電力系統(tǒng)電壓偏差超標(biāo)的危害

一、對照明設(shè)備的影響

用電設(shè)備是按額定電壓進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造的。照明常用的白熾燈和熒光燈等，其發(fā)光效率、光通量和使用壽命均與電壓有關(guān)。白熾燈對電壓變動(dòng)很敏感，當(dāng)電壓較額定電壓降低5%時(shí)，其光通量減少18%；當(dāng)電壓降低10%時(shí)，其光通量減少30%，使照度顯著降低。當(dāng)電壓較額定電壓升高5%時(shí)，白熾燈的壽命減少30%；當(dāng)電壓升高10%時(shí)，其壽命減少接近一半。

二、對交流電動(dòng)機(jī)的影響

異步電動(dòng)機(jī)占交流電動(dòng)機(jī)的90%以上，在電網(wǎng)總負(fù)荷中占60%以上。電壓偏差對交流異步電動(dòng)機(jī)的影響如下。

1、轉(zhuǎn)矩

在給定的電源頻率及電機(jī)參數(shù)下，異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與定子繞組端電壓的平方成正比。因此，當(dāng)電壓降低時(shí)，電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩均下降，對于需要在重負(fù)荷下啟動(dòng)和運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行十分不利。

2、滑差和轉(zhuǎn)速

若轉(zhuǎn)矩不變，電壓下降會(huì)使滑差增大，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和功率減小。

3、有功功率損耗

當(dāng)負(fù)荷率較高時(shí)，機(jī)端電壓下降引起電流增大，在定子繞組和轉(zhuǎn)子中的損耗加大，電動(dòng)機(jī)總的損耗增加；但當(dāng)負(fù)荷率校低時(shí)，電壓降低引起的勵(lì)磁損耗下降的因素超過了電流增大造成定子繞組和轉(zhuǎn)子損耗加大的因素，電動(dòng)機(jī)總的損耗會(huì)有所降低。

4、無功功率

異步電動(dòng)機(jī)的無功功率電壓特性在機(jī)端電壓大于某一臨界值時(shí)，無功功率將隨電壓的升高而增大。電壓越高，負(fù)荷率越低，其變化率dQ/dU越大。但電壓低于臨界值時(shí)，電壓降低反而會(huì)使無功功率增加。其原因是電動(dòng)機(jī)漏抗上的無功功率損耗占了主要部分。電壓臨界值的大小與電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率和負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)，負(fù)荷率越高，電壓臨界值也越高。

5、電流

一般來說，異步電動(dòng)機(jī)的端電壓降低時(shí)，其定子和轉(zhuǎn)子電流增大，勵(lì)磁電流減少，定子電流增大的程度不如轉(zhuǎn)子電流，應(yīng)按轉(zhuǎn)子電流確定電動(dòng)機(jī)的允許負(fù)荷。如果異步電動(dòng)機(jī)端電壓超過額定電壓很多，則由于磁路飽和，勵(lì)磁電流增加很快，也會(huì)使定子電流增大。異步電動(dòng)機(jī)如果長期處于更大的電壓偏差下運(yùn)行，特別是低電壓運(yùn)行，還是會(huì)發(fā)生損壞，例如燒壞電動(dòng)機(jī)繞組、繞組絕緣老化而降低電機(jī)使用壽命等。

三、對電力變壓器的影響

1、對變壓器空載損耗的影響

變壓器空載損耗包括鐵芯損耗和附加損耗。鐵芯損耗又稱空載損耗，主要包括變壓器運(yùn)行時(shí)鐵芯中磁通產(chǎn)生的磁滯損耗及渦流損耗，其大小與鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B有關(guān)，變壓器電壓升高，B增大，鐵芯損耗也增大。附加損耗是變壓器中的雜散磁場在變壓器箱體其他一些金屬零件中產(chǎn)生的損耗。額定電壓下，變壓器空載損耗一般占其額定容量的千分之幾。

