帶過壓保(bǎo)護的中性綫安防(fáng)保護器

1，概述

大(dà)量(liáng)非(fēi)綫性負(fù)載使(shǐ)用會(huì)導致中性(xìng)綫(xiàn)3N次諧波(bō)電(diàn)流(liú)過(guò)大(dà)
，同(tóng)時
，三(sān)相不平(píng)衡(héng)等問題往往(wǎng)也會(huì)造(zào)成(chéng)中(zhōng)性綫電(diàn)流過(guò)大
。而(ér)中(zhōng)性(xìng)綫電流(liú)過大非(fēi)常(cháng)容(róng)易(yì)導致中性綫(xiàn)絕緣(yuán)層老化(huà)起火(huǒ)引發火(huǒ)災
，存(cún)在較大的安全隱(yǐn)患
。針對(duì)這(zhè)樣的情(qíng)況
，我(wǒ)司(sī)采用先進(jìn)的(dí)電(diàn)力(lì)電子技(jì)術，控(kòng)製理論(lùn)等(děng)研(yán)製(zhì)出(chū)了新(xīn)型的中(zhōng)綫安防(fáng)保護(hù)器
，可有(yǒu)效消(xiāo)除中(zhōng)性(xìng)綫(xiàn)電(diàn)流過大(dà)的情況(kuàng)而造成的(dí)電氣(qì)火災安全(quán)隱患
。

在這(zhè)樣的用電場合(hé)
，往往也會存在諧波(bō)汙(wū)染嚴重(zhòng)
，三相(xiāng)不平衡
，功率因數低(dī)等問題(tí)
。我(wǒ)司新(xīn)型的終端綜合治理(lǐ)裝置(zhì)
，在消(xiāo)除(chú)中(zhōng)性(xìng)綫(xiàn)電(diàn)流(liú)過(guò)大的(dí)火災安(ān)全(quán)隱患的(dí)同時(shí)
，也能(néng)解決這(zhè)些復(fù)雜的(dí)電能(néng)質量問題(tí)
。

帶過(guò)壓保(bǎo)護的中性綫安防(fáng)保(bǎo)護器的基本原理(lǐ)為:通(tōng)過電流檢測環節采(cǎi)集(jí)係統中(zhōng)性綫上各次(cì)諧(xié)波(bō)電(diàn)流(liú)
，經控(kòng)製器(qì)快(kuài)速計(jì)算並(bìng)提取(qǔ)各次諧波(bō)電(diàn)流的含量(liáng)
，產生諧(xié)波電(diàn)流指(zhǐ)令
，通(tōng)過(guò)功率執行(háng)器件產生(shēng)與諧(xié)波電流幅(fú)值(zhí)相等方(fāng)向相(xiāng)反(fǎn)的補償(cháng)電(diàn)流
，並注入(rù)中性(xìng)綫
，從而消(xiāo)除中性(xìng)綫(xiàn)中過大(dà)的電流
。

終端綜(zōng)合治理裝置(zhì)通過電流(liú)檢(jiǎn)測環(huán)節(jié)
，采集(jí)係統(tǒng)中性綫，各相(xiāng)綫上諧(xié)波電流和功(gōng)率因(yīn)數等(děng)數據(jù)
，經(jīng)控製(zhì)器快速計算(suàn)並提取(qǔ)各次諧(xié)波(bō)電(diàn)流(liú)的(dí)含(hán)量
，產生(shēng)諧(xié)波電(diàn)流指令(líng)
。通(tōng)過功(gōng)率(shuài)執(zhí)行器(qì)件產(chǎn)生與(yǔ)諧波電流(liú)幅值相(xiāng)等(děng)，方向相反的補償電流
，並注入係統
。該裝置不(bù)僅可以治理係(xì)統中(zhōng)諧波電流(liú)
，補(bǔ)償(cháng)係(xì)統無功(gōng)需(xū)量
，還可(kě)以(yǐ)消除過大(dà)的(dí)中性綫電(diàn)流
。

2，產品(pǐn)設計的必要性(xìng)

2.1 應用背景(jǐng)

根(gēn)據(jù)近幾年的火災(zāi)數據統計
，電(diàn)氣(qì)火災占據所有火(huǒ)災的比例非(fēi)常(cháng)高
。2018年(nián)全(quán)年全(quán)國共(gòng)統(tǒng)計(jì)火(huǒ)災38.9萬(wàn)起
，死(sǐ)亡(wáng)2113人(rén)
，受傷(shāng)1637人
。電(diàn)氣火災比(bǐ)例高(gāo)
，違反電(diàn)氣安裝(zhuāng)使(shǐ)用規定等引(yǐn)發(fā)的(dí)火災共(gòng)11.6萬起
，死亡745人(rén)
，受傷538人
，分(fēn)別占(zhān)總數的29.7%，35.3%和32.9%
。其中電(diàn)氣綫路(lù)是電氣火災中(zhōng)主要的起火源
，所占的比例高達60%以(yǐ)上
，是防範(fàn)的重點
。其(qí)中由(yóu)於中(zhōng)性綫(xiàn)導致的(dí)起火數(shù)量占有不小(xiǎo)比(bǐ)例(lì)
，所以(yǐ)治理中性(xìng)綫電流過大(dà)問題(tí)是非(fēi)常有必要的
。

