新聞中心

安科瑞中線安防中性線熱故障和火災(zāi)問題探討

發(fā)布時(shí)間：2022-04-06瀏覽次數(shù)：0

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)備和裝置的使用會(huì)引起線路諧波電流過大和三相不平衡等問題，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。

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

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。

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

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不引出，形成三相三線制?，F(xiàn)在的低壓配電線路，采用最多的是=相四線制，其中的三條線路分別用ABC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)致中性絕緣層老化，最后使得絕緣層燃燒引發(fā)火災(zāi)。

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

2.3 相關(guān)事件

2019年北京某商場配電室起火，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)。

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

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。

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

3. 設(shè)計(jì)依據(jù)

3.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

GB50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB176251-2012《電磁兼容限值諧波電流發(fā)射限值(設(shè)備每相輸入電流≤16A)》 GB/T176258-2015《電磁兼容限值每相輸入電流大于16A小于等于75A連接到公用低壓系統(tǒng)的設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流限值》

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

3.2 具體條例

在三相四線制低壓04kV配電系統(tǒng)中，中性線一般小于等于相線的線徑，而當(dāng)中性線中存在3N 次諧波時(shí)，中性線電流非常容易超過相線電流 *GB50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》 3.2.6當(dāng)電纜沿敷路徑中各場所的散熱條件不相同時(shí)，電纜的散熱條件應(yīng)按最不利的場所確定

3.2.7符合下列情況之一的線路，中性導(dǎo)體的截面應(yīng)與相導(dǎo)體的截面相同

1)單相兩線制線路; 2)銅相導(dǎo)體截面小于等于16mm或鋁相導(dǎo)體截面小于等于25mm的三相四線線路。 3.28符合下列條件的線路中性導(dǎo)體截面可小于相導(dǎo)體截面:

1)銅相導(dǎo)體截面大于16mm或鋁相導(dǎo)體截面大于25mm2: 2)銅中性導(dǎo)體截面大于等于16mm或鋁中性導(dǎo)體截面大于等于25mm2 3)當(dāng)正常工作時(shí)，包括諧波電流在內(nèi)的中性導(dǎo)體預(yù)期最大電流小于等于中性導(dǎo)的允許載流量:

4)中性導(dǎo)體已進(jìn)行了過電流保護(hù)。 3.2.9在三相四線制線路中存在諧波電流時(shí)，計(jì)算中性導(dǎo)體的電流應(yīng)計(jì)入諧波電流的效應(yīng)。當(dāng)中性導(dǎo)體電流大于相導(dǎo)體電流時(shí)，電纜相導(dǎo)體截面應(yīng)按中性導(dǎo)體電流選擇。

3.3中線安防保護(hù)器上圖示例

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

4. 產(chǎn)品型號及尺寸

4.1 產(chǎn)品型號

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

4.2 模塊接口示意

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

4.3 產(chǎn)品尺寸

........

..............................................

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

5. 技術(shù)參數(shù)

5.1 中線安防保護(hù)器

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

5.2 終端綜合治理裝置

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

6.應(yīng)用案例

6.1體育中心

現(xiàn)場情況: 該現(xiàn)場為某體育中心泛光照明供配電系統(tǒng)，選擇10個(gè)測量點(diǎn)測量了電參量，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?？偨Y(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)cos中為容性，由PF=P/S=COS 中/ (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。

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

※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。

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

※凈化效果如下圖所示，根據(jù)治理方案可知，此次我們需要測量的數(shù)據(jù)主要為中性線電流及總諧波電流畸變率。下圖左上為監(jiān)測點(diǎn)電流，右上為對應(yīng)電流畸變率。Irms1為相線網(wǎng)側(cè)電流，2為相線負(fù)載電流，3為中性線網(wǎng)側(cè)申流，4為ANSNP發(fā)出電流。體育中心AL8號箱子負(fù)載經(jīng)過ANSNP設(shè)備治理后，相線電流從175A左右降到128A左右。ANSNP設(shè)備輸出274A的補(bǔ)償電流，中性線電流經(jīng)過補(bǔ)償后在37A左右，滿足對治理效果的預(yù)期要求。

編輯

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

6.2家居廣場

現(xiàn)場情況該現(xiàn)場為某家居廣場，由于LED屏在工作過程中功率會(huì)不斷變化，導(dǎo)致中性線電流大小隨之變化，配電間中性線發(fā)熱，配電箱溫度較高;隨著中性線電流的波動(dòng)變化，變壓器間歇發(fā)出異響現(xiàn)場母排和柜子之間的震動(dòng)聲響比較頻繁。

編輯切換為居中

添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）

數(shù)據(jù)分析：根據(jù)LED屏亮度50%時(shí)變壓器測量數(shù)據(jù)可知，變壓器進(jìn)線側(cè)電流畸變率約為45%，總諧波電流約為295A，中性線電流約為622A，諧波電流的主要次數(shù)為3次，達(dá)到了242A，超過國標(biāo)《GB/T14549-1993》中對應(yīng)規(guī)定的限值(62A);電壓畸變率A相為5.03%，超出國標(biāo)限值5%。根據(jù)LED亮度50%測量數(shù)據(jù)可知，就地測量LED屏的電流畸變率約為85%，總諧波電流約為229A，中性線電流約為438A，諧波電流的主要次數(shù)為3次，超過國標(biāo)《GB/T14549-1993》中對應(yīng)規(guī)定的限(62A);電壓畸變率約為12%，超出國標(biāo)限值5%。諧波電流流入系統(tǒng)，會(huì)對系統(tǒng)和其他設(shè)備的正常運(yùn)行造成危害，建議及時(shí)進(jìn)行諧波治理，避免諧波危害。