简析不对称三相系统的危害及处理措施

简析不对称三相系统的危害及处理措施

摘要：介绍了低压电网三相负载不对称带来的诸多危害，譬如降低设备出力、使漏电保护器频繁动作、降低用户的电能质量、增加

线路损耗，甚至烧断中性线威胁用电设备的安全。并分析了产

生这些危害的原因。并为改善低压配电网的运行条件，提出了

调整三相负载平衡的具体方法。

关键词：低压配电网；负载平衡；危害

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，家庭除照明电器增多外，大量的中高档，大功率的家用电器也进入寻常百姓家，小企业、小商户等用电户越来越多，这些都是采用单相电源；低压配电网也有类似现象。在单相负荷用电量极大增长的情况下，若不注意三相负荷平衡，可能使低压配电网的三相不平衡度增加，电网技术状况变差。而且低压配电网三相负载的不平衡，严重影响供电的可靠性、安全性，不仅使损耗增大，用户电能质量下隆，甚至会造成供电设备以及低压电器的损坏。因此，三相负载的平衡问题应该引起人们的高度注意。

1三相负载不对称的成因

在三相四线制低压电力网中，由于用电户使用功率不相同，有单相负载的存在，因此三相负载一般是不对称的。

1．1正常情况

在正常情况下，各种单相负载，如电灯、电风扇、电视机、电冰箱、洗衣机等连接在电力网中，故三相负载一般是不会对称的。这是因为：

(1)单相负载连接时，l一相负载分配很难做到均衡；

(2)即使在连接时三相负载分配得很均衡，但各个单相负载开、停

时也不能做到同时进行操作；

(3)即使在连接时，三相负载分配得很均衡，但是使用中各个单

相负载也会小断地增加负载；

(4)生产中存在着电焊负载。

1．2 非正常情况

在非正常情况下，j三相负载小对称的情况极为严重，其原有：

(1)配电变压器高压侧线路发生一相或两相断线或接地

故障；

(2)配电变压器高调分头接触不良或高、低压侧接头，

绕组故障；

(3)配电变乐器高，低侧三相或两相熔断器熔丝熔断；

(4)低压电网一相或两相线路发生接地或断线故障；

(5)三相线路阻抗相等或电动机三相绕组中，有一相或两相发生故

障；

(6)单相负载私托乱接或窃电价差额，把照明负荷误接到动力线

路上，见图1。

2 三相负载不对称度要求

(1)在三相三线制系统中，一般要求异步电动机任一相电

流与三相电流平均值的偏差不超过10％。

(2)在三相四线制系统中，相负载不对称度在电源侧不

得大于10％，在负载侧不得大于20％。

3 三相负载不对称的危害性分析

低压电网三相负载不对称时常见危害大致有以下几个方面。

3．1 降低设备出力。

变压器、开关、接触器、线路等设备是按三相负载平衡条件来设计的。如果三相负载不平衡，设备容量只能以三相负荷中最大一相为限，因此设备出力降低，减小了其使用功率。

3．2 引起低压漏电保护器的频繁动作，甚至送不上电。

低压漏电保护是防止人身触电伤亡的有效技术措施，只有三相负载平衡，低压漏电保护才能良好运行。正常运行时通过漏电保护器的电流为三相负载电流之和，发生触漏电事故时，为三相负载电流与触漏电电流之和。因为触电是偶然发生的，故这时流过漏电保护器的电流一般为三相漏电流之和，每相漏电流的大小由每相对地阻抗的高

低决定，而每相对地阻抗的高低主要由接在该相上的单相负荷用电户的多少来决定。当三相负载不平衡时，三相漏电流也不平衡，这时漏电保护器中流过的电流为三相不平衡漏电流，当该电流值大于或等于漏电保护器的额定动作电流时，将引起保护器跳闸，当三相负载平衡且三相线路对地绝缘大致相同时，流过漏电保护器的电流近似为零，使漏电保护器在发生触漏电事故时动作灵敏可靠，无故障时就不动作。即使在阴雨天气，漏电流增加，由于三相电流平衡，通过漏电保护器的电流也近似为零，从而漏电保护器也不动作，从根本上改善了漏电保护器的运行条件。

3．3 降低用户的电能质量。

三相负载不平衡，在中性线阻抗过大(线径过小)或断线情况下，中性点就会发生较大位移，造成三相电压不对称，中性点向负载大的方向偏移，三相中哪相负载大，哪相电压就降低，而负荷小的相电压则升高。其不平衡程度与三相负载不平衡程度成正比。这使接在重负载相的单相用户，电压偏低，电灯不亮，电器效能降低，小水泵易烧毁；而接在轻负载相的单相用户，电压偏高，缩短电器使用寿命，还可能造成电器绝缘击穿，损坏电器。

3．4 影响电动机的正常运行

对三相动力用户来说，三相电压不平衡，影响电动机的输出功率，并引起电动机过热。三相电压不平衡时，会出现正序和负序电压，在异步电动机定子中产生一个负序旋转磁场，电动机在正负两序磁场的作用下运行，由于正序旋转磁场比负序旋转磁场大，故电动机的旋转方

向仍与正序方向相同。负序磁场的存在，产生了较大的负序方向的制动力矩，使电动机输出功率减少。又由于转子阻抗小，产生的负序电流大，使绕组温度升高，减少了电动机的使用寿命。

3．5 使中性线中存在电流

如果长期运行，中性线绝缘层易老化，甚至烧毁中性线，严重时还会使配电变压器烧坏、单相用户的家用电器烧坏。若三相负载严重不平衡且中性线阻抗很大时，将使中性线出现很高的对地电位，对人身安全构成危险。

对于三相四线制电路，假设三相负载阻抗Z A为容性、Z B为感生、Z C为纯阻性，当其电流电压相量图为图1时，其中性线电流İN=İA+İB+İC将会很大，甚至超过最大相电流，这是一种较为严重的失衡现象。如图2：

图2 负载的电流、电压相量图

3．5．1 当中性线电流过大时，影响配电变压器的正常运行零序电流所产生的零序磁通会通过油箱壁及钢结构件引起较大的损耗，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