在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)廠房作為核心場(chǎng)所，其電能質(zhì)量直接關(guān)系到生產(chǎn)的穩(wěn)定性、設(shè)備的可靠性以及產(chǎn)品的質(zhì)量。然而，非線性負(fù)載（如LED照明、計(jì)算機(jī)、UPS）和焊接設(shè)備等會(huì)產(chǎn)生3,5,7次諧波，諧波電流疊加導(dǎo)致中線電流過(guò)大，致導(dǎo)線過(guò)熱，加速絕緣老化，甚至引發(fā)火災(zāi)影響變壓器和配電設(shè)備的正常運(yùn)行。通過(guò)終端電氣綜合治理裝置——中線安防保護(hù)器對(duì)線路諧波進(jìn)行治理，從而降低中線電流對(duì)于保障工業(yè)生產(chǎn)的高效運(yùn)行具有重要意義。

N線電流影響

1線路發(fā)熱，加速絕緣老化，火災(zāi)危險(xiǎn)

N線電流過(guò)大，會(huì)使線路產(chǎn)生大量熱量，加速絕緣老化，縮短線路使用壽命，甚至可能使絕緣層熔化引發(fā)短路和火災(zāi).

2損壞電氣設(shè)備，三相電壓嚴(yán)重失衡

不平衡電流在N線產(chǎn)生的電壓降會(huì)使三相電壓不平衡加劇，導(dǎo)致部分設(shè)備電壓異常，影響設(shè)備正常運(yùn)行.

3影響計(jì)量準(zhǔn)確性

在三相四線制計(jì)量系統(tǒng)中，N線電流異常會(huì)使電能表計(jì)量出現(xiàn)偏差，給用戶和供電部門帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。

4引發(fā)保護(hù)裝置誤動(dòng)作

N線過(guò)流可能使剩余電流動(dòng)作保護(hù)器等保護(hù)裝置誤動(dòng)作，導(dǎo)致供電中斷，影響供電可靠性。

5觸電風(fēng)險(xiǎn)增加

正常時(shí)N線電位接近零，但電流過(guò)大時(shí)，N線可能出現(xiàn)較高電位，當(dāng)人體接觸與N線連接的設(shè)備外殼等部位時(shí)，會(huì)有觸電危險(xiǎn)。

6接地故障隱患

在TN系統(tǒng)中，N線電流過(guò)大可能使接地電阻上的電壓升高，擴(kuò)大故障影響范圍，增加人員觸電和設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)。

工業(yè)廠房的負(fù)載特征

在工業(yè)廠房中，通常會(huì)涉及高新儀器、精密測(cè)量設(shè)備、開關(guān)電源、整流逆變器、UPS/EPS等設(shè)備，這些都是較大的諧波源。特別是大量使用開關(guān)電源負(fù)載和LED燈的場(chǎng)所，由于其負(fù)載特性，會(huì)產(chǎn)生明顯的3次、5次和7次諧波。其中，3次諧波電流的疊加會(huì)導(dǎo)致中線電流過(guò)大，可能引發(fā)過(guò)熱甚至火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，因此需要及時(shí)采取治理措施，以確保電能質(zhì)量和設(shè)備安全運(yùn)行。

● 變頻器：將固定頻率的交流電變換成頻率、電壓連續(xù)可調(diào)的交流電，供給電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻器是典型的非線性負(fù)載，目前，絕大部分變頻器的整流環(huán)節(jié)都是應(yīng)用6脈沖整流，所產(chǎn)生的諧波以5次、7次、11次為主。

● 整流器：整流器在工作時(shí)，會(huì)將輸入的正弦交流電進(jìn)行 “切割” 和 “變換”，由于其非線性的工作特性，使得輸出的直流電中包含了以5、7次諧波為主的諧波電流。

● 電焊機(jī)：利用正負(fù)兩極在瞬間短路時(shí)產(chǎn)生的高溫電弧來(lái)熔化電焊條上的焊料和被焊材料。具有很強(qiáng)的非線性特性，在焊接起弧和焊接過(guò)程中，電流變化大，會(huì)產(chǎn)生大量諧波，其中以 3 次、5 次、7 次、11 次和 13 次諧波較為突出。

● 計(jì)算機(jī)及服務(wù)器：內(nèi)部電源采用開關(guān)電源技術(shù)，其電流與電壓關(guān)系呈非線性。計(jì)算機(jī)在開機(jī)、運(yùn)行不同程序等過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一定的諧波電流，且對(duì)電源的穩(wěn)定性和質(zhì)量要求較高。

