Tác hại của sự mất cân bằng tải ba pha trong máy biến áp phân phối

I. Tác hại của sự mất cân bằng tải ba pha trong máy biến áp phân phối

1. Tổn thất đường dây tăng: tổn thất tải của máy biến áp phân phối thay đổi theo dòng điện tải của máy biến áp và tỷ lệ thuận với bình phương của dòng điện tải. Trong trường hợp máy biến áp truyền tải cùng công suất, tải ba pha không cân bằng, và tổn thất tác dụng tăng lên.

Ngoài ra, sẽ có sự hao phí điện năng trên đường dây. Độ mất cân bằng càng lớn, tổn thất đường dây càng lớn.

2. Tăng tổn thất điện năng của máy biến áp phân phối: máy biến áp phân phối là thiết bị cung cấp điện chính của lưới điện hạ thế. Khi hoạt động dưới tải ba pha không cân bằng, tổn thất điện năng của máy biến áp phân phối sẽ tăng lên. Bởi vì tổn thất điện năng của hệ thống phân phối thay đổi theo mức độ không cân bằng của tải.

3. Giảm công suất đầu ra của máy biến áp phân phối: khi thiết kế máy biến áp phân phối, cấu trúc cuộn dây được thiết kế theo điều kiện vận hành cân bằng tải, và hiệu suất cuộn dây về cơ bản là như nhau, và công suất định mức của mỗi pha là bằng nhau.

Công suất đầu ra tối đa cho phép của máy biến áp phân phối bị giới hạn bởi công suất định mức của mỗi pha. Nếu máy biến áp phân phối hoạt động dưới tải ba pha không cân bằng, pha có tải nhẹ sẽ có công suất dư thừa, do đó làm giảm công suất đầu ra của máy biến áp phân phối.

Mức độ giảm công suất đầu ra có liên quan đến mức độ mất cân bằng của tải ba pha. Tải ba pha càng mất cân bằng lớn, công suất đầu ra của máy biến áp phân phối càng giảm. Do đó, khi tải ba pha không cân bằng, công suất đầu ra của máy biến áp không thể đạt đến giá trị định mức, và công suất dự phòng giảm theo, đồng thời khả năng chịu quá tải cũng giảm.

Nếu máy biến áp phân phối hoạt động trong điều kiện quá tải, rất dễ gây ra hiện tượng quá nhiệt, thậm chí dẫn đến cháy máy biến áp trong trường hợp nghiêm trọng.

4. Máy biến áp phân phối tạo ra dòng điện thứ tự không: Máy biến áp phân phối hoạt động trong điều kiện tải ba pha không cân bằng sẽ tạo ra dòng điện thứ tự không, dòng điện này sẽ thay đổi theo mức độ mất cân bằng của tải ba pha, mức độ mất cân bằng càng lớn thì dòng điện thứ tự không càng lớn.

Khi dòng điện thứ tự không chạy qua cấu kiện thép, nó sẽ tạo ra hiện tượng trễ từ và tổn hao dòng điện xoáy, làm tăng nhiệt độ cục bộ của cấu kiện thép trong hệ thống phân phối và làm nóng lên, đồng thời lớp cách điện của cuộn dây sẽ bị lão hóa nhanh hơn do quá nhiệt, dẫn đến giảm tuổi thọ thiết bị.

5. Ảnh hưởng đến hoạt động an toàn của thiết bị điện: Máy biến áp phân phối được thiết kế theo điều kiện vận hành cân bằng tải ba pha, và điện trở, điện kháng rò rỉ và trở kháng kích thích của mỗi cuộn dây pha về cơ bản là giống nhau.

Khi máy biến áp hoạt động ở chế độ cân bằng tải ba pha, dòng điện ba pha về cơ bản là bằng nhau, và độ sụt áp của mỗi pha bên trong máy biến áp về cơ bản là như nhau, do đó điện áp ba pha đầu ra của máy biến áp cũng cân bằng.

Nếu máy biến áp phân phối hoạt động ở chế độ mất cân bằng tải ba pha, dòng điện đầu ra của mỗi pha không bằng nhau, và độ sụt áp ba pha bên trong máy biến áp phân phối cũng không bằng nhau, dẫn đến mất cân bằng điện áp ba pha đầu ra của máy biến áp phân phối.

Đồng thời, máy biến áp phân phối hoạt động với tải ba pha không cân bằng, dòng điện đầu ra ba pha khác nhau, và dây trung tính sẽ có dòng điện chạy qua. Do đó, dây trung tính tạo ra sự sụt giảm điện áp do trở kháng, dẫn đến sự dịch chuyển điểm trung tính, gây ra sự thay đổi điện áp pha, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự an toàn khi vận hành thiết bị điện.

6. Giảm hiệu suất động cơ: máy biến áp phân phối hoạt động trong điều kiện tải ba pha không cân bằng, điều này sẽ gây ra điện áp đầu ra ba pha không cân bằng. Khi điện áp không cân bằng được đưa vào động cơ, điện áp thứ tự nghịch tạo ra từ trường quay ngược chiều với từ trường quay do điện áp thứ tự thuận tạo ra, hoạt động như một lực hãm.

Nhưng vì từ trường dương mạnh hơn nhiều so với từ trường âm, động cơ vẫn quay theo chiều từ trường dương. Tuy nhiên, do tác dụng hãm của từ trường âm, công suất đầu ra của động cơ sẽ giảm, và hiệu suất của động cơ cũng sẽ giảm.

