三相不平衡论文.docx

目录前言2第一章三相不平衡的基本概念31.1 三相不平衡31.2三相系统中电流与电压量化31.3三相系统中的限值6第二章三相不平衡度的计算72.1三相负荷的序容量及其计算72. 1. 1三相负荷电流的序分量72. 1. 2三相负电荷的序容量92.2三相不平衡度的计算102.2.1三相电流不平衡度的计算102.2.2三相电压不平衡度的计算112.2.3三相电压不平衡度与电流不平衡度的关系13第三章三相不平衡的危害143.1三相不平衡的重要性143.2产生三相不平衡的原因143.3三相不平衡对电机设备的影响163.4.1感应电动机183.4.2同步发电机203.5三相不平衡对公用用电的影响203.5.1电压的变化范围过大213.5.2 波形失真（或称谐波 Waveform Distortion） 213.5.3 突波（或称电涌 Power Surges） 213.5.4.尖波（或高压尖脉冲Spikes） 223.5.5 瞬态过电压（transient overvoltage）和暂态过电压（temporary overvoltage） 233.5.6 电压下陷/下降（Sags & Brownouts） 233.5.7三相电压不平衡指各相之间电压不相等或相角不相等，由各相负载不平衡造 成233.5.8杂讯干扰（或称噪声Noises）指射频干扰（RFI）和电磁干扰（EFI）及其它 和种高频干扰24第四章三相不平衡的抑制措施26结束语28参考文献29致 谢30前言在电力系统中，存在着种种不平衡因素，可以归结为事故性和正常性两大类。 事故性的不平衡是由于系统故障引起的，这种运行工况在系统中是不允许的，一 般要通过保护装置切除故障元件，经处理后再恢复系统运行。正常性不平衡是由 于三相元件参数或负荷不对称引起的，象电气化铁道中的牵引负荷、冶炼系统中 的电弧炉等。系统三相不平衡度如果超过一定范围，将会影响系统的安全运行。 因此，针对正常性不平衡运行工况，制定了“三相电压允许不平衡度”的电能质量 指标。本文将讨论三相电压和电流的不平衡。由于不平衡电流是引起不对称电压的重 要原因，并且电压不平衡是一个公认的电能质量参数，所以本文主要讲述三相正 弦电压的不平衡。三相系统如果三相电压和电流具有相同的幅值并且相位互相差120°，则被称 为三相对称系统或平衡系统。如果其中的一个或两个条件不满足，则称为三相不 对称系统或不平衡系统。4三相对称系统的对称性还表现为：在任意时刻，三 相电量的瞬时值之和为零；三相瞬时总功率与时间无关。对称三相系统在任意时 刻的总瞬时功率是常数，也就是说对称三相系统也一定是平衡三相系统。对于三 相系统，系统的不对称直接导致不平衡，所以不对称三相系统和不平衡三相系统 在使用上不做严格区分。摘要：近年来，城农网改造及加强供用电管理使供电企业的经济和社会效益有 了明显提高。但一些单位在加强管理、降损节能的同时，只看到了许多表面化现 象，而对有关技术改进方面缺少足够的重视。三相不平衡度的估算是贯彻国家标准、提高电能质量的基础，故提出一种三相三 线配电系统中由不对称负荷引起的三相不平衡度的实用计算方法。在引入了三相 不对称负荷的序容量的概念之后，负荷电流不平衡度等于负荷负序容量与正序容 量之比，由该不对称负荷在某公共连接点引起的三相电压不平衡度等于负荷负序 容量与系统短路容量之比；建立了三相不对称负荷的序容量与负荷相问功率之间 的函数关系，简化了三相不平衡度的计算过程。算例表明该方法简便易用。该方 法适合于工业配电网在设计规划阶段对三相不平衡度的估算。本文将讨论三相电压和电流的不平衡，由于不平衡电流是引起不对称电压的主要 原因，并且电压不平衡是一个工人的电能质量参数，本文主要讲述三相正弦电压 的不平衡。本文首先定义这种现象，然后给出一些量化所需的基本参数，然后介 绍三相不平衡的限值、原因和影响，引入三相不平衡度的算法，该算法简化了三 相不平衡度的计算过程，最后介绍一些抑制三相不平衡的技术。关键词：三相不平衡、正序容量、负序容量、三相不平衡度、抑制措施第一章三相不平衡的基本概念1.1三相不平衡如果三相电压和电流具有相同的幅值，并且相位相差120°，则被称为平衡 或对称的系统。