零序电流是怎么产生的?零序电流产生条件

零序电流是指在三相三线电路中,三相电流的相量和等于零,即Ia+Ib+Ic=0。

如果在三相三线中接入一个电流互感器,这时感应电流为零。当电路中发生触电或漏电故障时,回路中有漏电电流流过,这时穿过互感器的三相电流相量和不等零,其相量和为:Ia+Ib+Ic=I(漏电电流,即零序电流)。这样互感器二次线圈中就有一个感应电流,此电流加于检测部分的电子放大电路,与保护区装置预定动作电流值相比较,若大于动作电流,则使灵敏继电器动作,作用于执行元件跳闸。这里所接的互感器称为零序电流互感器,三相电流的相量和不等于零,所产生的电流即为零序电流。

零序电流的产生条件

1、无论是纵向故障、横向故障,还是正常时和异常时的不对称,都有零序电压的产生;

2、零序电流有通路。

以上两个条件缺一不可。因为缺少第一个,就无源泉;缺少第二个,就是我们通常讨论的“有电压是否一定有电流的问题。

零序公式:3U0=UA+UB+UC,3I0=IA+IB+IC

正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出现不对称现象时,把三相的不对称分量分解成对称分量(正、负序)及同向的零序分量。只要是三相系统,就能分解出上述三个分量(有点像力的合成与分解,但很多情况下某个分量的数值为零)。对于理想的电力系统,由于三相对称,因此负序和零序分量的数值都为零(这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因)。当系统出现故障时,三相变得不对称了,这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了(有时只有其中的一种),因此通过检测这两个不应正常出现的分量,就可以知道系统出了毛病(特别是单相接地时的零序分量)。下面再介绍用作图法简单得出各分量幅值与相角的方法,先决条件是已知三相的电压或电流(矢量值),当然实际工程上是直接测各分量的。由于上不了图,请大家按文字说明在纸上画图。

零序电流的危害

一、对配电变压器的影响

(1)三相负荷不平衡将增加变压器的损耗:

变压器的损耗包括空载损耗和负荷损耗。正常情况下变压器运行电压基本不变,即空载损耗是一个恒量。而负荷损耗则随变压器运行负荷的变化而变化,且与负荷电流的平方成正比。当三相负荷不平衡运行时,变压器的负荷损耗可看成三只单相变压器的负荷损耗之和。

从数学定理中我们知道:假设a、b、c 3个数都大于或等于零,那么a+b+c≥3√abc 。

当a=b=c时,代数和a+b+c取得最小值:a+b+c=3√abc 。

因此我们可以假设变压器的三相损耗分别为:Qa=Ia2 R、Qb= Ib2 R 、Qc =Ic2 R,式中Ia、Ib、Ic分别为变压器二次负荷相电流,R为变压器的相电阻。则变压器的损耗表达式如下:

Qa+Qb+Qc≥3√〔(Ia2 R)(Ib2 R)(Ic2 R)〕

由此可知,变压器的在负荷不变的情况下,当Ia=Ib=Ic时,即三相负荷达到平衡时,变压器的损耗最小。

则变压器损耗:

当变压器三相平衡运行时,即Ia=Ib=Ic=I时,Qa+Qb+Qc=3I2R;

当变压器运行在最大不平衡时,即Ia=3I,Ib=Ic=0时,Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R);

即最大不平衡时的变损是平衡时的3倍。

(2)三相负荷不平衡可能造成烧毁变压器的严重后果:

上述不平衡时重负荷相电流过大(增为3倍),超载过多,可能造成绕组和变压器油的过热。绕组过热,绝缘老化加快;变压器油过热,引起油质劣化,迅速降低变压器的绝缘性能,减少变压器寿命(温度每升高8℃,使用年限将减少一半),甚至烧毁绕组。

(3)三相负荷不平衡运行会造成变压器零序电流过大,局部金属件温升增高:

在三相负荷不平衡运行下的变压器,必然会产生零序电流,而变压器内部零序电流的存在,会在铁芯中产生零序磁通,这些零序磁通就会在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。但配电变压器设计时不考虑这些金属构件为导磁部件,则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热,致使变压器局部金属件温度异常升高,严重时将导致变压器运行事故。

二、对高压线路的影响

(1)增加高压线路损耗:

低压侧三相负荷平衡时,6~10k V高压侧也平衡,设高压线路每相的电流为I,其功率损耗为: ΔP1 = 3I2R

低压电网三相负荷不平衡将反映到高压侧,在最大不平衡时,高压对应相为1.5I,另外两相都为0.75 I,功率损耗为:

ΔP2 = 2(0.75I)2R+(1.5I)2R = 3.375I2R =1.125(3I2R);

即高压线路上电能损耗增加12.5%。

(2)增加高压线路跳闸次数、降低开关设备使用寿命:

我们知道高压线路过流故障占相当比例,其原因是电流过大。低压电网三相负荷不平衡可能引起高压某相电流过大,从而引起高压线路过流跳闸停电,引发大面积停电事故,同时变电站的开关设备频繁跳闸将降低使用寿命。

三、对配电屏和低压线路的影响

(1)三相负荷不平衡将增加线路损耗:

三相四线制供电线路,把负荷平均分配到三相上,设每相的电流为I,中性线电流为零,其功率损耗为: ΔP1 = 3I2R

在最大不平衡时,即某相为3I,另外两相为零,中性线电流也为3I,功率损耗为:

ΔP2 = 2(3I)2R = 18I2R = 6(3I2R);

即最大不平衡时的电能损耗是平衡时的6倍,换句话说,若最大不平衡时每月损失1200 kWh,则平衡时只损失200 kWh,由此可知调整三相负荷的降损潜力。

(2)三相负荷不平衡可能造成烧断线路、烧毁开关设备的严重后果:

上述不平衡时重负荷相电流过大(增为3倍),超载过多。由于发热量Q=0.24I2Rt,电流增为3倍,则发热量增为9倍,可能造成该相导线温度直线上升,以致烧断。且由于中性线导线截面一般应是相线截面的50%,但在选择时,有的往往偏小,加上接头质量不好,使导线电阻增大。中性线烧断的几率更高。

同理在配电屏上,造成开关重负荷相烧坏、接触器重负荷相烧坏,因而整机损坏等严重后果。

四、 对供电企业的影响

供电企业直管到户,低压电网损耗大,将降低供电企业的经济效益,甚至造成供电企业亏损经营。农电工承包台区线损,线损高农电工奖金被扣发,甚至连工资也得不到,必然影响农电工情绪,轻则工作消极,重则为了得到钱违法犯罪。

变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏,一方面增大供电企业的供电成本,另一方面停电检修、购货更换造成长时间停电,少供电量,既降低供电企业的经济效益,又影响供电企业的声誉。

五、 对用户的影响

三相负荷不平衡,一相或两相畸重,必将增大线路中的电压降,降低电能质量,影响用户的电器使用。

变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏,影响用户供电,轻则带来不便,重则造成较大的经济损失,如停电造成养殖的动植物死亡,或不能按合同供货被惩罚等。中性线烧断还可能造成用户大量低压电器被烧毁。