I. Mất cân bằng ba pha là gì?
Thuật ngữ 'mất cân bằng ba pha' thường đề cập đến tải điện không đồng đều trên mỗi dây trong số ba dây có điện. Công thức tính công suất như sau:
Công thức tính công suất cho thấy cường độ công suất được xác định bởi điện áp, dòng điện và hệ số công suất. Sự dao động và sai lệch điện áp ba pha là tối thiểu và được duy trì không đổi một cách hiệu quả. Trong mạch ba-pha điển hình, trong đó thiết bị hai{4} pha chiếm ưu thế, hệ số công suất ba-pha vẫn gần như đồng nhất. Do đó, việc giám sát dòng điện ba pha cho phép đánh giá chính xác sự cân bằng của hệ thống.
II. Chỉ số đo lường
Tiêu chuẩn quốc gia (ví dụ: GB/T 15543-2019 "Mất cân bằng điện áp ba pha") xác định:
1. Tiêu chí đánh giá mất cân bằng điện áp:
Các giá trị được phép thường được chỉ định là:
Mức độ mất cân bằng ba pha-nhỏ hơn hoặc bằng 2% trong quá trình hoạt động bình thường và người dùng cuối được phép nhỏ hơn hoặc bằng 3%
.
2. Tiêu chí đánh giá sự mất cân đối hiện tại:
Imax là dòng điện tối đa trong số-dòng điện ba pha và Iavg là dòng điện trung bình.
Yêu cầu chung là độ mất cân bằng dòng điện ba pha-phải nhỏ hơn hoặc bằng 10%, trong khi đối với các thiết bị đặc biệt như động cơ, nó phải nhỏ hơn hoặc bằng 5%.
III. Nguyên nhân xảy ra
Khi xảy ra sự mất cân bằng ba{0}}pha, chúng ta nên chọn phương pháp điều trị thích hợp tùy theo nguyên nhân tương ứng. Nhìn chung, các lý do chính dẫn đến mất cân bằng ba pha-bao gồm sự phân bổ tải không đồng đều giữa ba pha, lỗi chạm đất, đứt dây pha, cộng hưởng và hệ số công suất không nhất quán giữa các pha.
Nguyên nhân gây mất cân bằng điện áp ba pha
Nguyên nhân chính gây mất cân bằng điện áp ba pha trong hệ thống điện là mất cân bằng tải và mất cân bằng trở kháng hệ thống. Mất cân bằng tải là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng mất cân bằng điện áp ba-pha, trong đó đáng chú ý là các-tải một pha bao gồm đầu máy điện và máy hàn. Trong hệ thống điện, máy phát điện và máy biến áp ba pha có tính đối xứng tốt và không ảnh hưởng đến sự mất cân bằng điện áp ba pha. Do đó, sự mất cân bằng trở kháng hệ thống chủ yếu là do trở kháng đường dây cấp điện không cân bằng. Khi ba dây dẫn pha (đường dây trên không hoặc cáp) được bố trí theo chiều ngang hoặc chiều dọc, các biện pháp chuyển pha phải được thực hiện để duy trì sự cân bằng trở kháng ba pha.
Nguyên nhân gây ra sự mất cân bằng dòng điện ba{0}}pha
Nguyên nhân chính gây ra sự mất cân bằng điện áp ba pha trong hệ thống điện là do phụ tải một pha (ví dụ: đèn chiếu sáng, thiết bị gia dụng) tập trung vào một pha và lỗi thiết bị ba pha (ví dụ: ngắn mạch cuộn dây động cơ).
IV. Các mối nguy hiểm và kiểm soát sự mất cân bằng ba{1}}pha
- Các mối nguy hiểm và kiểm soát sự mất cân bằng điện áp ba pha-
1. Mối nguy hiểm do mất cân bằng điện áp ba pha-
(1) Khi máy biến áp làm việc không cân bằng tải, điện áp một pha đầy tải, hai pha còn lại không đầy tải, dẫn đến công suất máy biến áp không được sử dụng hết. Trong khi đó, máy biến áp hoạt động không cân bằng tải trong thời gian dài khiến máy biến áp bị quá nhiệt cục bộ và giảm tuổi thọ sử dụng.
(2) Trong hệ thống cấp điện không cân bằng ba pha-, dòng điện thứ tự âm tạo ra tổn thất bổ sung, làm tăng tổn thất đường dây và sụt áp. Ngoài ra, nó còn tăng cường can thiệp vào các hệ thống liên lạc, làm ảnh hưởng đến chất lượng liên lạc thông thường.
(3) Nó có thể khiến chức năng bảo vệ rơ-le gặp trục trặc.
(4) Tải nhạy cảm có thể gây ra sự cố.
(5) Thành phần trình tự âm làm tăng tổn thất đồng trong stato và rôto của động cơ, gây ra quá nhiệt và đẩy nhanh quá trình lão hóa lớp cách điện, do đó làm giảm tuổi thọ hoạt động của nó.
2. Các biện pháp khắc phục sự mất cân bằng điện áp ba pha-
(1) Đầu tiên, hãy ưu tiên thiết bị điện đối xứng ba pha-.
(2) Đối với tải một pha, hãy phân bổ chúng một cách hợp lý giữa ba pha để đạt được cân bằng tải tối ưu trên tất cả các pha.
(3) Khi tải một pha-không thể được phân bổ hợp lý trong hệ thống ba{2}}pha thì chúng phải được kết nối với các điểm cấp điện khác nhau.
(4) Đối với các tải một pha có nhu cầu điện năng cao, máy biến áp một pha chuyên dụng sẽ được sử dụng để cấp nguồn.
