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      零序電流

      人氣:1741次發(fā)表時間:2013-08-06
      在三相四線電路中,三相電流的 相量和等于零,即Ia+Ib+IC=0。如果在三相四線中接入一個電流互感器,這時感應(yīng)電流為零。當(dāng)電路中發(fā)生觸電或漏電故障時,回路中有漏電電流流過, 這時穿過互感器的三相電流相量和不等零,其相量和為:Ia+Ib+Ic=I(漏電電流)。這樣互感器二次線圈中就有一個感應(yīng)電壓,此電壓加于檢測部分的電 子放大電路,與保護(hù)區(qū)裝置預(yù)定動作電流值相比較,如大于動作電流,即使靈敏繼電器動作,作用于執(zhí)行元件跳閘。這里所接的互感器稱為零序電流互感器,三相電流的相量和不等于零,所產(chǎn)生的電流即為零序電流。

      產(chǎn)生條件

      1、無論是縱向故障、橫向故障,還是正常時和異常時的不對稱,都有零序電壓的產(chǎn)生;
      2、零序電流有通路。
      以上兩個條件缺一不可。因為缺少第一個,就無源泉;缺少第二個,就是我們通常討論的“有電壓是否一定有電流的問題。
      零序公式:3U0=UA+UB+UC,3I0=IA+IB+IC
      正序、負(fù)序、零序的出現(xiàn)是為了分析在系統(tǒng)電壓、電流出

        零序電流互感器

      現(xiàn)不對稱現(xiàn)象時,把三相的不對稱分量分解成對稱分量(正、負(fù)序)及同向的零序分量。只要是三相系統(tǒng),就能分解出上述三個分量(有點象力的合成與分解, 但很多情況下某個分量的數(shù)值為零)。對于理想的電力系統(tǒng),由于三相對稱,因此負(fù)序和零序分量的數(shù)值都為零(這就是我們常說正常狀態(tài)下只有正序分量的原 因)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,三相變得不對稱了,這時就能分解出有幅值的負(fù)序和零序分量度了(有時只有其中的一種),因此通過檢測這兩個不應(yīng)正常出現(xiàn)的分量, 就可以知道系統(tǒng)出了毛?。ㄌ貏e是單相接地時的零序分量)。下面再介紹用作圖法簡單得出各分量幅值與相角的方法,先決條件是已知三相的電壓或電流(矢量 值),當(dāng)然實際工程上是直接測各分量的。由于上不了圖,請大家按文字說明在紙上畫圖。

      從已知條件畫出系統(tǒng)三相電流(用電流為例,電壓亦是一樣)的向量圖(為看很清楚,不要畫成太極端)。

      (1 ) 求零序分量

      (1 ) 求零序分量:把三個向量相加求和。即A相不動,B相的原點平移到A相的頂端(箭頭處),注意B相只是平移,不能轉(zhuǎn)動。同方法把C相的平移到B相的頂端。此 時作A相原點到C相頂端的向量(此時是箭頭對箭頭),這個向量就是三相向量之和。最后取此向量幅值的三分一,這就是零序分量的幅值,方向與此向量是一樣 的。

      求正序分量

      (2) 求正序分量:對原來三相向量圖先作下面的處理:A相的不動,B相逆時針轉(zhuǎn)120度,C相順時針轉(zhuǎn)120度,因此得到新的向量圖。按上述方法把此向量圖三相相加及取

        零序電流互感器

      三 分一,這就得到正序的A相,用A相向量的幅值按相差120度的方法分別畫出B、C兩相。這就得出了正序分量。(3) 求負(fù)序分量(所謂負(fù)序就是A相落后B相120度,B相落后C相120度,C相落后A相120度。) (3) 求負(fù)序分量:注意原向量圖的處理方法與求正序時不一樣。A相的不動,B相順時針轉(zhuǎn)120度,C相逆時針轉(zhuǎn)120度,因此得到新的向量圖。下面的方法就與正 序時一樣了。
      通過上述方法大家可以分析出各種系統(tǒng)故障的大概情況,如為何出現(xiàn)單相接地時零序保護(hù)會動作,而兩相短路時基本沒有零序電流。

