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配电网相序及相位试验
一、相序和相位及其测量的意义
在三相电力系统中,各相的电压或电流依其先后顺序分别达到最大值(如以正半波幅值为准)的次序,称为相序;三相电压(或电流)在同一时间所处的位置,就是相位,通常对称平衡的三相电压(或电流)的相位互差120o。
在三相电力系统中,规定以“A、B、C”标记区别三相的相序。当它们分别达到最大值的次序为A、B、C时,称作正相序,如次序是A、C、B,则称为负相序。相应的向量图,如图13-2所示,图中表示线电压和相电压间的向量关系,其余依此类推。
(a)
(b)
图13-2正、负相序向量图
(a)正相序;(b)负相序
在电力系统中,发电机、变压器等的相序和相位是否一致,直接关系到它们能否并列运行。同时,正、负相序的电源还直接影响到电动机的转动方向。所以,在三相电力系统中,常常需要测量设备的相序和相位,以确定其运行方式。
二、测量相序的方法
测量相序时,对于380V及以下的系统,可采用量程合适的相序表直接测量;对于高压系统,采用电压互感器在低压侧进行测量。
常用的相序表有旋转式和指示灯式两种。
旋转式相序表,系采用微型电动机(或其它转动机构),并在其轴上装有指示旋转方向的转盘,测量时借其转动方向的不同,即可判断被测三相的正、负相序。这种相序表较易掌握,下面着重介绍指示灯式相序表。
1、指示灯式相序表的工作原理
指示灯式相序表,是按下述原理做成的。
(a)
(b)
图13-3电源和不平衡星形负载的连接和电压向量图
(a)电源和负载的连接;(b)电压向量图
C——电容器;R——指示灯电阻;D——切点
在三相三线制电压对称平衡的系统中,若带上星形连接的不对称负载时,两中性点之间的电压、电源相电压和负载相电压之间的关系,由式(13-5)确定,其接线和向量图如图13-3所示,从图13-3(a)得出下列关系式,即
(13-5)
负载电流由式(13-6)确定,即
(13-6)
由基尔霍夫第一定律得
(13-7)
即
或
解得 (13-8)
上四式中、和——电源A、B和C三相的相电压(V);
、和——a、b和c三相负载承受的电压(V);
、和——三相不平衡负载的阻抗();
、和——三相不平衡负载的导纳(S);
——电源中性点和负载中性点之间的电压(V)。
将值代入式(13-5)解得
即
同理解得 (13-9)
为了具体地解析指示灯式相序表的工作原理,下面以正相序电压为例,并设a相电容的容抗值(复阻抗),即并选b、c两相指示灯的电阻值R与a相的容抗值相等(即Zb=Zc=Z或Yb=Yc=),进行计算分析。如以A相作基准向量,即设
=
则
同理
将Ya、Yb、Yc和、、各值分别代入式(13-8)和式(13-9)解得
因为
所以
同理
由计算结果作出的电源相电压、不对称负载的相电压和电源与负载二中性点间的电压向量关系,如图13-3(b)所示。从计算结果和向量图中均明显看出,当三相电压为正相序时,b相指示灯比c相指示灯承受的电压高,故b相的指示灯比c相亮。当三相电压为负相序时,根据类似的计算和作图,会得出这时c相的指示灯比b相的亮,这就是电容式指示灯相序表的工作原理。
2、指示灯相序表的故障分析
当a相负载开路,即阻抗Za等于无穷大,而b、c相负载相等时,则
由此可见负载中性点从O点移至D点,此时,b、c两相指示灯串联,并接在线电压上,所以两相指示灯承受的电压相等,分别等于和,这时指示灯的亮度相同。
当a相负载短路,即阻抗Za趋近于零,而b、c相负载相等,则Ya为无穷大,此时为
表明负载中性点从O点移至a点。此时,b、c两相指示灯将承受电源的线电压和,亮度亦相同。
所以随电容C的改变,负载中性点O,在以aD为直径所作圆的弧上移动。
3、电感式指示灯相序表
若将a相负载换成电感线圈L,b、c相仍为指示灯,并取电抗值XL=R值时,按照上述类似的计算和作图可知,当三相电压为正相序时,则c相的指示灯比b相亮。若三相电压为负相序时,其亮度相反,并随着电感L值的变化,负载中性点O将沿弧移动(图13-3,b )。
(a)
(b)
图13-4指示灯相序表的原理接线
(a)电容式;(b)电感式
由电容和电感组成指示灯相序表的原理接线,如图13-4所示。当被测三相电压的相序为负相序时,则指示灯的亮和暗与图中的标示相反。
三、测量相位的方法
测量
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