如果其中的一个或两个条件不满足，则称为不对称或不平衡的系 统。本文简单地假设波形为正弦波，不含有任何谐波。1.2三相系统中电流与电压量化为量化三相系统电压或电流的不平衡，本文采用所谓的Fortescue分量或对 称分量。三相系统分解成所谓的正序、负序和零序系统，用下标d，i，h来表示 （在一些文章中也采用1， 2，0的下标）。它们采用三系统与正向旋转磁场有关，而负序系统则生成一个反向旋转磁场 下标U，V，W来表示不同的相（有时也采用下标a，b，c。这里的数学表达式是 针对电压U而言，但是这个变量可以用电流I替代（图1）。U 一111h11U=-a 2ad3U * _1aa2i公式中旋转算子a的计算公式为:a - ej-e其中仕120°这些变换是能量恒定的，因此，采用原有值或转换值算出的任何点能量具有相同结果。其逆变换为:U 111uU1a 2aVU1aa2WUhUdUi(2)正序系统与正向旋转磁场有关，而负序系统则生成一个反向旋转磁场（图 1）。就交流电气设备而言，这是对旋转磁场的正确物理释译。零序分量具有相同的相角，只是振荡，在没有中性线的系统中零序电流显然 不能流通，但在供电系统星形接线“零电压”中性点和负载中性点之间可能会产生很大的电压差。图1对称分量的图形描述，注意正序（左面图形）分量和负序（中间图形）分量按照实际电压矢量反向标注。'Uw图2将用U、V、W表示的三相分量相应的矢量分解以获得真实的不平衡系统。）这些分量，在世界中不是直接测得的。对采样电压和电流进行以上数学运算 的数学测量设备比采用传统模拟设备更加容易实施。在电压和电流的正序和负序分量量值之间的比率UU（电压）和UI（电流）分别 是不平衡的测量值（以表示）：UU = 100% X U / Ud例如，这样的比率已经用于电能质量相关的标准，如EN50160或IEC1000-3-X系列标 准。优势也定义一个类似比率用于表示零序值与正序量值之间的关系。计算电压比率的一个简单近似方法是：UU 牝 100% X 七 / SC这个比率只是采用负载现在功率sl和供电电路的短路容量SSC。在标准中对确定这些参 数的完整测量程序进行了介绍，他们采用统计技术决定在一定时间间隔内的（公式（3）和公 式（4）平均值。1.3三相系统中的限值国际标准（例如EN50160或IEC1000-3-X系列）给出由公式（3）定义的不平 衡比率的限值，对于低压和中压系统Uu<2%，高压系统Uu<1%，它是10分钟 间隔时间的测量值，具有4%的瞬时最大值。然而，这些限值可以就地降低，在 英法海底隧道的英国一侧甚至低于0.25%，该隧道的火车系统是一个大型单相负 载。对于高压系统设置更低限值的原因是通常它们设计用于具有平衡阻三相负载 的最大容量。任何不平和会导致高负荷传输系统的低效率运行。在进行低压供电 系统设解释，对单相负载供电是其中一个主要目的，因此系统和连载负载必须能 够容忍较大的不平衡。例如，对额定容量为2 X15 MVA的复线高速铁路的所需短路容量进行估算 （典型的法国TGV布置）采用公式（4）来计算比率，短路容量至少为3GVA才能 维持1%的电压不平衡水平，这就解释了为什么必须与超高电压系统相连。关于 在公共连接点（PCC）处电压特性的更详细标准可以在作为EMC标准的一部分 IEC61000-2-X和EN50160中找到。除此之外，不同欧洲国家和电力公司对不平 衡负载电流的“发射”电平经常采用他们自己的补充标准。第二章三相不平衡度的计算2.1三相负荷的序容量及其计算211三相负荷电流的序分量三相负荷电流的序分量为了分析方便，假设负荷接入点（即PCC点）的电网电 压正弦对称且为额定值，即：匕疽U+j°U =a 2UU" ：(5)式中，UN为PCC点三相线电压额定有效值，a和a 2为相位变换算子:(6)设有一个三相不对称负荷，如图所示。若规定感性负荷无功功率为正，容性 负荷无功功率为负，则各项负荷复功率可表示如下：+jQ.b?=p+队ac ca 'Q ca（7）从公共连接点（PCC）来看，负荷三相总功率为：P = P + P + PL ab bc caQ = Q + Q + QL ab bc ca(8)SL =(p；+ql根据复工率的定义，三相负荷的想见电流为:I = E = -L(P - jQ )U abUU 2ababABi = JL_=_L(p - jQ)u bcUU 2bcbcBCSB 1一/ U- = "Pca QUBACA N(9)式中，§ab，bc，Sca中的ab，bc，ca表示共轭复数。