針(zhēn)對(duì)三相不(bù)平(píng)衡
，諧波汙染
，需(xū)要無功(gōng)補償，中(zhōng)性綫(xiàn)電(diàn)流過大(dà)等(děng)電(diàn)能(néng)質量(liáng)問(wèn)題和(hé)電(diàn)氣火(huǒ)災(zāi)隱患(huàn)同(tóng)時存(cún)在的場(cháng)合(hé)
，為(wéi)了預(yù)防(fáng)末端配(pèi)電故(gù)障和電氣火災的(dí)發生
，同(tóng)時出(chū)於(yú)成(chéng)本(běn)考慮(lǜ)
，需(xū)要(yào)一種(zhǒng)可(kě)以同時(shí)綜合治理(lǐ)的(dí)設備(bèi)
。

2.2 中性綫(xiàn)定(dìng)義(yì)及危(wēi)害

中性綫(xiàn)的(dí)定(dìng)義：三相(xiāng)電(diàn)的星形(xíng)接法(fǎ)是(shì)把(bǎ)每(měi)一相電源(yuán)或(huò)負載的一端都接(jiē)在中性點(diǎn)上
，將(jiāng)中性(xìng)點引出的這(zhè)條(tiáo)綫叫中性綫
，這(zhè)樣就形成三(sān)相(xiāng)四綫(xiàn)製或(huò)者五綫製(zhì)
。也(yě)可(kě)不(bù)引出
，形(xíng)成三相三(sān)綫(xiàn)製
。現在的低壓(yā)配電綫路(lù)
，采用(yòng)多的是(shì)三相四綫製
，其中的(dí)三(sān)條(tiáo)綫路(lù)分別用(yòng)A，B，C代(dài)表(biǎo)三相(xiāng)
，另一條中(zhōng)性(xìng)綫(xiàn)用N代表(biǎo)
。在(zài)三相(xiāng)四綫(xiàn)製或五綫製供(gōng)電(diàn)係統運行過(guò)程中(zhōng)
，中(zhōng)性(xìng)綫引發火災(zāi)事(shì)故(gù)主要通(tōng)過三種途徑(jìng)：

a.中性(xìng)綫(xiàn)長期過載導致(zhì)中性綫絕緣層(céng)老化
，後使得絕緣層(céng)燃燒(shāo)引發火災
；

b.中性(xìng)綫(xiàn)故障使(shǐ)中性綫(xiàn)開路
，導致(zhì)三相電嚴(yán)重(zhòng)不(bù)平衡
，燒毀(huǐ)電氣(qì)設備引發(fā)火災(zāi)
。

C.中性綫老(lǎo)化(huà)使(shǐ)綫(xiàn)路(lù)局部過熱
，中性(xìng)綫絕(jué)緣(yuán)層(céng)老化(huà)
，後使得絕(jué)緣層燃(rán)燒引發火災(zāi)
。

2.3 典(diǎn)型案例(lì)

2019年北(běi)京某商(shāng)場配電室(shì)起火
，事發(fā)時
，數千名(míng)購(gòu)物(wù)者(zhě)被緊(jǐn)急疏(shū)散(sàn)
，未造成(chéng)人員(yuán)傷亡
。事故原(yuán)因是由(yóu)於(yú)電網(wǎng)投入過多變頻空(kōng)調(tiáo)，LED照(zhào)明(míng)，LED電子屏(píng)幕(mù)等非綫性負載(zǎi)
，且多為單相設備
，存(cún)在嚴(yán)重的(dí)三相不平衡
，會(huì)導致(zhì)中性(xìng)綫電(diàn)流過大
，長期在(zài)此運行(háng)環(huán)境(jìng)下
，最(zuì)終造(zào)成綫纜(lǎn)絕緣層老化發(fā)熱起(qǐ)火
，釀成(chéng)火災(zāi)
。

3，設(shè)計依(yī)據(jù)

3.1 設計(jì)標準(zhǔn)

GB50054-2011《低壓配(pèi)電(diàn)設計(jì)規(guī)範》

GB17625.1-2012《電磁(cí)兼容限值諧(xié)波(bō)電流(liú)發射(shè)限值(設備(bèi)每(měi)相(xiāng)輸(shū)入(rù)電(diàn)流≤16A)》

