调整三相不平衡负荷减少电能损耗

1、调整三相不平衡负荷减少电能损耗在低压供电系统中,常采用三相四线制供电。目前为保证安全用电,设备外壳还采用专用的接地线路。单相用电设备(如照明系统、日常家电等 及多相用电设备的不对称负荷运行,会使三相电流幅值及其相角互不相等。另外线路运行中出现的短路故障如单相短路、两相短路也会造成三相电路的不对称。采用三相四线制供电,可以使不对称的三相负载仍旧得到对称的三相电压,只要零线可靠,即使三相不对称也能正常工作。但是如果三相四线制供电系统中零线断线或接触不良,在三相负载不对称的情况下则会产生中性点位移,使得三相电压不对称。三相负荷的不对称程度是用不对称度来衡量的,线电压的不对称程度用线电压负序分量有效值

2、UL2 与正序分量有效值UL1 的比值来表示。即:= UL2 / UL1 ×100 %通常规定,当< 5 %时,可近似认为线电压是对称的。实际上,大多数的三相负荷是不对称的。不对称负荷造成三相电压不平衡,电压偏移值增大,电压波形产生畸变,线损增加。1 三相不平衡负荷的危害(1 三相负荷不平衡影响设备的运行出力。发电机设备容量设计是按三相负荷平衡条件来确定的。如果三相负荷不平衡,设备容量只能以三相负荷中最大的一相为限,因此设备出力降低。(2 三相负荷不平衡,中性线就有电流流过,低压供电线路损耗增大。(3 三相负荷不平衡,造成三相电压不对称,使中性点电位产生位移。三相中哪相负荷大哪

3、相电压就降低,而负荷小的相电压就升高。为此,如果控制中性线电流不超过20 % ,则中性点位移不会造成三相电压的严重不对称。规程要求电流不平衡度不得大于20 % ,计算公式为:= ( Imax - Icp / Icp ×100 %式中: Imax 最大电流;Icp 平均电流。(4 中性线电流过大,使配电变压器运行温度升高,严重时会将变压器烧坏。当中性线电流过大时,零序电流所产生的零序磁通会在油箱壁及钢结构中通过,引起较大的损耗,从而使配电变压器运行温度升高。绝缘油和绝缘材料长期受到高温影响,变压器寿命会缩短,严重的甚至烧坏。(5 三相负荷不平衡造成三相不平衡,影响电动机的输出功率,并使

4、绕组温度升高。三相电压不平衡时,在异步电动机定子中便产生一个逆序旋转磁场,电动机在顺、逆两序磁场的作用下运行,由于顺序旋转磁场比逆序旋转磁场大,故电动机的旋转方向仍与顺序方向相同。逆序磁场的存在,产生了较大的逆序方向的制动力矩,使电动机输出功率减小。又由于转子阻抗小,产生的逆序电流大,使绕组温度升高,减小了电动机的使用寿命。异步电动机的转矩与端电压的平方成正比,电压降低10 % ,转矩降低19 % ,满载时电流增加11 %,温度升高6 %7 %。(6 三相负荷不平衡,使有的相电压高,另外的相电压降低,这对照明中大量使用的白炽灯也会产生不良影响。当端电压降低5 %时,其光通量将减少18 % ,照

5、明度降低;而端电压升高5 % ,灯泡的寿命将减少一半,灯泡消耗量将剧增。国家标准规定:“企业内部供电电压偏移允许值一般不应超过额定电压±5 %”。(7 中性线电流过大,导线可能会烧断。中性线导线截面一般应是相线截面的50 %,但在选择时,有的往往偏小;由于接头质量不好,会使电阻增大。因此,常发生中性线接头过热、烧断故障。以上分析说明,调整不平衡负荷具有十分重要的作用。2 调整不平衡负荷的重要作用在三相四线制供电线路中,三相电流平衡时的线路功率损耗最小。三相电流不平衡时线路功率增大的部分称为线路的电流不平衡附加线损。通过对线路实际情况的计算,可以进一步了解调整不平衡负荷对平衡电流的重要

6、作用。例:某井队生活区干线电阻R = 1. 0 ,中线电阻R0= 2. 0 ,各相电流分别为: IA = 250A , IB = 100A , IC =150A , I0 = 76A ,试计算附加线损。解:据P = ( IA - IB 2 + ( IB - IC 2 + ( IC -IA 2 / 3 ×R + I02 R0 = (250 - 100 2 + (100 - 150 2 +(150 - 250 2 / 3 ×1. 0 + 762 ×2. 0 = 23.22 (kW通过以上计算,可以看出附加线损值是相当大的。调整三相负荷使三相电流保持平衡是降损节电的重要

7、措施,具有良好的经济效益。3 调整不平衡负荷主要措施(1 调整低压配电线路的三相负荷,尽量使其平衡。定期测量三相电压的平衡情况,调查并实际调整负荷,使三相负荷昼匀衡,减少不平衡负荷对电压偏移的影响。同时,可以降低三相电流不平衡度,减少中性线电流的增大,即减少线损。(2 根据负荷变化情况,合理调整运行方式,适当调节各用电设备的用电时间,减少最大负荷,增加最小负荷,提高负荷率。(3 合理调整电压。当用电负荷不平衡电流大于供电设备额定电流10 %时,采取措施平衡负荷。(4 适当增大导线截面可以减少阻抗,减少线路损耗,同时也减少负荷变动情况下电压的波动。(5 提倡使用三相四线制照明干线。对照明系统一般

8、习惯采用单相二线给路灯、井场照明、营房等供电。如果改用三相四线作为干线,把每条线路的用电负荷均匀地分配到三相上,这不仅对平衡三相负荷减少三相不平衡负荷所引起的电能损耗有利,而且还可以直接减少每条干线上的电能损耗,具有显著的节电效果。设总电流为I ,每根输电线的电阻为R ,功率因数cos= 1 ,采用单相二线供电时的线损为: P1 = 2I*IR (1采用三相四线制供电线路,把负荷平均分配到三相上,则每相的电流为1/ 3I ,其线损为:P2 = 3 (1/ 3 I 2 R = 1/ 3 I2 R (2(1 、(2 两式相除,得:P1 /P2 = (2I2 R / (1/ 3 I2 R = 6 (

9、倍忽略某些次要的因素,可以近似认为单相线损是三相线损的6 倍。实际使用中,三相负荷很难做到真正平衡,此时的线损为:P2 = ( IA2 + IB2 + IC2 R + I02 R例:某井队生活区供电线原采用单相二线供电,测得电流I 为94A ,每根供电线的电阻R 为2. 0;现改用三相四线制供电,测得各相电流分别为IA = 34A , IB =31. 2A ,IC = 28. 8A ,中性线电流I0 = 5A ,求全年节约的电能。解:P1 = 2I2 R = 2 ×942 ×2. 0 = 35. 344 (kWP2 = ( IA2 + IB2 + IC2 R + I02 R= ( 342 + 31. 22 + 28. 82 ×2. 0 + 52 ×2. 0 = 5. 96