中線安防保護(hù)器 安科瑞電氣股份有限公司 ACREL CO.,LTD & 終端綜合治理裝置

1、概述 

        社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展推動(dòng)著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)等的不斷進(jìn)步，在實(shí)際生產(chǎn) 和生活中現(xiàn)代電力電子設(shè)備、變頻空調(diào)、LED屏、計(jì)算機(jī)、數(shù)字辦公設(shè)備以及通信設(shè)備等被廣泛應(yīng) 用，這些設(shè)備和裝置的使用以及三相不平衡等問題的存在會(huì)導(dǎo)致中性線電流過大，容易造成中性 線絕緣層老化起火從而引發(fā)火災(zāi)，存在較大的安全隱患。針對(duì)這樣的情況，我司新型的ANSNP中線 安防保護(hù)器可有效消除過大的中性線電流，同時(shí)解決諧波污染嚴(yán)重、三相不平衡、功率因數(shù)低等 電能質(zhì)量問題。

      中線安防保護(hù)器的基本原理為:通過電流檢測(cè)環(huán)節(jié)采集系統(tǒng)中性線上各次諧波電流，經(jīng)控制器 快速計(jì)算并提取各次諧波電流的含量，生成諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件輸出與諧波電流幅 值相等方向相反的補(bǔ)償電流，補(bǔ)償電流注入中性線，實(shí)現(xiàn)消除中性線電流的目的。

2、產(chǎn)品設(shè)計(jì)的必要性

2.1 應(yīng)用背景

      根據(jù)最近幾年的火災(zāi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，電氣火災(zāi)占據(jù)所有火災(zāi)的比例非常高。2018年全年全國共統(tǒng) 計(jì)火災(zāi)38.9萬起，死亡2113人，受傷1637人。電氣火災(zāi)比例最高，違反電氣安裝使用規(guī)定等引發(fā) 的火災(zāi)共11.6萬起，死亡745人，受傷538人，分別占總數(shù)的29.7%、35.3%和32.9%。其中電氣線路 是電氣火災(zāi)中最主要的起火源，所占的比例高達(dá)60%以上，是防范的重點(diǎn)（公安部消防局， 2010)。其中由于中性線導(dǎo)致的起火數(shù)量占有不小比例，所以治理中性線電流過大問題是非常有必 要的。

2.2 中性線定義及危害

      中性線的定義：三相電的星形接法是把每一相電源或負(fù)載的一端都接在中性點(diǎn)上，將中性點(diǎn) 引出的這條線叫中性線，這樣就形成三相四線制或者五線制。也可不引出，形成三相三線制。現(xiàn) 在的低壓配電線路，采用最多的是三相四線制，其中的三條線路分別用A、B、C代表三相，另一條 中性線用N代表。

在三相四線制或五線制供電系統(tǒng)運(yùn)行過程中，中性線引發(fā)火災(zāi)事故主要通過三種途徑： 

※中性線長(zhǎng)期過載導(dǎo)致中性線絕緣層老化，最后使得絕緣層燃燒引發(fā)火災(zāi)；

※中性線故障使中性線開路，導(dǎo)致三相電嚴(yán)重不平衡，燒毀電氣設(shè)備引發(fā)火災(zāi)。

※中性線老化使線路局部過熱，導(dǎo)致中性線絕緣層老化，最后使得絕緣層燃燒引發(fā)火災(zāi)。

2.3 相關(guān)事件 

       2016年某電影院大樓發(fā)生大火，過火面積達(dá) 到500多平方米，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)千萬元，所幸 無人員傷亡。事后調(diào)查起因，該配電室變壓器下 主要負(fù)載為音響、放映設(shè)備和節(jié)能照明燈等，且 用電多為單相負(fù)荷，容易導(dǎo)致中性線中存在大量 零序電流，引起配電柜中中性線母排老化起火， 造成事故。

      2019年北京某商場(chǎng)配電室起火，事發(fā)時(shí)， 數(shù)千名購物者被緊急疏散，未造成人員傷亡。 事故原因是由于電網(wǎng)投入過多變頻空調(diào)、LED 照明、LED電子屏幕等非線性負(fù)載，且多為單 相設(shè)備，存在嚴(yán)重的三相不平衡，會(huì)導(dǎo)致中性 線電流過大，長(zhǎng)期在此運(yùn)行環(huán)境下，最終造成 線纜絕緣層老化發(fā)熱起火，釀成火災(zāi)。

