三相電供電常見故障解析及改善方案

在電力系統(tǒng)中由于電源設(shè)計不合理導(dǎo)致的設(shè)備故障時有發(fā)生，所以對供電電路的可靠性、穩(wěn)定性提出了更高的要求。傳統(tǒng)的供電電路多采用工頻變壓器加后級降壓電路來實現(xiàn)。由于近年來三相電供電故障頻發(fā)，為了很好的解決三相電供電出現(xiàn)故障后，供電系統(tǒng)仍能穩(wěn)定可靠的為電力檢測設(shè)備供電。許多電源廠家推出電力專用的的高頻開關(guān)電源，這種電源具有許多優(yōu)點：安全、可靠、體積小、重量輕、綜合效率高以及噪音低等優(yōu)點，非常適應(yīng)電網(wǎng)設(shè)備的應(yīng)用，目前很多大型設(shè)備廠家已開始批量使用。

一、三相電供電常見故障分析

我國供電大多都采用三相四線供電方式。下圖為三相四線制示意圖，從圖中可以看出此種供電方式可以提供兩種不同的電壓——線電壓(380V)和相電壓(220V)，可以適應(yīng)用戶不同的需要。三相四線制供電較為理想的狀態(tài)是三相負載平衡，此時中線電流為零，從理論分析此時中線可有可無，不影響設(shè)備的正常運行。但現(xiàn)實情況三相平衡只是相對的，不平衡則是絕對的，所以現(xiàn)實應(yīng)用中的中線是必須有的，這樣才能保證各相電壓的穩(wěn)定輸出。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，用電器大幅度增加，單相短路幾率必然升高，單相短路和瞬間短路引起零飄過電壓問題及為普遍。下面我們針對此一些常見故障問題進行分析，為我們設(shè)計電力設(shè)備供電系統(tǒng)時提供方向，從而使供電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運行。

圖1 三相電壓示意圖

1、單相短路故障

現(xiàn)在很多場合為了取電方便，直接采用三相電的相電壓供電。包括目前很多農(nóng)村電網(wǎng)設(shè)計都是將三相電中的三相平均分給三組用戶使用，從而省掉了三相變壓器。這種供電方式雖然節(jié)省了一些設(shè)備的投入，但是對用戶的用電設(shè)備帶來很大隱患。在實際應(yīng)用中,單相短路接地故障發(fā)生的概率最高可達65%，兩相短路約占10%，兩相短路接地約占20%，三相短路約占5%。下面簡單分析一下單相短路的威脅。

圖2 三相電單相短路示意圖

如上圖所示，一旦出現(xiàn)單相短路現(xiàn)象，會抬高中線電位，對用電人員的安全有較大威脅(有零線接外殼保護的設(shè)備)。同時在短路瞬間，負載2與負載3需要承受瞬間大電壓沖擊，嚴重時電壓值直接上升到線電壓(380VAC)。致使用電設(shè)備出現(xiàn)過電壓損壞現(xiàn)象。

2、輸電線中線開路

在實際用電環(huán)境環(huán)境中，往往會由于線路安裝不當，或熔斷器及開關(guān)安裝位置不當，導(dǎo)致中線斷開。如果中線斷了，三相負荷中性點電位就要發(fā)生位移。中性點電位位移直接導(dǎo)致各相的輸出電壓不平衡，而相電壓太高會使設(shè)備過電壓而直接燒毀，而相電壓偏低的相，可能會由于電壓降低，電流增大而損壞設(shè)備。由于三相電電壓計算非常復(fù)雜，由于負載矢量的引入，最終詳細計算公式也異常難懂。下面以一種簡單的方式解釋一下中線短路對線電壓的影響。

圖3 三相電中線開路示意圖

如上圖，假設(shè)負載3開路，同時中線出現(xiàn)中斷。此時負載1與負載2串聯(lián)后接在線電壓UUV(380VAC)上，兩個負載上的電壓主要取決于Z1與Z2的大小。若Z1遠遠大于Z2時，則負載1的的電壓會接近與380VAC的線電壓，此時負載1就很可能由于過電壓而損壞，而負載2可能會由于電壓過低而停止工作。在正常情況下，相電壓之間影響較小，可正常使用。

3、設(shè)備供電中線開路

電力設(shè)備除了輸電線容易出現(xiàn)故障外，設(shè)備電源輸入及插座等出現(xiàn)故障也有可能使設(shè)備出現(xiàn)損毀。由于大多數(shù)場合均采用三相四線制電源，同時三相四線制電源還有一個比較特殊的應(yīng)用，及采用三相四線制全波整流時，只要任何一相有電設(shè)備均能正常運轉(zhuǎn)。