Đồng thời, sự tăng nhiệt độ và tổn thất công suất phản kháng của động cơ sẽ tăng lên khi điện áp ba pha không cân bằng. Do đó, việc vận hành động cơ trong điều kiện điện áp ba pha không cân bằng là rất không kinh tế và không an toàn.

II. Nguyên nhân gây ra tải ba pha không cân bằng

(1) Hiểu biết không đầy đủ về tầm quan trọng của việc cân bằng tải ba pha. Nhân viên quản lý không thực hiện theo đúng quy tắc và quy định, không thực hiện các yêu cầu đánh giá.

(2) một lượng lớn thiết bị điện một pha. Trong những năm gần đây, một lượng lớn thiết bị điện một pha cao cấp, công suất lớn đã được đưa vào sử dụng phổ biến. Khi mức tiêu thụ điện của tải một pha tăng lên đáng kể và xác suất sử dụng đồng thời không nhất quán, mức độ mất cân bằng của tải ba pha của lưới điện hạ thế có thể tăng lên.

(3) Do nhân viên quản lý không quen thuộc với các quy tắc thay đổi và phân bổ tải ba pha trong khu vực nền tảng nên việc đăng ký của người dùng một pha mới, đặc biệt là thiết bị một pha lớn, không thể được phân bổ một cách cân bằng theo tải ba pha.

(4) Mức tiêu thụ điện tạm thời và mức tiêu thụ điện theo mùa tăng lên, chẳng hạn như mùa hè, mùa đông, ngày lễ, mức tiêu thụ điện của mỗi người dùng tăng lên không đồng đều, dẫn đến mất cân bằng tải ba pha.

III. Các biện pháp cải tiến

1. Giải pháp cho tình trạng mất cân bằng điện áp ba pha của lưới điện do tải không đối xứng gây ra:

(1) Tải không đối xứng được phân tán đến các điểm cung cấp điện khác nhau để giảm thiểu vấn đề mất cân bằng nghiêm trọng do kết nối tập trung gây ra.

(2) Phương pháp trao đổi chéo và cân bằng được sử dụng để phân bổ tải không đối xứng một cách hợp lý cho mỗi pha và cố gắng cân bằng nó.

(3) Tăng khả năng chịu ngắn mạch của điểm truy cập tải, chẳng hạn như thay đổi mạng hoặc cải thiện mức điện áp cung cấp để nâng cao khả năng chịu tải không cân bằng của hệ thống.

2. Tăng cường quản lý

(1) Tổ chức nhân viên chuyên trách vẽ sơ đồ mạng biến áp và sơ đồ phân phối tải hàng năm, lập bảng dữ liệu liên quan như số lượng người sử dụng điện trên mỗi pha và kiểu đồng hồ điện để thuận tiện kiểm tra, kiểm tra xem có người sử dụng nào bị thiếu hoặc có người sử dụng mới hay không, và cập nhật kịp thời theo sự thay đổi của tải.

(2) Giao cho người có đồng hồ kẹp và tiến hành kiểm tra tải ít nhất một lần mỗi tháng để kiểm tra tải ba pha không cân bằng.

(3) Đối với mức tiêu thụ điện tạm thời và mức tiêu thụ điện theo mùa, nhân viên quản lý phải nắm rõ tình hình cơ bản của người dùng, địa điểm lắp đặt, sự thay đổi về mức tiêu thụ điện, và sau đó điều chỉnh kịp thời theo tình hình.

(4) Xin phép thiết bị một pha mới sử dụng điện, thực hiện tốt việc phân phối công suất tải, phân bổ đều nhất có thể cho mạch ba pha.

3. Điều chỉnh tải không cân bằng ba pha để đạt được "cân bằng bốn pha".

"Bốn cân bằng" bao gồm cân bằng điểm đo, cân bằng nhánh, cân bằng đường dây chính và cân bằng phía đầu ra điện áp thấp của máy biến áp.

Trong bốn phương án cân bằng, điểm mấu chốt là điểm đo và cân bằng của các nhánh, mức tiêu thụ điện trung bình của người dùng có thể được sử dụng làm cơ sở điều chỉnh, mức tiêu thụ điện năng tương đương nhau giữa các loại, được điều chỉnh đều cho ba pha.

4. Kết nối đồng thời đường dây ba pha với điểm tải.

Để đạt được tính đối xứng của tải ba pha, cần phải đưa ba đường dây pha vào điểm tải cùng một lúc vì tổn thất sẽ giảm đáng kể khi ba đường dây pha được đưa vào điểm tải cùng một lúc.

Mở rộng tối đa khu vực phân phối hệ thống ba pha và bốn dây, đồng thời giảm chiều dài đường dây chính cung cấp điện một pha. Đường dây nhánh nên được dẫn từ các pha u, V và W trên cùng một cột càng nhiều càng tốt. Và tải của ba nhóm đường dây một pha cần được cân bằng càng nhiều càng tốt.

5. Thiết kế phương án cải tạo lưới điện một cách hợp lý.

Để đạt được sự cân bằng tải ba pha sau khi chuyển đổi, cần phải thiết kế phương án chuyển đổi lưới điện một cách hợp lý. Trước khi thiết kế, cần phải hiểu rõ quy luật biến đổi tải và phân bố tải, tiến hành khảo sát thực địa, nắm vững sự phân bố tải và lập sơ đồ đấu dây phân bố tải.

Việc đấu dây phải được thực hiện nghiêm ngặt theo nguyên tắc cân bằng tải ba pha, và hệ thống ba pha và bốn dây phải được đưa vào càng sâu càng tốt đến từng trung tâm tải quan trọng.

Nguồn: Windows on Power