3 模塊接口示意

產(chǎn)品尺寸

4、技術(shù)參數(shù) 

4.1 中線安防保護(hù)器

終端綜合治理裝置

5、應(yīng)用案例 

5.1 體育中心 

現(xiàn)場(chǎng)情況：

該現(xiàn)場(chǎng)為某體育中心泛光照明供配電系統(tǒng)，選擇10個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量了電參量，各個(gè)配電箱總進(jìn) 線端A/B/C三相電流基本平衡，各相電流有效值不超過350A，但是中性線電流有效值非常大。

總結(jié) 當(dāng)前系統(tǒng)存在以下幾點(diǎn)問題： 

（1）中性線電流是相線電流的1-1.7倍左右； 

（2）中性線電流的主要諧波頻次為3次諧波電流，同時(shí)還存在其他3N次諧波和不平衡電流； 

（3）3次諧波電流有效值的3倍實(shí)際小于中性線電流，多出的部分其電流成分暫時(shí)無法定性； 

（4）總諧波電流畸變率相對(duì)偏高，從3次諧波的占比可以看出各個(gè)配電箱沒有規(guī)律可循；

（5）開關(guān)電源型負(fù)荷基波功率因數(shù)cosφ為容性，由PF=P/S=COSφ/(sqrt(1+THDi*THDi))公 式可知，THDi減小，全波功率因數(shù)PF會(huì)相應(yīng)增大。

原因分析：

    該系統(tǒng)主要負(fù)荷類型為開關(guān)電源型，開關(guān)電源型負(fù)荷有2大特點(diǎn)：

其一是電流有效值分解后，諧波電流以3次諧波電流為主，THDi一般在70%-120%之間。

例如

單 測(cè)一個(gè)5A的開關(guān)電源，其3次諧波電流畸變率可高達(dá)120%左右。而隨著多個(gè)開關(guān)電源的并聯(lián)，

總電流有效值、3次諧波電流有效值都會(huì)變大，但是3次諧波電流有效值在總電流有效值內(nèi)的 占比會(huì)相應(yīng)減小，也就是總諧波電流畸變率大小與并聯(lián)的開關(guān)電源數(shù)量呈負(fù)相關(guān)，在70%-120%的 范圍內(nèi)變化；

其二是純開關(guān)電源的無功特性為容性無功居多，無功功率分為感性無功和容性無功，常見的 用電負(fù)荷大部分為感性負(fù)荷，產(chǎn)生的無功為感性無功，一般采用主動(dòng)投入電容器的方法，通過注 入容性無功，與系統(tǒng)中的感性無功相抵消，從而達(dá)到補(bǔ)償無功功率、提高功率因數(shù)的目的。

但是 開關(guān)電源的無功本身屬于容性無功，如果主動(dòng)投入電容器的話，反而會(huì)使系統(tǒng)無功功率增加，出 現(xiàn)功率因數(shù)急速降低的現(xiàn)象。 

     另外，理論上講中性線產(chǎn)生電流的原因主要有兩方面： 

     其一是A/B/C三相不平衡導(dǎo)致中性線上有零序電流的存在；

     其二是相線3N次諧波電流會(huì)在中性線上疊加（例：A相上有10A的3次諧波電流，B相上有20A的 3次諧波電流，C相上有5A的3次諧波電流，中性線上會(huì)有10+20+5=35A的諧波電流；同理9次諧波 電流、15次諧波電流等都具有相同的特性）。

    所以實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的中性線電流遠(yuǎn)大于相線電流， 這種現(xiàn)象在開關(guān)電源型負(fù)荷中十分常見。如果此系統(tǒng)中全是3次諧波，實(shí)測(cè)中諧波電流總畸變率 和3次諧波占有率應(yīng)該是非常接近的數(shù)值，但是從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)值存在較大差異，所以此 系統(tǒng)的中性線上不僅僅有3次諧波電流，還會(huì)有9次、15次、21次諧波電流以及三相不平衡等因素 的存在