电力知识--三相电压不平衡专题资料.ppt

雲科電機 電力品質實驗室 第6章 三相電壓不平衡 Three-phase Voltage Unbalance 三相電壓不平衡 良好的三相電壓除了振幅、頻率、諧波成份都符合標準之外，三相電壓的對稱性也是重要的指標之一。 理想的三相電壓是三相電壓的大小相等，任兩相之間的相位相差120°，如果三相電源偏離了這兩個條件，我們就稱為三相電壓不平衡。 三相電壓相量圖 三相電壓不平衡的成因 電力公司不論在發電、輸電或配電的階段，均致力於維持三相電壓的平衡，一般來說，造成三相電壓不平衡的原因可分為結構性、功能性與故障性三類。 結構性因素 結構性因素 structural cause 是指輸配電線路阻抗的非對稱。如果三相輸配電線路中的電流為平衡，但是三相線路的阻抗卻不相等，則所產生的壓降也不相等，致使受電端的三相電壓產生不平衡。 變壓器的連接方式有時也是造成阻抗不平衡的原因。 變壓器的連接所造成的阻抗不平衡 功能性因素 功能性因素 functional cause 是指三相傳輸的有效及無效功率不平衡，簡單的說，就是負載的不平衡。 一般的住宅及商業用戶，不可避免的會有許多單相設備。電力公司在分配單相負載時，雖然儘量將負載均勻的分配在各相上，但是即使負載的分配是三相完全相等，也無法保證所有的單相負載都在同一時間消耗相等的功率。 功能性因素 在工業用電方面，大型的單相設備如單相感應電動機、電焊機、電弧爐等，是造成電壓不平衡的重要原因。 電氣鐵路之牽引動力，交流供電的市區電車、巴士、地鐵等，都是高容量的單相負載，對電壓不平衡有很大的影響。 6.3 三相電壓不平衡之度量 我們可以使用許多不一樣的指標來描述三相電壓不平衡的程度。目前國際電機電子工程師學會 IEEE 、美國電氣製造商公會 NEMA 、國際電工委員會 IEC 等組織，都各自訂出度量電壓不平衡的標準。另外，在許多學術論文中，電力工程的學者也自行開發出另一種描述電壓不平衡的指標。 6.3.1 對稱分量 6.3.1 對稱分量 6.3.1 對稱分量 6.3.1 對稱分量 各種電壓不平衡的指標 各種電壓不平衡的指標 各種電壓不平衡的指標 6.4 電壓不平衡因數的速算法 6.5 電壓不平衡因數的圖解法 6.6 電壓不平衡之影響 不平衡的三相電壓含有額外的零相序及負相序電壓。 對三相無中性線之負載而言，零相序阻抗為無限大，因此零相序電壓對這類負載沒有明顯的影響。 許多低壓商業及住宅配電系統都有大量的單相負載，這些負載饋入三相系統之後大多會有相當程度的不平衡，饋線的中性線電流和負載不平衡的程度有密切的關係，過大的中性線電流會影響保護電驛對接地故障的偵測，因此電力公司必須經常檢討單相負載的分配，以避免中性線電流過大。 6.6 電壓不平衡之影響 中性線電流在中性線上所產生的壓降，是零相序電壓的主要來源，零相序電壓對單相及無中性線的三相負載影響不大，但是會造成中性點電壓漂移，可能引起保護系統誤判為接地故障。 對中性點接地的三相負載而言，零相序電壓會引起額外的零相序電流。 負相序電壓對三相負載有明顯的危害，這是為什麼電壓不平衡的指標主要以負相序電壓為參數的原因。 電壓不平衡對旋轉電機之影響 以最常用的三相感應電動機為例，其負相序阻抗遠小於正相序阻抗，所以即使是輕微的電壓不平衡也會引起可觀的負相序電流，導致電動機定子繞組額外之銅損，使電機之溫升過高。 負相序電流引起的過熱，會破壞繞組之絕緣，使繞組產生捷路，致使有效匝數減少，最後引起故障。 如果在不平衡的供電狀態下想要避免電動機過熱，就必須減少其機械負荷，其效果相當於減少電動機的有效容量，我們稱這樣的情形為「減額運轉」 derating ，例如一部額定10馬力的電動機在不平衡電壓下，可能只能輸出7.5馬力。 電壓不平衡對旋轉電機之影響 除了溫升的問題，負相序電流所產生的旋轉磁場正好與轉子的轉動方向相反，電動機的輸出轉矩因而減弱。 正、負相序電流產生兩個旋轉方向相反的磁勢波在氣隙中互相作用，兩個旋轉磁勢波都是以同步速度旋轉，其互相作用的頻率正好是電源頻率的兩倍，所以電動機會出現一個120-Hz的脈動轉矩,其大小和電壓不平衡的程度成正比。 脈動轉矩會造成電機轉軸額外的應力負擔，也是電機振動 vibration 的來源之一。 當三相電壓不平衡時，電動機的合成氣隙磁勢波會隨著磁場轉動的位置而改變，所以會造成電機鐵芯的局部飽和，諧波電流因而產生。 電壓不平衡對整流電路之影響 電壓不平衡對整流電路之影響 但是如果整流器的交流電源是不平衡的三相電壓，則交流側除了「特性諧波」之外，還會產生三次及其倍數之奇次「非特性諧波」 uncharacteristic harmonics 3, 9, 15, 21,...階 ，由於整流器之輸入電流不平衡，其三次諧波就不完全是零相序電流，而無