于是，三相负荷的线 电流为:、I =二(P - jQ )U - (P - jQ )U A U 2 ab ab AB ca ca CANI = (P - jQ )U - (P - jQ )U B U 2 bc bc BC ab ab ABNI = (P - jQ )U - (P - jQ )U c U 2 ca caCbc bc BCN(10)根据对称分量法，三相负荷线电流的正序分量和负序分量可分别计算如下:I1 = _(IA +a IB +a 2 IB)12 = _(I +以 2 七 +以 IB)(11)将式（10）代入式（11），可得以负荷功率表示的正序电流分量表达式:I = U (P - jQ )1 U 2 L L(12)N于是，三相不对称负荷的正序电流有效值为:(13)将式（10 ）代入式（12）,可得以负电荷功率表示负序电流分量表达式:(14)式中Ql 21八-八八司 Q - 2Q + Q2 匚 ab bc caca-Pab I(15)于是，三相不对称负电荷的负序电流有效值为监 + Q；2(16)21.2三相负电荷的序容量根据式（14）和式（16）所示的三相不对称负荷的正序电流分量和负序电流 分量表达式，可定义三相负荷的序功率如下。定义1三相不对称负荷的正序容量定义为:% 二网 n【 = Jp； + Q；(17)式中，I1为三相不对称负荷在正弦对称电压源条件下的正序电流分量，un 为PCC点三相电压额有效值。其中，PL1定义为正序有功功率，ql1定义为正序 无功功率：P = P = P + P + PL1L ab bc caQLi=QL=Qab + Qbc + Qca(18)定义2三相不对称负荷的负序容量定义为：SL2 兰理2=故；2 + QL2(19)式中，I2为三相不对称负荷在正弦对称电压源条件下的负序电流分量，un 为PCC点三相线电压额定有效值。其中，PL2定义为负序有功功率，qL2定义为 负序无功功率：P =司 P -2 P + P -必(Q Q)L 22 L ab bc caca ab -QL 2 = 2 b - 2Qbc + Qca必 W - PabM(20)值得指出，三相负荷的正序容量和负序容量仅仅是对三相负荷本身不对称的 一种描述，它并不反映负荷与电源之间的实际交换功率，因此它不同于根据线路 电流和电压的正负序分量计算所得的正序视在功率和负序视在功率。2.2三相不平衡度的计算2.2.1三相电流不平衡度的计算在三相对称电源供电的三相三线制配电系统中，根据三相电流不平衡度的定义， 有：£ = Ll = 土'LSL1(21)即三相负荷的电流不平衡度等于负荷的负序容量与正序容量之比。2.2.2三相电压不平衡度的计算图2为三相不对称负荷的供电系统原理示意图，设三相电源电压正弦对称， 无穷大电源至公共连接点的系统等值阻抗为(Rd+jXd)，则由图2可得公共连接点 的三相电压表达式：U = U -1 (R + jX )PCC. AS. AA d dUPCC.广 U.B -B (Rd + jX)Upcc.c=Us.cTc(Rd + jX(22)图2三相不对称负何的供电系统原理示意图应用对称分量法，可得公共连接点(PCC)的三相电压的正序分量和负序分量:1 ”Upcc.1 = 3(Upcc.A +aUpcc.B +a 2Upcc.c=US .1 -( Rd + jxp=Us.A-i(Rd + jX(23)U= 1(U+aU+a 2U)PCC .2 3 PCC - APCC.BPCC .C=US.2 - /2(R + jX)=UsLM + jX)(24)值得指出，由于假定电源电压对称，故上式中电源电压的负序分量为0。根据三相电压不平衡度的定义:U= PCC .2UPCC .1-1 (R + jX )|US.1-MR 小)i2S /(Rd + jXd )=2 R 2d 1 d(25)式中，Id为公共连接点的系统短路电流，并考虑到Id>>I1O设Sd表示公共连接点 的系统短路容量，则上式可改写为I S£牝 _2 § 2d d(26)即在三相对称电源供电的三相三线制配电系统中，由三相不对称负荷在公共连接点引起的三相电压不平衡度等于负荷的负序容量与公共连接点的系统短路容量 之比。