GB/T17625.8-2015《電磁兼(jiān)容限(xiàn)值每相(xiāng)輸入電流大(dà)於16A小於(yú)等(děng)於(yú)75A連(lián)接到(dào)公用(yòng)低壓係統的設備產(chǎn)生(shēng)的諧波電(diàn)流限(xiàn)值(zhí)》

3.2 具(jù)體條例(lì)

在(zài)400V三(sān)相四綫(xiàn)製低(dī)壓(yā)配電係統(tǒng)中
，中性綫一(yī)般小(xiǎo)於等於相(xiāng)綫(xiàn)的綫(xiàn)徑
，而(ér)當(dāng)中性(xìng)綫中(zhōng)存在(zài)3N次諧波時
，中性(xìng)綫(xiàn)電流(liú)非常(cháng)容易(yì)超(chāo)過相綫(xiàn)電(diàn)流
。

GB50054-2011《低(dī)壓(yā)配(pèi)電設(shè)計規範(fàn)》

4，產品型號和尺寸

4.1 產(chǎn)品(pǐn)型號

4.3 產品(pǐn)尺寸(cùn)

5，技術參(cān)數(shù)

6，應用(yòng)案(àn)例

6.1 體(tǐ)育中(zhōng)心(xīn)

現場情(qíng)況：

該現場(cháng)為某體育中(zhōng)心(xīn)泛(fàn)光(guāng)照明供配(pèi)電係統(tǒng)
，選(xuǎn)擇(zé)10個測量(liáng)點(diǎn)測量(liáng)了(liǎo)電(diàn)參量(liáng)
，各(gè)個(gè)配(pèi)電箱總進綫端A/B/C三相電流(liú)

基本(běn)平(píng)衡(héng)
，各相(xiāng)電流有效(xiào)值不超過(guò)350A
，但(dàn)是(shì)N綫(xiàn)電(diàn)流有效(xiào)值(zhí)非常大(dà)
。總(zǒng)結當係統存在(zài)以(yǐ)下幾點(diǎn)問題：

（1）N綫(xiàn)電(diàn)流(liú)比(bǐ)相綫(xiàn)電流大(dà)1-1.7倍左(zuǒ)右
；

（2）N綫電流的(dí)主(zhǔ)要諧波頻(pín)次(cì)為3次諧波(bō)
，同時還存在(zài)其(qí)他(tā)3N次諧(xié)波和(hé)不(bù)平衡(héng)電(diàn)流(liú)
；

（3）3次諧(xié)波(bō)有效(xiào)值的3倍實(shí)際小(xiǎo)於(yú)N綫電流(liú)
，多出(chū)的這部分電(diàn)流成分暫時無法定性
；

（4）總電流(liú)畸變率都相對比(bǐ)較高
，而且從3次(cì)諧波的(dí)占(zhān)比看各個配(pèi)電(diàn)箱(xiāng)都沒(méi)有規律(lǜ)可循
；

（5）開(kāi)關電源型(xíng)負(fù)荷(hé)基波功(gōng)率因數cosφ為(wéi)容性(xìng)
，其(qí)值(zhí)未(wèi)知
，但從PF=P/S=COSφ/(sqrt(1+THDi*THDi))公(gōng)式不難發(fā)現(xiàn)
，隻要THDi減(jiǎn)小(xiǎo)
，就可(kě)以使(shǐ)全波功(gōng)率(shuài)因數(shù)PF相應(yīng)減小(xiǎo)
。

原因(yīn)分(fēn)析：

該(gāi)係(xì)統主(zhǔ)要負荷(hé)類型為開(kāi)關(guān)電源型
，開關電(diàn)源(yuán)型負荷(hé)有2大特點：

其一(yī)是電流有效值(zhí)分解後
，諧波電(diàn)流以3次諧(xié)波電流為(wéi)主
，畸變率一般在(zài)70%-120%之間
。例如單(dān)測(cè)一(yī)個(gè)5A的開(kāi)關電(diàn)源
，其3次(cì)諧波電(diàn)流畸(jī)變率可高(gāo)達120%左(zuǒ)右
。而(ér)隨(suí)著多個開關(guān)電源(yuán)的並聯(lián)
，3次諧(xié)波電(diàn)流(liú)有效值，總(zǒng)電(diàn)流(liú)有效值(zhí)都會變(biàn)大
，但是(shì)3次諧波電(diàn)流有(yǒu)效值在總電流有(yǒu)效值(zhí)內的占比會(huì)相(xiāng)應減(jiǎn)小(xiǎo)
，也(yě)就是總(zǒng)諧波電流(liú)畸變率(shuài)大小與(yǔ)並聯(lián)的開(kāi)關電(diàn)源數量呈負(fù)相(xiāng)關(guān)
，在70%-120%的範(fàn)圍內變化
；

