零序電流
人氣：1700次發(fā)表時(shí)間：2013-08-06
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(gè)電流互感器，這時(shí)感應(yīng)電流為零。當(dāng)電路中發(fā)生觸電或漏電故障時(shí)，回路中有漏電電流流過(guò)，
這時(shí)穿過(guò)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）。這樣互感器二次線圈中就有一個(gè)感應(yīng)電壓，此電壓加于檢測(cè)部分的電
子放大電路，與保護(hù)區(qū)裝置預(yù)定動(dòng)作電流值相比較，如大于動(dòng)作電流，即使靈敏繼電器動(dòng)作，作用于執(zhí)行元件跳閘。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)生條件
1、無(wú)論是縱向故障、橫向故障，還是正常時(shí)和異常時(shí)的不對(duì)稱，都有零序電壓的產(chǎn)生；
2、零序電流有通路。
以上兩個(gè)條件缺一不可。因?yàn)槿鄙俚谝粋€(gè)，就無(wú)源泉；缺少第二個(gè)，就是我們通常討論的“有電壓是否一定有電流的問(wèn)題。
零序公式:3U0=UA+UB+UC,3I0=IA+IB+IC
正序、負(fù)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(duì)稱現(xiàn)象時(shí)，把三相的不對(duì)稱分量分解成對(duì)稱分量（正、負(fù)序）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(gè)分量（有點(diǎn)象力的合成與分解，
但很多情況下某個(gè)分量的數(shù)值為零）。對(duì)于理想的電力系統(tǒng)，由于三相對(duì)稱，因此負(fù)序和零序分量的數(shù)值都為零（這就是我們常說(shuō)正常狀態(tài)下只有正序分量的原
因）。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，三相變得不對(duì)稱了，這時(shí)就能分解出有幅值的負(fù)序和零序分量度了（有時(shí)只有其中的一種），因此通過(guò)檢測(cè)這兩個(gè)不應(yīng)正常出現(xiàn)的分量，
就可以知道系統(tǒng)出了毛病（特別是單相接地時(shí)的零序分量）。下面再介紹用作圖法簡(jiǎn)單得出各分量幅值與相角的方法，先決條件是已知三相的電壓或電流（矢量
值），當(dāng)然實(shí)際工程上是直接測(cè)各分量的。由于上不了圖，請(qǐng)大家按文字說(shuō)明在紙上畫圖。
零序電流互感器
從已知條件畫出系統(tǒng)三相電流（用電流為例，電壓亦是一樣）的向量圖（為看很清楚，不要畫成太極端）。
(1 ) 求零序分量
(1
)
求零序分量：把三個(gè)向量相加求和。即A相不動(dòng)，B相的原點(diǎn)平移到A相的頂端（箭頭處），注意B相只是平移，不能轉(zhuǎn)動(dòng)。同方法把C相的平移到B相的頂端。此
時(shí)作A相原點(diǎn)到C相頂端的向量（此時(shí)是箭頭對(duì)箭頭），這個(gè)向量就是三相向量之和。最后取此向量幅值的三分一，這就是零序分量的幅值，方向與此向量是一樣
的。
求正序分量
(2） 求正序分量：對(duì)原來(lái)三相向量圖先作下面的處理：A相的不動(dòng)，B相逆時(shí)針轉(zhuǎn)120度，C相順時(shí)針轉(zhuǎn)120度，因此得到新的向量圖。按上述方法把此向量圖三相相加及取
三
分一，這就得到正序的A相，用A相向量的幅值按相差120度的方法分別畫出B、C兩相。這就得出了正序分量。（3）
求負(fù)序分量（所謂負(fù)序就是A相落后B相120度，B相落后C相120度，C相落后A相120度。） (3）
求負(fù)序分量：注意原向量圖的處理方法與求正序時(shí)不一樣。A相的不動(dòng)，B相順時(shí)針轉(zhuǎn)120度，C相逆時(shí)針轉(zhuǎn)120度，因此得到新的向量圖。下面的方法就與正
序時(shí)一樣了。
零序電流互感器
通過(guò)上述方法大家可以分析出各種系統(tǒng)故障的大概情況，如為何出現(xiàn)單相接地時(shí)零序保護(hù)會(huì)動(dòng)作，而兩相短路時(shí)基本沒(méi)有零序電流。
相關(guān)關(guān)系
在
這里再說(shuō)說(shuō)各分量與諧波的關(guān)系。由于諧波與基波的頻率有特殊的關(guān)系，故在與基波合成時(shí)會(huì)分別表現(xiàn)出正序、負(fù)序和零序特性。但我們不能把諧波與這些分量等同
起來(lái)。由上所述，之所以要把基波分解成三個(gè)分量，是為了方便對(duì)系統(tǒng)的分析和狀態(tài)的判別，如出現(xiàn)零序很多情況就是發(fā)生單相接地，這些分析都是基于基波的，而
正是諧波疊加在基波上而對(duì)測(cè)量產(chǎn)生了誤差，因此諧波是個(gè)外來(lái)的干擾量，其數(shù)值并不是我們分析時(shí)想要的，就如三次諧波對(duì)零序分量的干擾。
相關(guān)危害
一、對(duì)配電變壓器的影響
（1）三相負(fù)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(fù)荷損耗。正常情況下變壓器運(yùn)行電壓基本不變，即空載損耗是一個(gè)恒量。而負(fù)荷損耗則隨變壓器運(yùn)行負(fù)荷的變化而變化，且與負(fù)荷電流的平方成正比。當(dāng)三相負(fù)荷不平衡運(yùn)行時(shí)，變壓器的負(fù)荷損耗可看成三只單相變壓器的負(fù)荷損耗之和。
從數(shù)學(xué)定理中我們知道：假設(shè)a、b、c 3個(gè)數(shù)都大于或等于零，那么a+b+c≥3√abc 。
