浅谈三相交流供电对居民用电的必要性

摘要: 现在单相电机大踏步走入家庭, 家用空调、电风扇、冰箱、洗衣机、微波炉、抽油烟机等都是单相电机, 所有的家用电器的电机都改为三相电机, 其节能效果一定是显著的，实现家庭三相交流供电代替单相交流供电, 三相交流供电由于负载永远平衡, 使三相不平衡变成相对的。三相交流供电提高线路运行的稳定性, 改善了居民用电质量, 节约了有限的能源, 是利大于弊的。本文就关于单相交流电220V 变成三相交流供电进行探讨

关键词: 单相交流电；220V；三相交流供电；平衡；安全系数

前言：所谓三相交流供电, 就是用户直接引进三相交流电, 这就要求所有的家用电器都改用三相电源。交流输送电质量不如直流电, 而新一代直流输电工程在我国从1999 年就实现了。在电机制造方面, 若用相同的材料, 三相电机的容量较单相机的容量可大50%。现在单相电机大踏步走入家庭, 家用空调、电风扇、冰箱、洗衣机、微波炉、抽油烟机等都是单相电机, 现在生活用电由原来占总用电的7% 上升到15%以上。所有的家用电器的电机都改为三相电机, 其节能效果一定是显著的。三相交流供电可以有两种实施方案, 一种是不改变现在的配电方式( 220V／380V) 。实际上就是提高电压, 等价于扩大供电范围。缓解当前供电紧张。另一种是从安全角度出发降低电压, 降低电压到线电压110V, 即相电压65V 是比较理想的。本文具体分析单相交流供电变三相交流供电的必要性。

1 三相供电有利供电网络的平衡

实现三相交流配电, 负载始终对称, 扭转过去三相平衡是相对的, 三相不平衡是绝对的。彻底消除了三相不平衡对用户的影响。

当三相不平衡时能引起一相电压升高, 两相电压降低。这是一般电工理论书都有的习题, 也是生活中所能见到的事实。三相不平衡使中性线有电流, 有可能使中性线带危险电压。如三相不平衡超过允许偏差范围, 致使供电质量下降,用户不能正常运行。网上资料表明: “电压偏高10%, 白炽灯寿命将缩短一半以上”。

三相不平衡对电机可有影响。在同步电机中, 三相不平衡产生的负序电流能产生相对于转子转速2 倍的反向磁场,从而在转子和定子中产生附加损耗及振动。在异步电动机中, 由于负序阻抗是正序阻抗的1／8 -1／5, 即使不大的负序分量( 1%额定电压) , 也将得到很大的不对称电流( 7% - 9%额定电流) , 使电机增加损耗( 发热) , 减少转矩, 产生振动。因此三相不平衡也是三相电机过载原因之一。

三相不平衡的零序电流导致配电变压器温升过高, 不平衡电流使配电变压器动力下降。不平衡运行通过配电变压器可反馈到一次回路, 造成网络不平衡, 它也是产生高次谐波的原因之一, 对供电网络的保护系统造成误动作, 人们称为谐波“污染” , 谐波产生的电磁辐射, 也能干扰邻近通讯。

2 三相供电实现节省能源

三相供电在原有导线规格不变的情况下, 增加一根导线, 输出功率是原来的3 倍, 即

输出容量比原来提高3 倍。在功率不变的情况下, 三相电一根相线的电流是单相电一根线电流的1／3 倍, 电流和导线截面积成正比, 增加一根导线, 导线截面积就可减小, 节约了铜线。在功率不变的情况下, 忽略感抗容抗影响, 线路损失功率计算如下:

在相等时间内, 线路能量损失下降为原来的一半。可见增加一根导线, 经济效益是显著的。在当前供电紧张情况下, 降低了线损、提高了容量, 在保证供电电压偏差范围内, 实际上就是提高供电范围。