其二(èr)是純(chún)開(kāi)關電(diàn)源(yuán)的無(wú)功特(tè)性(xìng)為容(róng)性無功(gōng)居(jū)多
，無(wú)功功(gōng)率分(fēn)為感性無(wú)功和(hé)容(róng)性無(wú)功
，常見的(dí)用(yòng)電負(fù)荷大部分(fēn)為(wéi)感(gǎn)性(xìng)負(fù)荷
，產生的無功為感性無(wú)功(gōng)
，一般(bān)采用主動投入電容器的方法(fǎ)
，通(tōng)過注(zhù)入(rù)容性無功(gōng)
，與(yǔ)係(xì)統(tǒng)中的(dí)感性無功(gōng)相抵消
，從(cóng)而(ér)達到補(bǔ)償(cháng)無功功(gōng)率，提高(gāo)功(gōng)率因數的(dí)目(mù)的(dí)
。但是開關電(diàn)源的無功本身屬於容(róng)性(xìng)無功(gōng)
，這(zhè)時(shí)候(hòu)如果主(zhǔ)動(dòng)投入電容器的(dí)話
，反而會(huì)使係(xì)統無功功率增(zēng)加(jiā)
，會(huì)出(chū)現(xiàn)功率因數(shù)急速(sù)降低(dī)的現象
。

另外(wài)
，理論(lùn)上講N相(xiāng)電流(liú)產生電(diàn)流的原(yuán)因(yīn)主要(yào)有(yǒu)兩(liǎng)方(fāng)麵原(yuán)因(yīn)：

一，A/B/C三相不(bù)平衡導致N綫(xiàn)上(shàng)有零序電(diàn)流(liú)的存在(zài)
；

二，相綫(xiàn)3N次(cì)諧(xié)波(bō)電流會在(zài)N綫(xiàn)上(shàng)疊加（例：A相(xiāng)上有10A的3次(cì)諧(xié)波電(diàn)流(liú)
，B相(xiāng)上(shàng)有(yǒu)20A的3次諧(xié)波電流
，C相(xiāng)上有(yǒu)5A的(dí)3次諧(xié)波(bō)電(diàn)流
，那麼N相上(shàng)會有10+20+5=35A的諧(xié)波電(diàn)流
；同(tóng)理9次諧波電(diàn)流，15次諧波(bō)電流等(děng)具(jù)有相(xiāng)同的特(tè)性(xìng)）
。所(suǒ)以(yǐ)實(shí)際測(cè)量數據的N綫電流遠(yuǎn)大(dà)於相綫(xiàn)電流
，這種現象(xiàng)在開(kāi)關電源(yuán)型(xíng)負荷(hé)中(zhōng)十(shí)分常(cháng)見
。如(rú)果此係統中全是(shì)3次諧(xié)波的話(huà)
，實(shí)測值(zhí)中諧(xié)波(bō)電流總畸變(biàn)率和3次諧(xié)波占(zhān)有率應該是非常(cháng)接(jiē)近(jìn)乃至相同的(dí)數值
，但是從(cóng)實測(cè)數據發(fā)現兩(liǎng)個(gè)值存在較大差異
，所以(yǐ)此係統的(dí)N相(xiāng)中(zhōng)不僅僅有(yǒu)3次諧波電(diàn)流(liú)
，還會(huì)有(yǒu)9次，15次，21次(cì)諧(xié)波以(yǐ)及(jí)三相不(bù)平衡(héng)等因(yīn)素的存(cún)在
。

方案(àn)選型(xíng)(以AL8為(wéi)例)：

淨化效(xiào)果：

如(rú)下圖所(suǒ)示
，根據治理方(fāng)案(àn)可得知
，此次我(wǒ)們(mén)需要測量的數(shù)據(jù)主要為N相電流及總(zǒng)畸(jī)變率
。下圖左上為監測點(diǎn)電流
，右(yòu)上(shàng)為對應電(diàn)流(liú)畸(jī)變率
。Irms1為相(xiāng)綫(xiàn)網(wǎng)側(cè)電(diàn)流
，2為(wéi)相綫負載(zǎi)電流
，3為(wéi)N相網(wǎng)側(cè)電(diàn)流(liú)
，4為(wéi)N相SNP發出電流
。看(kàn)圖(tú)可得(dé)
，體(tǐ)育(yù)中心AL8號箱(xiāng)子負載(zǎi)經(jīng)過SNP設備治理(lǐ)後
，相綫電(diàn)流從175A左右降(jiàng)到(dào)128A左(zuǒ)右
。SNP的零(líng)綫電流治理了274A的(dí)諧(xié)波(bō)後(hòu)
，N相網(wǎng)側(cè)電(diàn)流(liú)為(wéi)37A
。滿足對(duì)治理(lǐ)效(xiào)果的預期要求
。