให้ทันเวลาตามการเปลี่ยนแปลงของโหลด

(2) มอบหมายให้บุคคลนั้นมีแคลมป์มิเตอร์ และทำการทดสอบโหลดอย่างน้อยเดือนละครั้งเพื่อตรวจสอบโหลดสามเฟสที่ไม่สมดุล

(3) สำหรับการใช้พลังงานชั่วคราวและการใช้พลังงานตามฤดูกาล บุคลากรฝ่ายบริหารจะต้องคุ้นเคยกับสถานการณ์พื้นฐานของผู้ใช้ สถานที่ติดตั้ง การเปลี่ยนแปลงการใช้พลังงาน และปรับเปลี่ยนตามสถานการณ์ให้ทันท่วงที

(4) ยื่นขอใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าเฟสเดียวใหม่ ดำเนินการกระจายกำลังโหลดให้ดี โดยกระจายไปยังวงจรสามเฟสให้เท่าๆ กันเท่าที่จะเป็นไปได้

3. ปรับโหลดสามเฟสที่ไม่สมดุลเพื่อให้ได้ "สมดุลสี่เฟส"

"สมดุลสี่ด้าน" หมายถึง สมดุลของจุดวัด สมดุลของสายสาขา สมดุลของสายหลัก และสมดุลด้านเต้ารับแรงดันต่ำของหม้อแปลง

ในบรรดาสมดุลทั้งสี่ สิ่งสำคัญคือจุดวัดและสมดุลของสาขา โดยสามารถใช้ปริมาณการใช้ไฟฟ้าเฉลี่ยของผู้ใช้เป็นพื้นฐานในการปรับ ซึ่งปริมาณการใช้ไฟฟ้าจะใกล้เคียงกันในแต่ละระดับ และปรับให้เท่ากันในแต่ละเฟสทั้งสาม

4. เชื่อมต่อสายไฟสามเฟสเข้ากับจุดจ่ายไฟพร้อมกัน

เพื่อให้ได้ความสมมาตรของโหลดสามเฟส ควรต่อสายสามเฟสเข้ากับจุดโหลดพร้อมกัน เนื่องจากจะช่วยลดการสูญเสียได้อย่างมากเมื่อต่อสายสามเฟสเข้ากับจุดโหลดพร้อมกัน

ขยายพื้นที่การจ่ายไฟฟ้าระบบสามเฟสและสี่สายให้ครอบคลุมมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และลดความยาวของสายส่งไฟฟ้าหลักระบบเฟสเดียว ควรต่อสายเสริมจากเฟส u, V และ W บนเสาเดียวกันให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และควรปรับสมดุลโหลดของสายเฟสเดียวทั้งสามกลุ่มให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

5. ออกแบบแผนการปรับปรุงโครงข่ายไฟฟ้าอย่างเหมาะสม

เพื่อให้เกิดความสมดุลของโหลดสามเฟสหลังการแปลงระบบ จำเป็นต้องออกแบบแผนการแปลงโครงข่ายไฟฟ้าอย่างเหมาะสม ก่อนการออกแบบ จำเป็นต้องทำความเข้าใจกฎการเปลี่ยนแปลงของโหลดและการกระจายโหลด ทำการสำรวจภาคสนาม ทำความเข้าใจการกระจายโหลด และเขียนแผนผังการเดินสายกระจายโหลด

การเดินสายไฟควรดำเนินการอย่างเคร่งครัดตามหลักการสมดุลโหลดสามเฟส และควรเดินสายสามเฟสและสี่สายเข้าไปในจุดจ่ายโหลดที่สำคัญแต่ละจุดให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

ที่มา: Windows on Power