圖4 供電設(shè)備中線開路示意圖[!--empirenews.page--]

如上圖所示，三相四線制全波整流，此電路好處在在三相電任意兩相出現(xiàn)問題時，此供電電路任然可以繼續(xù)工作。但是一旦整流電路中的中線中斷或則未連接，此電路就變?yōu)槿嗳€制整流電路，此時電壓有原來310VDC升高到538VDC，若后級設(shè)備無法承受538VDC高壓，將后損壞后級設(shè)備。

二、三相電供電改善措施

由于在實際應(yīng)用中有較多限制，不可能避免很多電力故障的發(fā)生，但我們能可以通過一些手段減少設(shè)備損壞概率，從而提升產(chǎn)品的可靠性。具體改善措施如下：

1、單相短路故障改善措施

此故障可適當提高電源輸入端的抗沖擊能力，一般需要抗335VAC沖擊。這樣可以在瞬時短路時，保護到后級電路不會因過電壓而損壞。為了減小因零飄而照成的電壓升高，可適當加大零線截面積，降低零點飄移，來縮小另外兩相電壓抬高幅度。

2、輸電線中線開路改善措施

從故障分析我們可以看出，中線開路主要是影響到相電壓的電流回路，使電流未能回到中性點。只能通過兩根相線形成回路，從而增加了設(shè)備過電壓的風(fēng)險。為了給相電壓提供可靠的電流回路，在布線中可采取三相三零六線供電方式，三相三零獨立工作。此布線缺點是增加零線投資和線損，但這樣能有效抑制零飄，減小了每相電壓的相互影響。

3、設(shè)備供電中線開路改善措施

一般設(shè)備采取三相四線全波整流電路，主要是考慮其供電的冗余設(shè)計，只要三相電任意一相電設(shè)備就能正常工作。但是一旦在中線未連接上設(shè)備，整流電路電壓就會急劇升高。解決此問題，需要在電壓升高時切斷后級電路，從而保護后級電路不受損壞。但在設(shè)計時需保證檢測控制電路穩(wěn)定供電。

三、從根源解決電力系統(tǒng)供電故障

隨著社會的發(fā)展，用電設(shè)備的功率逐漸增加，同時各種設(shè)備質(zhì)量也參差不齊。這些設(shè)備不但對電網(wǎng)形成了較大干擾，而且還存在較大的短路風(fēng)險。電力故障誘因很多，不可能做到完全避免其發(fā)生。但是一旦故障發(fā)生后，我們需要及時反饋并處理。此時就需要有電力檢測設(shè)備對電網(wǎng)實時檢測，并在故障發(fā)生時采取必要措施，避免造成更大損失。

圖5 電力檢測設(shè)備示意圖

在電網(wǎng)在出現(xiàn)異常時，電力檢測設(shè)備仍需要保證正常工作。此時電力系統(tǒng)的供電設(shè)計就顯得尤為重要。供電系統(tǒng)需要保證在大多數(shù)電力故障發(fā)生時，其仍能為電力檢測設(shè)備提供穩(wěn)定的電能。電力故障一般表現(xiàn)為：缺項運行、單相電壓飄高、電路過負載電壓拉低、中線開路、雷擊事故等。故此供電電源需要較寬的電壓輸入范圍及較強的抗擾度。我司立足于解決此類供電問題，特推出PD2IHBxxD-10W系列電源，共有4種電壓輸出可供選擇。為客戶快速解決供電問題提供了一種選擇機會。下面是此系列電源的簡單介紹。

PD2IHBxxD-10W產(chǎn)品特點：

轉(zhuǎn)換效率高達83%;

輸入電壓：56～700VDC;

輸出電壓：5V，12V，15V，24V;

工作溫度：-40℃～+85℃;

Enable(EN)控制功能 ;

隔離電壓：4000VAC;

可持續(xù)短路并自恢復(fù)，具有過溫保護功能;

單相電路應(yīng)用特點：單相電路簡單，可適應(yīng)市電大幅的電壓波動。

三相三線應(yīng)用特點：適合沒有中線的場合，任意一根相線開路，電源仍可繼續(xù)工作。

三相四線應(yīng)用特點：此電路最大優(yōu)點是，三相冗余供電，電路再缺相時仍可穩(wěn)定工作。