● LED燈：需要通過(guò)驅(qū)動(dòng)器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電來(lái)驅(qū)動(dòng) LED 芯片發(fā)光。LED 燈的驅(qū)動(dòng)器會(huì)使其呈現(xiàn)非線性特性，在不同的亮度調(diào)節(jié)下，電流和功率變化不呈線性關(guān)系，可能會(huì)產(chǎn)生諧波，影響電網(wǎng)質(zhì)量。

應(yīng)用案例

案例一

深圳某商業(yè)中心主要涉及負(fù)載有電梯、LED燈組（數(shù)量較多）， LED屏，空調(diào)，照明等，導(dǎo)致開關(guān)出現(xiàn)溫度異常，N線電流過(guò)大的問(wèn)題，影響了負(fù)載的用電安全。現(xiàn)場(chǎng)22個(gè)末端治理點(diǎn)位，以某個(gè)末端樓層配電間為例進(jìn)行N線治理測(cè)試。

N線產(chǎn)生電流的原因主要有兩方面：

1）A/B/C三相不平衡導(dǎo)致N線上有零序電流的存在；

2）相線3N次諧波電流會(huì)在N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，N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）。

治理前

治理后

設(shè)備配置:1臺(tái)ANSNP100壁掛模塊

治理效果：

電流畸變率顯著減小，電流波形趨于正弦波

N線電流減小。3次諧波電流由治理之前的125A降低到5A左右，ANSNP對(duì)于N線電流中3次諧波的治理能力補(bǔ)償率在96%及以上，符合前期預(yù)期的治理要求；

減少線纜發(fā)熱。

案例二

江蘇某制造企業(yè)由于存在大量的LED照明燈具和可控硅調(diào)功器控制的電加熱設(shè)備致使產(chǎn)生大量的3次諧波，N線電流最大可達(dá)500A左右，線纜和斷路器發(fā)熱異常，現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)設(shè)備受到嚴(yán)重影響，生產(chǎn)效率下降。現(xiàn)場(chǎng)18個(gè)末端治理點(diǎn)位，以某個(gè)末端配電箱為例進(jìn)行N線治理測(cè)試。

現(xiàn)場(chǎng)情況：加熱管投入運(yùn)行少，功率小，電流小，此時(shí)N線電流120A左右；加熱管投入運(yùn)行多，35%功率運(yùn)行，N線電流較大，可達(dá)480A左右。

設(shè)備配置:1臺(tái)ANSNP100壁掛模塊

治理效果：

N線電流減小。3次和9諧波電流由治理之前的109.86A和35.66A降低到3.95和3.3A，ANSNP對(duì)于N線電流中3次諧波的治理能力補(bǔ)償率在97%及以上，符合前期預(yù)期的治理要求；線纜和斷路器的溫度降低

上述中線治理前后的數(shù)據(jù)可以看到，治理前中線電流中3次諧波為109A左右，治理后中線剩余3次諧波為 3A左右，ANSNP 對(duì)于中線電流中3次諧波的治理能力補(bǔ)償率在 97%及以上，符合前期預(yù)期的治理要求，設(shè)備的中線電流治理能力效果較好。

ANSNP 系列中線安防保護(hù)器并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)?dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補(bǔ)償。中線安防保護(hù)器的基本原理為:通過(guò)電流檢測(cè)環(huán)節(jié)采集系統(tǒng)中性線上過(guò)電流信息，經(jīng)控制器快速計(jì)算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過(guò)功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與過(guò)電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流，并注入中性線，從而消除中性線中過(guò)大的電流。

總結(jié)

綜上所述，中線安防保護(hù)器在工業(yè)廠房和現(xiàn)代電力系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。隨著非線性負(fù)載的廣泛應(yīng)用，3次諧波電流疊加導(dǎo)致的中性線電流過(guò)載問(wèn)題日益突出，不僅威脅設(shè)備安全，還可能引發(fā)火災(zāi)等嚴(yán)重事故，同時(shí)造成電能消耗增加、設(shè)備故障以及使用壽命縮短等問(wèn)題，直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)巨大。中線安防保護(hù)器通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和限制中性線電流，有效解決了這一問(wèn)題，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

審核編輯 黃宇