(5) Lắp đặt ba{1}}thiết bị cân bằng pha.
- Các mối nguy hiểm và kiểm soát sự mất cân bằng dòng điện ba pha
1. Mối nguy hiểm gây ra bởi sự mất cân bằng dòng điện ba-pha
Trong cuộc sống hàng ngày, có rất nhiều tải một pha và ba{1} pha. Nếu đường trung tính (đường N) và đường nối đất bảo vệ (đường PE) được dùng chung thì điều đó sẽ tương đương với việc kết nối một số lượng lớn thiết bị một-pha và ba{4}pha với hệ thống nguồn điện TN-C. Hậu quả sẽ là gì?
Mất cân bằng ba pha-làm tăng dòng trung tính, tăng điện thế trên đường trung tính và tăng tổn thất trên đường dây. Đặc biệt, một đường dây trung tính bị đứt sẽ gây ra các xung điện áp đáng kể ở một pha và giảm đáng kể ở một pha khác. Pha quá tải có thể gây hư hỏng, trong khi thiết bị ở pha điện áp thấp sẽ không thể hoạt động được.
Mất cân bằng ba pha-làm tăng tổn thất máy biến áp vì tổn thất điện năng trong máy biến áp phân phối thay đổi theo sự mất cân bằng tải. Nó cũng gây ra độ lệch điện áp lớn hơn trên cả ba pha, làm giảm hiệu suất của các thiết bị điện được kết nối.
(1) Khi dòng điện ba pha không cân bằng
Với nhiều thiết bị một pha, việc duy trì cân bằng tải ba pha-không đổi là điều không thể. Khi mất cân bằng, dòng điện không cân bằng chạy qua đường dây trung tính, gây ra dao động điện áp. Mức điện áp phụ thuộc vào dòng điện trung tính và điện trở-dòng điện và điện trở cao hơn dẫn đến điện áp cao hơn.
Nếu dây trung tính và dây nối đất được dùng chung thì khi đường dây trung tính không cân bằng ba pha -được cấp điện, vỏ thiết bị sẽ được nhiễm điện. Điện áp này có thể dao động từ vài volt đến hàng chục volt. Điện áp này tuy không cao nhưng có thể tạo ra hồ quang điện, đốt cháy các vật liệu dễ cháy, nổ và gây cháy.
Ví dụ: khi quạt ba{0}}pha được gắn trên giá đỡ góc bằng thép cố định với mặt đất (hoặc bệ kim loại), dòng điện trực tiếp từ vỏ quạt có thể chạy qua giá đỡ vào đất. Nếu vít của giá đỡ bị lỏng và động cơ rung, điều này có thể tạo ra hồ quang điện tại các điểm tiếp xúc vít. Nếu ở gần các vật liệu dễ cháy hoặc nổ, có thể xảy ra hỏa hoạn.
(2) Đứt dây trung tính của thiết bị một pha
Người ta thường công nhận rằng dây trung tính bị đứt sẽ cho phép dòng điện trực tiếp truyền qua các thiết bị điện đến dây trung tính, dẫn đến dây trung tính có điện. Nếu dây trung tính chính trong mạch điện gia đình bị cắt và dây trung tính dùng chung dây nối đất thì tất cả các vỏ thiết bị điện trong gia đình sẽ trở nên có điện, gây ra mối nguy hiểm đáng kể về an toàn.
(3) Dây trung tính bị đứt.
Đường trung tính bị đứt trong hệ thống cấp điện, kết hợp với tải ba{0} pha không cân bằng, có thể khiến đường trung tính mất nối đất và dẫn đến sai lệch điểm trung tính nghiêm trọng. Điều này cuối cùng dẫn đến hiện tượng mất cân bằng điện áp ba{2} pha hoàn toàn, trong đó điện áp pha A có thể giảm xuống trên 100 vôn, điện áp pha B có thể tăng lên 300 vôn và điện áp đường dây trung tính cũng có thể đạt tới vài chục vôn.
2. Các biện pháp khắc phục sự mất cân bằng dòng điện ba{1}}pha
(1) Phân phối lại tải, phân bổ đều tải một pha trên các hệ thống ba{2}}pha.
(2) Lắp đặt thiết bị bù và cân bằng công suất phản kháng tự động.
(3) Tích hợp cân bằng các nguồn điện phân tán.
(4) Giám sát và cảnh báo: Lắp đặt các thiết bị giám sát thông minh (ví dụ: cổng thông minh hoặc mô-đun đo năng lượng) trong hệ thống phân phối điện để liên tục giám sát cân bằng dòng điện/điện áp ba pha.
Do đó, tải ba{0}}pha trong hệ thống phân phối điện áp thấp{1}}phải được cân bằng, với chênh lệch công suất giữa các pha không vượt quá 15%. Nói cách khác, tải pha tối đa không được vượt quá 1,15 lần tải ba pha-trung bình.
V. Kết luận
Tác động của việc mất cân bằng ba pha-không bị tách biệt mà tạo thành một vòng luẩn quẩn từ "phía lưới điện" đến "phía thiết bị": "tổn thất hệ thống tăng → hỏng thiết bị → dao động tải → mất cân bằng ngày càng trầm trọng". Do đó, các ứng dụng thực tế đòi hỏi các biện pháp như "tối ưu hóa phân bổ tải trong giai đoạn thiết kế, giám sát-thời gian thực trong quá trình vận hành và lắp đặt các thiết bị bù cân bằng" để duy trì sự mất cân bằng trong tiêu chuẩn quốc gia, từ đó giảm thiểu mối nguy hiểm tại nguồn.