式(21)和式(26)表明，三相不对称负荷引起的三相电流或电压不平衡度主要 取决于负荷的负序容量。在推导负荷的负序容量时，假设PCC点电压对称恒定。 实际上，由于电源容量有限，当三相不对称负荷接入电网运行时，PCC点电压 必然会出现不对称现象，从而对三相电流不平衡度的计算结果产生一定的误差， 误差大小取决于电源短路容量负荷容量之比，即负荷短路比SCR。附录中的分 析表明，在有限容量电源条件下，三相电流不平衡度的相对计算误差满足下式关系:e <2 x 100%SCR + 2(27)可见，SCR越大，误差就越小。一般情况下，SCR大于20，此时三相电流不平衡度的计算误差小于10%。因此，上述假设和简化计算是可行的。2.2.3三相电压不平衡度与电流不平衡度的关系综合式(8)、(17)、(18)、(21)和(26)可得：8 n S_L2_8 =18U Sd 1 SCR 1式中，SCR为PCC点的负荷短路比，即系统短路容量与负荷容量之比。式(28) 表明，由三相不对称负荷在公共连接点引起的三相电压不平衡度与负荷电流的三 相不平衡度成正比，与负荷的短路比成反比。第三章三相不平衡的危害3.1三相不平衡的重要性1. 三相负荷平衡是安全供电的基础三相负荷不平衡，轻则降低线路和配电变压器的供电效率，重则会因重负荷 相超载过多，可能造成某相导线烧断、开关烧坏甚至配电变压器单相烧毁等严重 后果。2. 三相负荷平衡才能保证用户的电能质量三相负荷严重不对称，中性点电位就会发生偏移，线路压降和功率损失就会 大大增加。接在重负荷相的单相用户易出现电压偏低，电灯不亮、电器效能降低、 小水泵易烧毁等问题。而接在轻负荷相的单相用户易出现电压偏高，可能造成电 器绝缘击穿、缩短电器使用寿命或损坏电器。对动力用户来说，三相电压不平衡， 会引起电机过热现象。3. 三相负荷保持平衡是节约能耗、降损降价的基础三相负荷不平衡将产生不平衡电压，加大电压偏移，增大中性线电流，从而 增大线路损耗。实践证明，一般情况下三相负荷不平衡可引起线损率升高 2%-10%，三相负荷不平衡度若超过10%，则线损显著增加。有关规程规定：配电变压器出口处的负荷电流不平衡度应小于10%，中性线 电流不应超过低压侧额定电流的25%，低压主干线及主要分支线的首端电流不平 衡度应小于20%。通过电网技术改造，要真正使低压电网线损达到12%以下， 上述指标只能紧缩，不能放大。4. 只有三相阻抗平衡，才能保证低压漏电总保护良好运行，防止人身触电 伤亡事故。3.2产生三相不平衡的原因电力系统调度人员努力在配电电网和用户内部网路之间的PCC处提供一 个三相平衡系统。在正常条件下，这些电压由以下决定：1. 发电机的端子电压2. 电气系统的阻抗3. 在书店和配电电网内负载汲取的电流由于在大型集中大电厂广泛采用同步发电机，因此从发电厂出来的系统电压 总体上是高度对称的。集中发电通常不会产生不平衡，即便是采用感应式异步发 电机，例如一些类型的风力透平机，仍可以获得平衡的三相电压。然而，用户现 场的小规模分散式发电机的装用己经越来越普遍，占据了总发电量的很大一部分 份额，这种情况就不同了。许多这些相对小型的电源单元，例如光电池单元，在 低压侧通过大功率电子逆变器装置与电网相连。连接点具有相对高的阻抗（短路 容量相对低），与在较高电压等级处连接相比，电压具有更大的潜在不平衡（公 式（4）。电气系统组件的阻抗并不是每相精确相同。架空线的几何布置使相线对地阻 抗不对称，导致线路的电气参数有差异。通常这些差异非常小，如果采取适当的 预防措施，例如导线的换位，它们的影响就可忽略不计。在大多数实际情况，负载的不对称是不平衡的主要原因。在高压和中压等级，负载通常为二相平衡的，虽然也可以连接大型单相或双 相负载，如交流机车牵引装置（例如高速铁路，图3）或感应炉（采用不规则的 大电流电弧产生热量的大型金属熔炼系统）。低压负载通常是单相的，例如PC机和照明系统，因此很难确保相间平衡。 