      相關(guān)關(guān)系

      在 這里再說說各分量與諧波的關(guān)系。由于諧波與基波的頻率有特殊的關(guān)系,故在與基波合成時會分別表現(xiàn)出正序、負(fù)序和零序特性。但我們不能把諧波與這些分量等同 起來。由上所述,之所以要把基波分解成三個分量,是為了方便對系統(tǒng)的分析和狀態(tài)的判別,如出現(xiàn)零序很多情況就是發(fā)生單相接地,這些分析都是基于基波的,而 正是諧波疊加在基波上而對測量產(chǎn)生了誤差,因此諧波是個外來的干擾量,其數(shù)值并不是我們分析時想要的,就如三次諧波對零序分量的干擾。

      相關(guān)危害

      一、對配電變壓器的影響
      (1)三相負(fù)荷不平衡將增加變壓器的損耗:
      變壓器的損耗包括空載損耗和負(fù)荷損耗。正常情況下變壓器運行電壓基本不變,即空載損耗是一個恒量。而負(fù)荷損耗則隨變壓器運行負(fù)荷的變化而變化,且與負(fù)荷電流的平方成正比。當(dāng)三相負(fù)荷不平衡運行時,變壓器的負(fù)荷損耗可看成三只單相變壓器的負(fù)荷損耗之和。
      從數(shù)學(xué)定理中我們知道:假設(shè)a、b、c 3個數(shù)都大于或等于零,那么a+b+c≥3√abc 。
      當(dāng)a=b=c時,代數(shù)和a+b+c取得最小值:a+b+c=3√abc 。
      因此我們可以假設(shè)變壓器的三相損耗分別為:Qa=Ia2 R、Qb= Ib2 R 、Qc =Ic2 R,式中Ia、Ib、Ic分別為變壓器二次負(fù)荷相電流,R為變壓器的相電阻。則變壓器的損耗表達(dá)式如下:
      Qa+Qb+Qc≥3√〔(Ia2 R)(Ib2 R)(Ic2 R)〕
      由此可知,變壓器的在負(fù)荷不變的情況下,當(dāng)Ia=Ib=Ic時,即三相負(fù)荷達(dá)到平衡時,變壓器的損耗最小。
      則變壓器損耗:
      當(dāng)變壓器三相平衡運行時,即Ia=Ib=Ic=I時,Qa+Qb+Qc=3I2R;
      當(dāng)變壓器運行在最大不平衡時,即Ia=3I,Ib=Ic=0時,Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R);
      即最大不平衡時的變損是平衡時的3倍。
      (2)三相負(fù)荷不平衡可能造成燒毀變壓器的嚴(yán)重后果:
      上述不平衡時重負(fù)荷相電流過大(增為3倍),超載過多,可能造成繞組和變壓器油的過熱。繞組過熱,絕緣老化加快;變壓器油過熱,引起油質(zhì)劣化,迅速降低變壓器的絕緣性能,減少變壓器壽命(溫度每升高8℃,使用年限將減少一半),甚至燒毀繞組。
      (3)三相負(fù)荷不平衡運行會造成變壓器零序電流過大,局部金屬件溫升增高:
      在三相負(fù)荷不平衡運行下的變壓器,必然會產(chǎn)生零序電流,而變壓器內(nèi)部零序電流的存在,會在鐵芯中產(chǎn)生零序磁通,這些 零序磁通就會在變壓器的油箱壁或其他金屬構(gòu)件中構(gòu)成回路。但配電變壓器設(shè)計時不考慮這些金屬構(gòu)件為導(dǎo)磁部件,則由此引起的磁滯和渦流損耗使這些部件發(fā)熱, 致使變壓器局部金屬件溫度異常升高,嚴(yán)重時將導(dǎo)致變壓器運行事故。
      二、對高壓線路的影響
      (1)增加高壓線路損耗:
      低壓側(cè)三相負(fù)荷平衡時,6~10k V高壓側(cè)也平衡,設(shè)高壓線路每相的電流為I,其功率損耗為: ΔP1 = 3I2R