虽然单相电机已经发展多年, 但单相电机与三相电机相比还有三低, 即效率低、过载能力低和功率因数低, 表1 给出三相电机与单相电机的对比参数。

由表1 还可见, 在功率相同情况下, 还有两高。单相电机起动电流的平均值是三相电机的4.5 倍为一高, 它是居民家庭电压闪变的来源之一; 另一高是工作电流单相电机是三相电机的3.65 倍。

实现三相供电, 对电机就能推广Y-负载切换装置,减轻负载时将绕组切换成星形接法, 以提高效率减少损耗。例如家庭空调, 比较常用的是抽湿, 如果将抽湿档电机接成Y 形连接, 既提高了功率因数也节省了能源。

可见三相供电比单相供电经济效益高。但在小区、楼宇里目前还是单相供电, 这是以前人们无法解决的, 也是只满足照明需要的年代没有必要解决的。

3 三相供电提高居民用电质量

鉴于人们生活水平的逐步提高, 对于灯的作用, 已不再停留在基本照明这一简单的需求上, 而是把灯作为一种生活中不可缺少的艺术品来看待。居民家庭对于照明的质量也明显提高。对周期性电压急剧变化引起的照明闪变, 也就是照明灯闪烁引起人眼视觉不适或疲劳, 人们提出了更高的要求。由此市场研究开发出无闪灯, 除直流灯外, 有变频灯, 它升高频率带来电磁辐射, 有裂相灯, 它是把单相电分裂成两相, 接两个灯管。而三相电源相当于接三个灯管, 自然是最佳的选择。灯的亮度选择也可以用上Y-负载变换, 向上拨动开关是星形联结夜间照明用, 向下拨动开关是三角形负载额定功率发光。对电视机来说, 三相电源整流比单相电源整流效率高、波形好。

4 三相供电提高用电安全系数

由单相供电变三相供电, 可以有两种方案, 一种是前面讲的不改变现在的配电方式( 220V／380V) 。这实际是升高了电压, 降低供电电流, 节约铜线, 降低损耗, 提高供电范围, 缓解当前供电紧张的局面。在国外对小区、对塔楼升高到四百多伏单相供电的实例是存在的。英国居民用电就是240V。另一种方案是从人身安全角度考虑, 降低电压。据资料统

计: 低压触电占触电总数85%。而单相触电又占低压触电75%, 即一相一地直接或间接触电。如改成三相供电, 线电压110V, 则相电压110／ ≈ 63.5v( 简单说成65V) , 把220V 相电压降低约3. 5 倍, 人站在地上碰火线不是110V, 而是63.5V。这样人一相一地触电几率大大下降, 提高了安全系数。

三相交流供电给用户带来的变动。三相供电比当前提倡推广的TN- S 配电系统( 三相五线制) 还是少了一棵线。有利, 就有弊, 降低了电压, 在相同功率下( 65V 下) , 线电流就要比220V 时的单相电流增大1. 15 倍。白炽灯的灯丝由三段构成, 连接成星形或三角形负载, 像旧式电子管一样用插头、插座形式引出。日光灯也是一样, 由三个灯管构成, 像节能灯那样, 也可组成圆形灯管。现在的科技完全可以制造成5 瓦、10 瓦的光源。所有单相插座改为三相插座, 在降低电压情况下, 三线插座不用转换成四线插座。室内布线相应增加一根。开关、电度表都换成三相开关和三相电度表, 电度表旁的漏电保护器替换成断相保护器, 防缺相运行。单相交流电的优点是一根线带电( 一般情况) , 线路简单。缺点是漏电保护器许多人不喜欢用, 它的灵敏动作给家庭生活带来不便( 冰箱停电) 。

5 结束语

总之，三相交流供电在公寓中已经到户,大的中央空调就是三相交流供电。当前世界各国居民用电都是单相交流供电, 在大量单相电机涌入家庭的今天, 为了节省能源、提高电机效率, 为了克服电压闪变 的现象, 提高居民供电质量, 为了电网稳定及平衡的需要, 改变配电方式实现三相交流供电到每一家是值得大力推广的。

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