零序電流產(chǎn)生的原因及危害

零序電流產(chǎn)生的原因

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，這時感應電流為零。當電路中發(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）。中科節(jié)電節(jié)能節(jié)電節(jié)能環(huán)保。

這樣互感器二次線圈中就有一個感應電壓，此電壓加于檢測部分的電子放大電路，與保護區(qū)裝置預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)行元件掉閘。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)生零序電流的條件：無論是縱向故障、還是橫向故障、還是正常時和異常時的不對稱，只要有零序電壓的產(chǎn)生；零序電流有通路。

正序、負序、零序的出現(xiàn)是為了分析在系統(tǒng)電壓、電流出現(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。對于理想的電力系統(tǒng)，由于三相對稱，因此負序和零序分量的數(shù)值都為零。當系統(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序和零序分量度了，因此通過檢測這兩個不應正常出現(xiàn)的分量，就可以知道系統(tǒng)出了毛病。

零序電流的危害

一、對配電變壓器的影響

（1）三相負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。而負荷損耗則隨變壓器運行負荷的變化而變化，且與負荷電流的平方成正比。當三相負荷不平衡運行時，變壓器的負荷損耗可看成三只單相變壓器的負荷損耗之和。

從數(shù)學定理中我們知道：假設a、b、c 3個數(shù)都大于或等于零，那么a+b+c≥3√abc 。

當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荷相電流，R為變壓器的相電阻。則變壓器的損耗表達式如下：

Qa+Qb+Qc≥3√〔（Ia2 R）（Ib2 R）（Ic2 R）〕

由此可知，變壓器的在負荷不變的情況下，當Ia=Ib=Ic時，即三相負荷達到平衡時，變壓器的損耗最小。

則變壓器損耗：

當變壓器三相平衡運行時，即Ia=Ib=Ic=I時，Qa+Qb+Qc=3I2R;

當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）三相負荷不平衡可能造成燒毀變壓器的嚴重后果：

上述不平衡時重負荷相電流過大（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件中構成回路。但配電變壓器設計時不考慮這些金屬構件為導磁部件，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，嚴重時將導致變壓器運行事故。

二、對高壓線路的影響

（1）增加高壓線路損耗：

低壓側(cè)三相負荷平衡時，6～10k V高壓側(cè)也平衡，設高壓線路每相的電流為I，其功率損耗為： ΔP1 = 3I2R

低壓電網(wǎng)三相負荷不平衡將反映到高壓側(cè)，在最大不平衡時，高壓對應相為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)、降低開關設備使用壽命：

我們知道高壓線路過流故障占相當比例，其原因是電流過大。低壓電網(wǎng)三相負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，同時變電站的開關設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）三相負荷不平衡將增加線路損耗：

三相四線制供電線路，把負荷平均分配到三相上，設每相的電流為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)整三相負荷的降損潛力。

（2）三相負荷不平衡可能造成燒斷線路、燒毀開關設備的嚴重后果：

上述不平衡時重負荷相電流過大（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，可能造成該相導線溫度直線上升，以致燒斷。且由于中性線導線截面一般應是相線截面的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，造成開關重負荷相燒壞、接觸器重負荷相燒壞，因而整機損壞等嚴重后果。

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、開關設備燒壞，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、開關設備燒壞，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。