在为这些负载供电的电气接线系统进行布置时，负载回路通常在三相系统之间平 均分配，例如公寓或办公楼的每层采用一相供电，或对一排房三相依次供电。在 中央变压器的等效负载的不平衡由于单个负载的工作周期各不相同（统计分布） 依然时有发生。异常的系统状况也会引起相间不平衡。相对地、相对相短路和断线故障是典 型的例子。这些故障会引起单相或多相的电压突降，甚至会间接地引起其它相的 过电压。此时三相电压就不平衡了，但是这种现象通常被归结为电压骚扰，在相 应的应用指南中进行讨论，因为电网的保护系统会切断这种故障。1、管理上存在薄弱环节缺乏运行管理具体考核管理办法，对配电变压器三相负 荷不平衡的运行管理的重视程度不够，带有随意性，盲目性、导致很多在三相负 荷不平衡状态下对配电变压器长期运行。2、单项用电设备影响由于单项用电设备的同时使用率较低，线路大多为照明、 动力混载，经常会造成对配电变压器三相负荷的不平衡，并给管理带来了难度。3、电网格局不合理的影响低压电网结构薄弱，运行时间较长，改造投入不彻底， 单相低压线路是台区的主网架问题，一直得不到有效根治。其次，居民用电大多 为单相供电，负荷发展时无序延伸，造成台区三相电流不平衡无法调整。4、临时用电及季节性用电临时用电及季节性用电都有一定的时间性，用电增容 不收费后，大量的单项设备应用较多，而分布极为分散，用电时间不好掌握。同 时，由于在管理上未考虑其三相负荷的分配问题，又未能及时监控、调整配电变 压器的三相负荷，它的使用和停电，对配电变压器三相负荷的平衡都有较大的影 响，特别是单项用电设备容量较大时，影响更大。5、设备故障影响由于运行维护及管理不当或外力破坏等原因，低压导致断线、 变压器缺相运行、修理不及时或现场运行处理，都可能造成某一相长时间甩掉部 分负荷，使配电变压器处于不平衡状态下运行。3.3三相不平衡对电机设备的影响三相系统中的不平衡会对电机设备本省产生不良的影响，其影响分为以下六 点.：3.3.1增加线路的电能损耗在三相四线制供电网络中，电流通过线路导线时，因存在阻抗必将产生电能 损耗，其损耗与通过电流的平方成正比。当低压电网以三相四线制供电时，由于 有单相负载存在，造成三相负载不平衡在所难免。当三相负载不平衡运行时，中 性线即有电流通过。这样不但相线有损耗，而且中性线也产生损耗，从而增加了 电网线路的损耗。3.3.2增加配电变压器的电能损耗配电变压器是低压电网的供电主设备，当其在三相负载不平衡工况下运行 时，将会造成配变损耗的增加。因为配变的功率损耗是随负载的不平衡度而变化 的。3.3.3配变出力减少配变设计时，其绕组结构是按负载平衡运行工况设计的，其绕组性能基本一 致，各相额定容量相等。配变的最大允许出力要受到每相额定容量的限制。假如 当配变处于三相负载不平衡工况下运行，负载轻的一相就有富余容量，从而使配 变的出力减少。其出力减少程度与三相负载的不平衡度有关。三相负载不平衡越 大，配变出力减少越多。为此，配变在三相负载不平衡时运行，其输出的容量就 无法达到额定值，其备用容量亦相应减少，过载能力也降低。假如配变在过载工 况下运行，即极易引发配变发热，严重时甚至会造成配变烧损。3.3.4配变产生零序电流配变在三相负载不平衡工况下运行，将产生零序电流，该电流将随三相负载 不平衡的程度而变化，不平衡度越大，则零序电流也越大。运行中的配变若存在 零序电流，则其铁芯中将产生零序磁通。（高压侧没有零序电流）这迫使零序磁通 只能以油箱壁及钢构件作为通道通过，而钢构件的导磁率较低，零序电流通过钢 构件时，即要产生磁滞和涡流损耗，从而使配变的钢构件局部温度升高发热。配 变的绕组绝缘因过热而加快老化，导致设备寿命降低。同时，零序电流的存也会 增加配变的损耗。3.3.5影响用电设备的安全运行配变是根据三相负载平衡运行工况设计的，其每相绕组的电阻、漏抗和激磁 阻抗基本一致。当配变在三相负载平衡时运行，其三相电流基本相等，配变内部 每相压降也基本相同，则配变输出的三相电压也是平衡的。假如配变在三相负载不平衡时运行，其各相输出电流就不相等，其配变内部 三相压降就不相等，这必将导致配变输出电压三相不平衡。同时，配变在三相负 载不平衡时运行，三相输出电流不一样，而中性线就会有电流通过。