定義

三相電壓及電流不平衡與電源側之電壓、架構、短路容量以及負載特性有關。當系統之短路容量越大時，負載端對供電電壓三相不平衡之影響程度則越小。IEEE定義電壓不平衡率包含兩種[1]：

定義一：相電壓值與三相電壓平均值之最大偏差量與三相電壓平均值之百分比，如 (1) 式所示。

其中

電壓平均值：(V_A+V_B+V_C)/3；

最大電壓值：max(V_A, V_B, V_C)。

定義二：三相電壓之相序成份之比值，分別如 (2) 與 (3) 式所示。

(2)

(3)

典型值

電壓不平衡除了原三相供電系統存在原始之不平衡之外，當三相負載不平衡時，亦會引起三相電壓不平衡之問題。以下所列為引起三相電壓不平衡常見之原因：

(1) 由公共電網耦合進入PCC的三相電壓不平衡。
(2) 三相配電變壓器各相中間抽頭設置不同。
(3) 配電系統中不平衡的三相負載分配。
(4) 三相配電變壓器一次側開路。
(5) 配電變壓器故障或接地故障。
(6) 三相功因補償電容器欠相運行。
(7) 開三角結線之三相配電變壓器。
(8) 未換位的輸電線所造成電性結構不對稱。
(9) 供電線路之三相電力線阻抗不同。
(10) 急遽變化負載如鋼鐵業電弧爐及汽車業單相點焊機。
(11) 電氣化火車與高速鐵路電車。

三相不平衡影響

系統供電電壓不平衡會影響變壓器、發電機及電動機設備運行率效，其中，不平衡電壓對發電機及電動機設備運行影響最為明顯，包含過熱、振動、噪音及額外損耗。增加變壓器及輸電線路額外損耗，同時亦造成中性線參考電位偏移等問題。三相電壓不平衡所產生之影響：

(1) 發電機或電動機過熱、振動噪音、轉矩降低與額外損耗。
(2) 變壓器與輸電線損耗增加。
(3) 中性線電流增加，使LCO保護電譯誤動作。
(4) 中性線電阻損失增加，中性點參考電位偏移。
(5) 影響測量儀表正常功能。
(6) 不平衡電流干擾附近通訊線，增加輸電線下之磁場強度。

於馬達受電端若存在電壓不平衡，則馬達於滿載運行時，其將產生三相不平衡之負載電流。例如：當於馬達受電端之電壓不平衡率為1%，可產生6%至10%之不平衡運行電流，此不平衡電流將導致馬達運行時產生額外之運行損耗，並產生額外之溫升，最終影響設備額定壽命，如表 1所示。文獻[3]之研究指出，當馬達之供電電壓出現不平衡，馬達之運行將產生額外之溫升，如圖 1所示。不平衡電壓對馬達壽命之影響，如圖 2所示。

不平衡電壓	2%	3.5%	5%
增加定子電流	1%	4%	7.5%
增加損耗	4%	12.5%	25%

表 1 電壓不平衡對馬達損耗之影響

限制值參考

(1) 美國ANSI標準

美國國家標準局，ANSI C84.1-2016於“多相電壓不平衡(Polyphase voltage unbalance)”中採用之電壓不平衡率定義同IEEE之定義一，如 (10) 式所示。由ANSI C84.1-2016標準建議之最大電壓不平衡限制值為3%，此限制值係指當供電系統為無載條件時，於供電系統PCC所量測之電壓不平衡最大值[4]。

(2) 歐洲EN標準

EN 50160-2007標準採用IEEE所定義之負序與正序電壓比值計算，如 (12) 式所示。於正常供電情況下，電壓取樣以10分鐘平均值計算並以一週為單位，95%之電壓取樣其負序與正序分量比值須介於0 ~ 2%。於某些區域含部份單相或兩相連接用戶，於三相供電端之電壓不平衡可至3%[9]。

(3) 中國GB國家標準

中國GB/T 15543-2008標準採用IEEE所定義之負序與正序電壓比值計算，如 (12) 式所示。

供電局於PCC正常供電電壓不平衡率允許值為2%，短時不得超過4%。低壓系統零序電壓限值暫無規定，但各相電壓必須滿足GB/T 12325之規定。

註1：此標準中不平衡率為在電力系統正常運行的最小方式(或較小方式)下，最大的生產(運行)週期中負載所引起的電壓不平衡率的實測值。

註2：低壓系統是指標稱電壓不大於1 kV的供電系統。

接於公共電網的用戶端，引起PCC正常電壓不平衡率允許值一般為1.3%，短時不得超過2.6%，根據連接點的負載情況，鄰近發電機、繼電保護與自動裝置安全運行要求，該允許值可作適當變動，但必須滿足上述規定[10]。

(4) 美國電力公司

多數美國電力公司採用之電壓不平衡率定義同IEEE之定義一，如 (10) 式所示，並訂定2.5%為最大不平衡率限值。

(5) 台灣電力公司

台電採用IEEE定義二之負序電壓不平衡率，如 (12) 式所示。規定用戶端於PCC引起之電壓不平衡率，於15分鐘內最大不平衡率不可超出1.2%。

參考文獻

[1] IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants, IEEE Standard 141-1993, Apr. 1993.
[2] 黃維澤，電壓、電流不平衡率定義之探討與分析，國立台灣科技大學電機工程系碩士學位論文，民國八十八年。
[3] J.P.G. de Abreu and A.E. Emanuel, “Induction motor thermal aging caused by voltage distortion and imbalance: loss of useful life and its estimated cost,” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 38, pp. 12–20, Jan./Feb. 2002.

定義

典型值

三相不平衡 影響

三相不平衡影響