一、三相電供電常見(jiàn)故障分析

我國供電大多都采用三相四線(xiàn)供電方式。下圖為三相四線(xiàn)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(xiàn)電壓(380V)和相電壓(220V)，可以適應用戶(hù)不同的需要。三相四線(xiàn)制供電較為理想的狀態(tài)是三相負載平衡，此時(shí)中線(xiàn)電流為零，從理論分析此時(shí)中線(xiàn)可有可無(wú)，不影響設備的正常運行。但現實(shí)情況三相平衡只是相對的，不平衡則是絕對的，所以現實(shí)應用中的中線(xiàn)是必須有的，這樣才能保證各相電壓的穩定輸出。隨著(zhù)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(guò)電壓?jiǎn)?wèn)題及為普遍。下面我們針對此一些常見(jiàn)故障問(wèn)題進(jìn)行分析，為我們設計電力設備供電系統時(shí)提供方向，從而使供電系統穩定可靠的運行。

圖1 三相電壓示意圖

1、單相短路故障

現在很多場(chǎng)合為了取電方便，直接采用三相電的相電壓供電。包括目前很多農村電網(wǎng)設計都是將三相電中的三相平均分給三組用戶(hù)使用，從而省掉了三相變壓器。這種供電方式雖然節省了一些設備的投入，但是對用戶(hù)的用電設備帶來(lái)很大隱患。在實(shí)際應用中,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(jiǎn)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，一旦出現單相短路現象，會(huì )抬高中線(xiàn)電位，對用電人員的安全有較大威脅（有零線(xiàn)接外殼保護的設備）。同時(shí)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(shí)電壓值直接上升到線(xiàn)電壓（380VAC）。致使用電設備出現過(guò)電壓損壞現象。

2、輸電線(xiàn)中線(xiàn)開(kāi)路

在實(shí)際用電環(huán)境環(huán)境中，往往會(huì )由于線(xiàn)路安裝不當，或熔斷器及開(kāi)關(guān)安裝位置不當，導致中線(xiàn)斷開(kāi)。如果中線(xiàn)斷了，三相負荷中性點(diǎn)電位就要發(fā)生位移。中性點(diǎn)電位位移直接導致各相的輸出電壓不平衡，而相電壓太高會(huì )使設備過(guò)電壓而直接燒毀，而相電壓偏低的相，可能會(huì )由于電壓降低，電流增大而損壞設備。由于三相電電壓計算非常復雜，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(jiǎn)單的方式解釋一下中線(xiàn)短路對線(xiàn)電壓的影響。

圖3 三相電中線(xiàn)開(kāi)路示意圖

如上圖，假設負載3開(kāi)路，同時(shí)中線(xiàn)出現中斷。此時(shí)負載1與負載2串聯(lián)后接在線(xiàn)電壓UUV（380VAC）上，兩個(gè)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(shí)，則負載1的的電壓會(huì )接近與380VAC的線(xiàn)電壓，此時(shí)負載1就很可能由于過(guò)電壓而損壞，而負載2可能會(huì )由于電壓過(guò)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、設備供電中線(xiàn)開(kāi)路

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

圖4 供電設備中線(xiàn)開(kāi)路示意圖

如上圖所示，三相四線(xiàn)制全波整流，此電路好處在在三相電任意兩相出現問(wèn)題時(shí)，此供電電路任然可以繼續工作。但是一旦整流電路中的中線(xiàn)中斷或則未連接，此電路就變?yōu)槿�相三線(xiàn)制整流電路，此時(shí)電壓有原來(lái)310VDC升高到538VDC，若后級設備無(wú)法承受538VDC高壓，將后損壞后級設備。

二、三相電供電改善措施

由于在實(shí)際應用中有較多限制，不可能避免很多電力故障的發(fā)生，但我們能可以通過(guò)一些手段減少設備損壞概率，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(shí)短路時(shí)，保護到后級電路不會(huì )因過(guò)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(xiàn)截面積，降低零點(diǎn)飄移，來(lái)縮小另外兩相電壓抬高幅度。

2、輸電線(xiàn)中線(xiàn)開(kāi)路改善措施

從故障分析我們可以看出，中線(xiàn)開(kāi)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(diǎn)。只能通過(guò)兩根相線(xiàn)形成回路，從而增加了設備過(guò)電壓的風(fēng)險。為了給相電壓提供可靠的電流回路，在布線(xiàn)中可采取三相三零六線(xiàn)供電方式，三相三零獨立工作。此布線(xiàn)缺點(diǎn)是增加零線(xiàn)投資和線(xiàn)損，但這樣能有效抑制零飄，減小了每相電壓的相互影響。

3、設備供電中線(xiàn)開(kāi)路改善措施

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

三、從根源解決電力系統供電故障

隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，用電設備的功率逐漸增加，同時(shí)各種設備質(zhì)量也參差不齊。這些設備不但對電網(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(shí)反饋并處理。此時(shí)就需要有電力檢測設備對電網(wǎng)實(shí)時(shí)檢測，并在故障發(fā)生時(shí)采取必要措施，避免造成更大損失。

圖5 電力檢測設備示意圖

在電網(wǎng)在出現異常時(shí)，電力檢測設備仍需要保證正常工作。此時(shí)電力系統的供電設計就顯得尤為重要。供電系統需要保證在大多數電力故障發(fā)生時(shí)，其仍能為電力檢測設備提供穩定的電能。電力故障一般表現為：缺項運行、單相電壓飄高、電路過(guò)負載電壓拉低、中線(xiàn)開(kāi)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(lèi)供電問(wèn)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(hù)快速解決供電問(wèn)題提供了一種選擇機會(huì )。下面是此系列電源的簡(jiǎn)單介紹。

PD2IHBxxD-10W產(chǎn)品特點(diǎn)：

• 轉換效率高達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；
• 可持續短路并自恢復，具有過(guò)溫保護功能；  

單相電路應用特點(diǎn)：?jiǎn)蜗嚯娐泛?jiǎn)單，可適應市電大幅的電壓波動(dòng)。

三相三線(xiàn)應用特點(diǎn)：適合沒(méi)有中線(xiàn)的場(chǎng)合，任意一根相線(xiàn)開(kāi)路，電源仍可繼續工作。

三相四線(xiàn)應用特點(diǎn)：此電路最大優(yōu)點(diǎn)是，三相冗余供電，電路再缺相時(shí)仍可穩定工作。