因而使中性 线产生阻抗压降，从而导致中性点漂移，致使各相相电压发生变化。负载重的一 相电压降低，而负载轻的一相电压升高。在电压不平衡状况下供电，即容易造成 电压高的一相接带的用户用电设备烧坏，而电压低的一相接带的用户用电设备则 可能无法使用。所以三相负载不平衡运行时，将严重危及用电设备的安全运行。 3.4电动机效率降低配变在三相负载不平衡工况下运行，将引起输出电压三相不平衡。由于不平 衡电压存在着正序、负序、零序三个电压分量，当这种不平衡的电压输入电动机 后，负序电压产生旋转磁场与正序电压产生的旋转磁场相反，起到制动作用。但 由于正序磁场比负序磁场要强得多，电动机仍按正序磁场方向转动。而由于负序 磁场的制动作用，必将引起电动机输出功率减少，从而导致电动机效率降低。同 时，电动机的温升和无功损耗，也将随三相电压的不平衡度而增大。所以电动机 在三相电压不平衡状况下运行，是非常不经济和不安全的。电气设备对不平衡的 敏感性随设备不同而有差异。下面对最常见问题进行了简单概述：3.4.1感应电动机这种电动机为具有内部旋转感应磁场的交流异步电动机。量值与正序和/或 负序分量的幅值成比例。负序分量磁场的旋转方向与正序分量磁场的旋转方向相 反。因此，就不平衡供电而言，总旋转磁场变成“椭圆”，而不是圆形。感应电 动机面临不平衡引起的三种问题。首先，电动机不能产生满额定转矩，因为负序 系统的反向旋转磁场产生一个反向制动转矩，需要从正常旋转磁场相连的基本转 矩中减去。图4所示为在不平衡电源条件下感应电动机的不同转矩一速度特性曲 线。实际稳态曲线是这些曲线的加权和，平方不平衡比率与负载平方的转矩比例 具有相同权重。可以看出在正常运行区域，几乎位于Td直线的直线段（在曲线顶 部开始的部分，最后以同步转速穿过横轴），T.和Th都是负的。这些特性可以采 用如图5所示的电机连接方式进行测量。轴承由于在双重系统频率处的感应转矩 分量可能遭受机械损坏。最后，定子，尤其是转子，出现过热，可能导致快速热老化。这些热量是由 从转了看过去的反向磁场的快速旋转（相对的方向）而产生的有效电流感应所引 起的。为了消除这些额外热量，电动机必须降容，可能需要换装一个较大额定功 率的电动机。图3作为不对称负载连接事故的交流铁路连接（T型连接和V型连接）图4在不平衡供电条件下的感应电动机的转矩-速度（滑差）特性曲线图5具有某一不平衡分量的感应电动机供电的系统图（左一：采用正序电压供电；中间：采用负序电压供电；右一：采用零序电压供电）3.4.2同步发电机同步发电机也是交流电机动机类似，但主要受额外热量的影响。当设计在转 了上的稳定阻尼绕组时应特别注意，其电流是由负序和零序分量感应产生的。1、变压器、电缆和线路的容量变压器、电缆和线路的容量由于负序分量的影响而下降。运行限值实际上由 总电流的RMS额定值决定，总电流也包含一部分“无用”的非正序电流。在整定 总过电流保护电器的跳闸电流值时应该考虑到这一点。最大容量可以用制造商提 供的降容系数来求得，依据它可选用一胜任给负载供电的较大容量的供电系统。2、变压器受负序电压影响的变压器将它们按照与正序电压相同的方式压变。零序电压 取决于一次绕组和二次绕组的连接方式，特别是有无中线。例如，如果一侧为三 相四线连接，中线电流可以流过。如果另一侧绕组为三角形连接则零序电流转变 成为三角形绕组中的循环电流（导致发热）。相应的零序磁通将穿过变压器的结构 部分，在象油箱这样的部件中引起寄生损耗，有时为此需要额外降容。3、电子功率变流器电了功率变流器己经广泛用于象变速传动、PC机电源、高效照明等这样的 装置中。他们会面临额外非特性谐波，虽然在总体上，总谐波畸变或多或少保持 恒定。在对用于处理这些谐波的无源滤波器组进行设计时必须考虑到这种现象。 这个卞题在本指南的另外一章有所讲述。以上讨论的设备自然都是三相负载。当然，由三相电压不平衡引起的供电电压变 化也会影响单相负载。3.5三相不平衡对公用用电的影响近年来，由于城农网改造及加强供用电管理，使供电企业的经济和社会效益 有了明显提高。但一些单位在加强管理、降损节能的同时，只看到了许多表面化 现象，而对有关技术改进方面缺少足够的重视。