當(dāng)a=b=c時(shí)，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(shè)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(fù)荷相電流，R為變壓器的相電阻。則變壓器的損耗表達(dá)式如下：
Qa+Qb+Qc≥3√〔（Ia2 R）（Ib2 R）（Ic2 R）〕
由此可知，變壓器的在負(fù)荷不變的情況下，當(dāng)Ia=Ib=Ic時(shí)，即三相負(fù)荷達(dá)到平衡時(shí)，變壓器的損耗最小。
則變壓器損耗：
當(dāng)變壓器三相平衡運(yùn)行時(shí)，即Ia=Ib=Ic=I時(shí)，Qa+Qb+Qc=3I2R；
當(dāng)變壓器運(yùn)行在最大不平衡時(shí)，即Ia=3I，Ib=Ic=0時(shí)，Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R)；
即最大不平衡時(shí)的變損是平衡時(shí)的3倍。
（2）三相負(fù)荷不平衡可能造成燒毀變壓器的嚴(yán)重后果：
上述不平衡時(shí)重負(fù)荷相電流過(guò)大（增為3倍），超載過(guò)多，可能造成繞組和變壓器油的過(guò)熱。繞組過(guò)熱，絕緣老化加快；變壓器油過(guò)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(fù)荷不平衡運(yùn)行會(huì)造成變壓器零序電流過(guò)大，局部金屬件溫升增高：
在三相負(fù)荷不平衡運(yùn)行下的變壓器，必然會(huì)產(chǎn)生零序電流，而變壓器內(nèi)部零序電流的存在，會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生零序磁通，這些
零序磁通就會(huì)在變壓器的油箱壁或其他金屬構(gòu)件中構(gòu)成回路。但配電變壓器設(shè)計(jì)時(shí)不考慮這些金屬構(gòu)件為導(dǎo)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(yán)重時(shí)將導(dǎo)致變壓器運(yùn)行事故。
二、對(duì)高壓線路的影響
（1）增加高壓線路損耗：
低壓側(cè)三相負(fù)荷平衡時(shí)，6～10k V高壓側(cè)也平衡，設(shè)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(fù)荷不平衡將反映到高壓側(cè)，在最大不平衡時(shí)，高壓對(duì)應(yīng)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(kāi)關(guān)設(shè)備使用壽命：
我們知道高壓線路過(guò)流故障占相當(dāng)比例，其原因是電流過(guò)大。低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡可能引起高壓某相電流過(guò)大，從而引起高壓線路過(guò)流跳閘停電，引發(fā)大面積停電事故，同時(shí)變電站的開(kāi)關(guān)設(shè)備頻繁跳閘將降低使用壽命。
三、對(duì)配電屏和低壓線路的影響
（1）三相負(fù)荷不平衡將增加線路損耗：
三相四線制供電線路，把負(fù)荷平均分配到三相上，設(shè)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(shí)，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(shí)的電能損耗是平衡時(shí)的6倍，換句話說(shuō)，若最大不平衡時(shí)每月?lián)p失1200 kWh，則平衡時(shí)只損失200 kWh，由此可知調(diào)整三相負(fù)荷的降損潛力。
（2）三相負(fù)荷不平衡可能造成燒斷線路、燒毀開(kāi)關(guān)設(shè)備的嚴(yán)重后果：
上述不平衡時(shí)重負(fù)荷相電流過(guò)大（增為3倍），超載過(guò)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(dǎo)線溫度直線上升，以致燒斷。且由于中性線導(dǎo)線截面一般應(yīng)是相線截面的50%，但在選擇時(shí)，有的往往偏小，加上接頭質(zhì)量不好，使導(dǎo)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(kāi)關(guān)重負(fù)荷相燒壞、接觸器重負(fù)荷相燒壞，因而整機(jī)損壞等嚴(yán)重后果。
四、 對(duì)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(jì)效益，甚至造成供電企業(yè)虧損經(jīng)營(yíng)。農(nóng)電工承包臺(tái)區(qū)線損，線損高農(nóng)電工獎(jiǎng)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(kāi)關(guān)設(shè)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(gòu)貨更換造成長(zhǎng)時(shí)間停電，少供電量，既降低供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，又影響供電企業(yè)的聲譽(yù)。
五、 對(duì)用戶的影響
三相負(fù)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(kāi)關(guān)設(shè)備燒壞，影響用戶供電，輕則帶來(lái)不便，重則造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，如停電造成養(yǎng)殖的動(dòng)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。
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