2、對變壓器繞組損耗的影響

在傳輸同樣功率的條件下，變壓器電壓降低，會(huì)使電流增大，變壓器繞組的損耗增大。其損耗大小與通過變壓器的電流的平方成正比。額定負(fù)荷時(shí)變壓器繞組電阻中的功率損耗是變壓器空載損耗的幾倍，甚至十幾倍。當(dāng)傳輸功率比較大時(shí)，低電壓運(yùn)行會(huì)使變壓器過電流。

3、對變壓器絕緣的影響

變壓器的內(nèi)絕緣主要是變壓器油和絕緣紙。變壓器油在運(yùn)行中會(huì)逐漸老化變質(zhì)，通?？煞譃闊崂匣半娎匣瘍纱箢?，熱老化在所有變壓器油中都存在，溫度升高時(shí)，殘留在油箱中的氧和纖維分解產(chǎn)生氧與油發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的速度加快，使油黏度增高，顏色變深，擊穿電壓下降。電老化指高場強(qiáng)處產(chǎn)生局部放電，促使油分子縮合成更高分子量的蠟狀物質(zhì)，它們積聚在附近繞組的絕緣上，堵塞油道，影響繞組散熱，同時(shí)逸出低分子量的氣體，使放電更加容易，變壓器在高電壓運(yùn)行時(shí)，會(huì)使電場增強(qiáng)，加快其電老化速度。

絕緣紙等固體絕緣的老化是指絕緣受到熱、電場或其他物理化學(xué)作用，逐漸失去機(jī)械強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度。絕緣老化程度主要由機(jī)械強(qiáng)度來決定，當(dāng)絕緣變得干燥發(fā)脆時(shí)，即使電氣強(qiáng)度很好，在振動(dòng)或電動(dòng)力作用下也會(huì)損壞。絕緣老化是由于溫度、濕度、局部放電、氧化和油中分解的劣化物質(zhì)的影響所致。老化速度主要由溫度決定，絕緣的環(huán)境溫度越高，繞組中的電流和溫升越大，絕緣老化速度也就越快，使用年限就越短。高電壓運(yùn)行會(huì)增強(qiáng)電場強(qiáng)度，加劇局部放電，特別在絕緣已受損傷或已有一定程度老化后，會(huì)加快老化的速度。

四、對電力電容器的影響

并聯(lián)電容器為系統(tǒng)提供的無功功率為Qc=U2/Xc(式中U為電容器電壓；Xc為并聯(lián)電容器容抗)。由上式可知，電容器向電網(wǎng)提供的無功功率與其兩端的電壓平方成正比，所以當(dāng)電壓U下降時(shí)，電容器向電網(wǎng)提供的無功功率會(huì)下降更多。但電容器上的電壓太高，會(huì)嚴(yán)重影響電容器的使用壽命。

五、對家用電器的影響

許多家用電器內(nèi)裝有動(dòng)力裝置，如洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、空調(diào)機(jī)、電冰箱、抽油煙機(jī)等動(dòng)力裝置是各種類型的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)分為直流電動(dòng)機(jī)、交流異步電動(dòng)機(jī)及交流同步電動(dòng)機(jī)等，但其中約85%是單相異步電動(dòng)機(jī)。單相異步電動(dòng)機(jī)類似三相異步電動(dòng)機(jī)，電壓過低會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，使轉(zhuǎn)速降低、電流增大，甚至造成繞組燒毀的后果。電壓過高有可能損壞絕緣或由于勵(lì)磁過大而過電流。例如，彩色電視機(jī)的顯像管，在電源電壓過低時(shí)運(yùn)行不正常，造成圖像模糊，甚至無法收看；電壓過高，顯像管的使用壽命會(huì)大大縮短。

六、對電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響

輸電線路和變壓器在輸送功率不變的條件下，其電流大小與運(yùn)行電壓成反比。電網(wǎng)低電壓運(yùn)行，會(huì)使線路和變壓器電流增大，線路和變壓器繞組的有功損耗與電流平方成正比，因此低電壓運(yùn)行會(huì)使電網(wǎng)有功功率損耗和無功功率損耗大大增加，增大供電成本。