低压电网的三相平衡一直就是困扰供电单位的主要问题之一，低压电网大多 是经10/0.4KV变压器降压后，以三相四线制向用户供电，是三相生产用电与单 相负载混合用电的供电网络。在装接单相用户时，供电部门应该将单相负载均衡 地分接在A、B、C三相上。但在实际工作及运行中，线路的标志、接电人员的 疏忽再加上由于单相用户的不可控增容、大功率单相负载的接入以及单相负载用 电的不同时性等，都造成了三相负载的不平衡。3.5.1电压的变化范围过大电网供电不足，供电部门采取降压供电，或地处偏远地带，损耗过多，导致 电压偏低。电网用电太少，导致电压偏高电压低负载不能正常工作，电压太高， 负载使用寿命缩短，或将负载烧毁。3.5.2 波形失真（或称谐波 Waveform Distortion）普遍的波形失真指标准电源波形的多种谐波。电网谐波产生的原因是整流 器、ups电源、电子调速装备、荧光灯系统、计算机、微波炉、节能灯、调光器 等电力电子设备和电器设备中开关电源的使用或二次电源本身自身产生。谐波 对公用电网的危害主要包括：1）使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低了发电、输变电设备的 效率，大量的3次谐波流过中性线时，会引起线路过热甚至发生火灾；2）影响各种电气设备的正常工作，除了引起附加损耗外，还可使电机产生 机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、 绝缘老化、寿命缩短，以致损坏；3）会引起公用电网中局部并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，使前述 的危害大大增加，甚至引起严重事故；4）会导致继电保护和自动装置误动作，并使电气测量仪表计量不准确；5）会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导 致信息丢失，使通信系统无法正常工作。3.5.3突波（或称电涌Power Surges）指在瞬间内（数毫秒间）输出电压有效值高于额定值110%，持续时间达一 个或数个周期。是破坏精密电子设备的主要元凶。除受到雷击产生外另外主要是 由于在电网上连接的大型电气设备关机开机时，电网因突然卸载而产生的高 压。电涌的危害：计算机技术发展至今，多层、超规模的集层芯片，电路密集， 趋向是集成度更高、元器件间隙更小、导线更细。几年前，一平方厘米的计算机 芯片有2000个晶体管而现在的奔腾机则超过10000000个。从而增加了计算机受 电涌损坏的概率。由于计算机的设计和结构决定了它应在特定的电压范围内工 作。当电涌超出计算机能承受的水平时，计算机将出现数据乱码，芯片被损坏， 部件提前老化，这些症状包括：出乎预料的数据错误，接收/输送数据的失败， 丢失文档，工作失常，经常需要维修，原因不明的故障和硬件问题等等。雷电 电涌远远超出了计算机和其它电气设备所能承受的水平，绝大多数情况下，造成 计算机和其它电器设备的当即毁坏，或数据的永远丢失。即使是一个20马力的 小型感应式发动机的启动或关闭也会产生3000-5000伏的电涌，使和它共用同 一配电箱的计算机在每一次电涌中都会受到损坏或干扰，这种电涌的次数非常频 繁。电涌对敏感电子电器设备的影响有以下类型：破坏电压击穿半导体器件破 坏元器件金属化表层破坏印刷电路板印刷线路或接触点破坏三端双可控硅元 件、晶闸管干扰锁死、晶闸管或三端双向可控硅元件失控 数据文件部分破 坏数据处理程序出错接收、传输数据的错误和失败原因不明的故障过早老 化零部件提前老化、电器寿命大大缩短输出音质、画面质量下降电涌会毁坏哪些电气设备？含有微处理器的电气设备极易受到电涌的毁 坏，这包括计算机及辅助设备、程序控制器、PLC、传真机、电话机、留言机等; 程控交换机、广播电视发送机、影视设备、微波中继设备；家电行业的产品包括 电视机、音响、微波炉、录象机、洗衣机、烘干机、电冰箱等。调查数据表明：在保修期出现问题的电气设备中，有63%是由于电涌造成 的。3.5.4.尖波（或高压尖脉冲Spikes）指峰值达6000V，持续时间从万分之一秒至二分之一周期（10ms）的电压。 这主要是由于雷击、电弧入电、静态放电或大型电气设备的开关操作而产生。