      低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡將反映到高壓側(cè),在最大不平衡時,高壓對應(yīng)相為1.5I,另外兩相都為0.75 I,功率損耗為:
      ΔP2 = 2(0.75I)2R+(1.5I)2R = 3.375I2R =1.125(3I2R);
      即高壓線路上電能損耗增加12.5%。
      (2)增加高壓線路跳閘次數(shù)、降低開關(guān)設(shè)備使用壽命:
      我們知道高壓線路過流故障占相當(dāng)比例,其原因是電流過大。低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡可能引起高壓某相電流過大,從而引起高壓線路過流跳閘停電,引發(fā)大面積停電事故,同時變電站的開關(guān)設(shè)備頻繁跳閘將降低使用壽命。
      三、對配電屏和低壓線路的影響
      (1)三相負(fù)荷不平衡將增加線路損耗:
      三相四線制供電線路,把負(fù)荷平均分配到三相上,設(shè)每相的電流為I,中性線電流為零,其功率損耗為: ΔP1 = 3I2R
      在最大不平衡時,即某相為3I,另外兩相為零,中性線電流也為3I,功率損耗為:
      ΔP2 = 2(3I)2R = 18I2R = 6(3I2R);
      即最大不平衡時的電能損耗是平衡時的6倍,換句話說,若最大不平衡時每月?lián)p失1200 kWh,則平衡時只損失200 kWh,由此可知調(diào)整三相負(fù)荷的降損潛力。
      (2)三相負(fù)荷不平衡可能造成燒斷線路、燒毀開關(guān)設(shè)備的嚴(yán)重后果:
      上述不平衡時重負(fù)荷相電流過大(增為3倍),超載過多。由于發(fā)熱量Q=0.24I2Rt,電流增為3倍,則發(fā)熱量增 為9倍,可能造成該相導(dǎo)線溫度直線上升,以致燒斷。且由于中性線導(dǎo)線截面一般應(yīng)是相線截面的50%,但在選擇時,有的往往偏小,加上接頭質(zhì)量不好,使導(dǎo)線 電阻增大。中性線燒斷的幾率更高。
      同理在配電屏上,造成開關(guān)重負(fù)荷相燒壞、接觸器重負(fù)荷相燒壞,因而整機損壞等嚴(yán)重后果。
      四、 對供電企業(yè)的影響
      供電企業(yè)直管到戶,低壓電網(wǎng)損耗大,將降低供電企業(yè)的經(jīng)濟效益,甚至造成供電企業(yè)虧損經(jīng)營。農(nóng)電工承包臺區(qū)線損,線損高農(nóng)電工獎金被扣發(fā),甚至連工資也得不到,必然影響農(nóng)電工情緒,輕則工作消極,重則為了得到錢違法犯罪。
      變壓器燒毀、線路燒斷、開關(guān)設(shè)備燒壞,一方面增大供電企業(yè)的供電成本,另一方面停電檢修、購貨更換造成長時間停電,少供電量,既降低供電企業(yè)的經(jīng)濟效益,又影響供電企業(yè)的聲譽。
      五、 對用戶的影響
      三相負(fù)荷不平衡,一相或兩相畸重,必將增大線路中的電壓降,降低電能質(zhì)量,影響用戶的電器使用。
      變壓器燒毀、線路燒斷、開關(guān)設(shè)備燒壞,影響用戶供電,輕則帶來不便,重則造成較大的經(jīng)濟損失,如停電造成養(yǎng)殖的動植物死亡,或不能按合同供貨被懲罰等。中性線燒斷還可能造成用戶大量低壓電器被燒毀。

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