浅析三相供配电中单相负荷的用电平衡问题

浅析三相供配电中单相负荷的用电平衡问题

文富林

玉林市体育场馆服务中心 广西玉林 537000

摘要：笔者所在的体育场馆，场馆广场经常会举行一些大型展销活动，广场一角的配电柜为三相动力低压配电柜，广场摊位上则全部使用单相电（如灯泡、电磁炉、烧水壶等感性阻性负载），在实际配电作业中，经常会发生三相断路器跳闸等情况，下面将结合实际探讨该问题。

关键词：电力工程；三相配电；负荷平衡

我们都知道，在三相供电中，如果三相负载平衡，那么中性线上的电流是为零的。实际上，在三相电力中，除了三相的用电设备，单相负荷就算均等分配接到三相电的三根火线上都很难做到绝对的平衡。根据此事实，在三相断路器接出单相负载时，单相输电线的零线要与相线一样的线径。

下面结合笔者在实际接线过程中出现的实际问题及问题的探讨。

情形一：三相塑壳断路器（额定电流100A，3P+N）只接一个相线与零线组合成单相负载，负载大概20KW实际使用过程中发生断路器偶尔跳闸现象。

分析：

原因1：100A的三相断路器表示每一相稳定工作电流不能超过100A，换算成功率即为220*100VA=22KW，实际上用电器除了阻性负载还有感性负载，功率因数小于1，所以当负载的综合功率因数小于0.9时，即产生过负荷跳闸。

原因2：从三相塑壳断路器机械构造来看，内部的脱扣器动作机构是均权的。考虑到带负载那相始终有电流通过因而发热，而另外两相却处于常温状态，这种热偏久而久之可能导致三相脱扣挡板出现变形，热脱扣顶针也可能会出现松动，则断路器可能会发生误动作。根据知乎上以为网友的说法，采取把三相断路器的三极串起来使用（即1端子进线，3、5端子串接，输出端2、4端子串接，6端子输出，相当于所有端子联通形成一个导线），笔者采用以上串接方法，发现跳闸现象有所减少，但依然存在。

情形二：把负载大致分成均等的三份，接入到三相塑壳断路器的三个输出端，单相负载的零线与断路器的N（零线输出接在一起），供电后发现断路器频繁跳闸

分析：现场检查配电柜，发现三路单相负载与中性线的接合处发热严重，根据理论，如果三相负载达到平衡，中性线上的电流应该为零，现在出现中性线发热严重的现象，由于 三相电源分接单相用电器，不同位置的零线电流是不同的，单相回路中零线电流等于回路中相线电流大小，三相零线接到一起形成总零线后,总零线的电流大小等于三相相线中电流大小的矢量和。为了了解中性线电流的大小，笔者用钳形电流表测量供电时中性线上的电流值，发现中性线电流大小是相线的1.5倍之多！负载线路不平衡导致上一级低压配电柜的空开跳闸。为查明负载不平衡的原因，笔者走访各个摊点，发现美食经营摊点大多都在使用微波炉，电磁炉等电器，这类电器除了功率大，还有就是产生三次谐波电流在中性线上叠加，导致中性线过热甚至起火，前端跳闸的现象。

结语：

低压电网以三相四线制供电中，由于有单相负载存在，造成三相负载不平衡在所难免。当三相负载不平衡运行时，中性线即有电流通过。这样不但相线有损耗，而且中性线也产生损耗，从而增加了电网线路的损耗，同时在三相负载不平衡工况下运行时，会造成配电变压器损耗的增加。因为配电变压器的功率损耗是随负载的不平衡度而变化的。

笔者根据以上的情况分析，三相供电线路在在对三相负荷的分配问题上应注意负载的均衡，包括用电器特性所造成的功率因数影响和非线性负载大量集中使用产生严重的三次谐波。对于使用日光灯等感性负载较多的线路，可采取并联补偿电容的做法抵消负载电流的一部分无功分量，提高功率因数。由于三次谐波电流的矢量角度一样,三相矢量和不能抵消,只能往零线上叠加，对于此情况简单可行的方法是在零线上接入零线谐波电流阻断器(NBF)。

参考文献

【1】徐刚,吴宝祥,钱巍斌,等.三相不平衡对电网的影响及解决方法[J].西安工程大学学报,2018,32(03):316-323.