危 害：在炼钢厂、轧钢厂或者大量使用晶闸管设备、电火花设备、电力机车等地 方，这种尖峰干扰为害尤厉。其幅度大的可达数百伏甚至上千伏，而脉宽一般为 ms数量级。雷电也常以尖峰脉冲方式入侵。尖峰脉冲幅度很大时，会破坏工控 机开关电源输入滤波器、整流器甚至主振管。再加之其频谱很宽，也会窜入计算 机造成干扰。3.5.5瞬态过电压(transient overvoltage )和暂态过电压 (temporary overvoltage)指峰值电压高达20000V，但持续时间界于百万分之一秒至万分之一秒的脉 冲电压。其主要原因及可能造成的破坏类似于高压尖脉冲，主要由雷电所致。危 害：以大规模集成电路为核心组件的测量、监控、保护、通信、计算机网络等先 进电子设备广泛运用于电力、航空、国防、通信、广电、金融、交通、石化、医 疗以及其它现代生活的各个领域，以大型CMOS集成元件组成的这些电子设备 普遍存在着对暂态过电压、过电流耐受能力较弱的缺点，暂态过电压不仅会造成 电子设备产生误操作，或者造成电子设备受到干扰，数据丢失，或暂时瘫痪；严 重时可引起元器件击穿及电路板烧毁，使整个系统陷于瘫痪。3.5.6 电压下陷/下降(Sags & Brownouts)指市电电压有效值界于额定值的80-85%之间的低压状态，并且持续时间达 一个到数个周期，甚至更长。其产生原因包括：大型设备启动和应用、大型电动 机启动、或大型电力变压器接入、主电力线切换、线路过载等。危害：电压下 陷是最常见的电力问题，它占了电力问题的87%。电源可能因某种原因而造成 短时间的电压下降。它对计算机的影响轻则使keyboard等接口设备暂停作业， 重则使数据流失、档案毁坏。电压的下陷同时也会使计算机内的组件毁坏，以致 于寿命减短。3.5.7三相电压不平衡指各相之间电压不相等或相角不相等，由各相 负载不平衡造成三相不平衡的危害和影响三相不平衡是指三相电源各相的电压不对称。是 各相电源所加的负荷不均衡所致，属于基波负荷配置问题。发生三相不平衡即与 用户负荷特性有关，同时与电力系统的规划、负荷分配也有关。电能质量三相 电压允许不平衡度（GB/T15543-1995）适用于交流额定频率为50赫兹。在电力 系统正常运行方式下，由于负序分量而引起的PCC点连接点的电压不平衡。该 标准规定：电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为2%，短时间 不得超过4%。对变压器的危害。在生产、生活用电中，三相负载不平衡时，使 变压器处于不对称运行状态。造成变压器的损耗增大（包括空载损耗和负载损 耗）。根据变压器运行规程规定，在运行中的变压器中性线电流不得超过变压器 低压侧额定电流的25%。此外，三相负载不平衡运行会造成变压器零序电流过大， 局部金属件升温增高，甚至会导致变压器烧毁。对用电设备的影响。三相电压 不平衡的发生将导致达到数倍电流不平衡的发生。诱导电动机中逆扭矩增加，从 而使电动机的温度上升，效率下降，能耗增加，发生震动，输出亏耗等影响。各 相之间的不平衡会导致用电设备使用寿命缩短，加速设备部件更换频率，增加设 备维护的成本。断路器允许电流的余量减少，当负载变更或交替时容易发生超载、短路现象。 中性线中流入过大的不平衡电流，导致中性线增粗。对线损的影响。三相四线 制结线方式，当三相负荷平衡时线损最小；当一相负荷重，两相负荷轻的情况下 线损增量较小；当一相负荷重，一相负荷轻，而第三相的负荷为平均负荷的情况 下线损增量较大；当一相负荷轻，两相负荷重的情况下线损增量最大。当三相负 荷不平衡时，无论何种负荷分配情况，电流不平衡度越大，线损增量也越大。3.5.8杂讯干扰（或称噪声Noises）指射频干扰（RFI）和电磁干扰（EFI）及其它和种高频干扰源于电磁波或高频波感应，它是高频率的变化，在正常电力50Hz频率上介 于15-100%电位扰动。马达运行、断电器动作、马达控制器工作、广播发射、微 波辐射及电气风暴都会造成噪声。危害：杂讯过大，可能让电脑CPU产生误判， 严重者可能烧坏CPU和其他电脑配件，可造成无线电传输中断。感应传导到四 周环境，导致其他电子设备无法正常工作，可使民航系统工作失效，通信不畅， 计