安科瑞 王晶淼 咨詢(xún)家：Acrel-wjm

不知您是否曾有這樣的經(jīng)歷：在夜晚用電高峰時(shí)，家里的燈光忽然莫名變暗，而同一棟樓里，有的鄰居卻可能正在為電器突然損壞而煩惱。在數(shù)據(jù)中心或醫(yī)院，一次突如其來(lái)的電壓波動(dòng)，就可能導(dǎo)致服務(wù)器宕機(jī)或醫(yī)療設(shè)備失靈，造成難以估量的損失。

這些看似孤立的現(xiàn)象背后，往往隱藏著電力系統(tǒng)中一個(gè)常見(jiàn)且關(guān)鍵的問(wèn)題——三相負(fù)載不平衡及其導(dǎo)致的中性點(diǎn)電位偏移。在由單相負(fù)載較多的現(xiàn)代配電網(wǎng)絡(luò)（如居民區(qū)、商業(yè)樓宇）中，用電的隨機(jī)性與不均勻性易打破理想的三相平衡狀態(tài)。

一、理想情況（三相平衡）

在理想的三相平衡系統(tǒng)中：

三相負(fù)載完全對(duì)稱(chēng)，即各相阻抗大小相等，且相位互差120°。

三相電流大小相等，相位也互差120°。

此時(shí)三相電流的矢量和為零，零序電流為0。

根據(jù)基爾霍夫電流定律，流回電源中性點(diǎn)（N）的電流為零，因此中性線中沒(méi)有電流。

由于中性線無(wú)電流，在線路阻抗上不會(huì)產(chǎn)生壓降，負(fù)載中性點(diǎn)（O’）的電位與電源中性點(diǎn)（N）的電位相等，即通常所說(shuō)的“零電位”。

二、實(shí)際情況（三相不平衡）

當(dāng)三相負(fù)載不對(duì)稱(chēng)時(shí)（例如某一相接入過(guò)多單相設(shè)備）：

三相電流大小不再相等，相位差也可能偏離120°。

三相電流的矢量和不再為零，其不為零的部分即為零序電流。

該零序電流需通過(guò)路徑流回電源。在三相四線制系統(tǒng)中，此路徑即為中性線，因此中性線上開(kāi)始有電流流過(guò)。

中性線本身存在阻抗（電阻和感抗）。電流流過(guò)該阻抗時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電壓降（U = I × Z）。

該電壓降導(dǎo)致負(fù)載中性點(diǎn)（O’）的電位相對(duì)于電源中性點(diǎn)（N）發(fā)生偏移，兩者之間出現(xiàn)電位差，即 U_O'N = I_N × Z_N。

此時(shí)負(fù)載中性點(diǎn)（O’）的電位不再為零，這種現(xiàn)象稱(chēng)為中性點(diǎn)電位偏移（或稱(chēng)中性點(diǎn)漂移）。

三、帶來(lái)的影響與后果

中性點(diǎn)電位偏移會(huì)引發(fā)以下問(wèn)題：

1、各相負(fù)載電壓不穩(wěn)定

每相負(fù)載的實(shí)際電壓等于電源相電壓減去中性點(diǎn)偏移電壓。

負(fù)載較重的一相電流較大，會(huì)使中性點(diǎn)向該相的反方向偏移，導(dǎo)致該相負(fù)載電壓降低，可能引起欠壓，影響電器正常工作。

負(fù)載較輕的一相電壓則會(huì)升高，可能造成過(guò)壓，增加電器燒毀風(fēng)險(xiǎn)。

舉例：某居民樓若A相用電負(fù)荷大，C相用電負(fù)荷小，則A相電壓可能低于220V（燈光變暗），C相電壓可能高于240V（電器易損壞）。

2、增加線路損耗與火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)

中性線電流會(huì)產(chǎn)生熱量，增加線路損耗。嚴(yán)重不平衡時(shí)，中性線電流可能接近或超過(guò)相線電流。

若中性線因老化、接觸不良或過(guò)細(xì)而斷開(kāi)，負(fù)載中性點(diǎn)電位將嚴(yán)重漂移，可能導(dǎo)致大面積電器燒毀，危險(xiǎn)性很大。

3、影響設(shè)備正常運(yùn)行

對(duì)電壓敏感的設(shè)備（如醫(yī)療設(shè)備、服務(wù)器、實(shí)驗(yàn)室儀器等）可能因電壓波動(dòng)而工作異常或損壞。

4、變壓器容量與三相平衡的關(guān)系

變壓器容量不足并非中性點(diǎn)偏移的直接原因，但容量不足時(shí)系統(tǒng)更容易因負(fù)荷分配不均而出現(xiàn)三相不平衡，進(jìn)而引起相電壓異常。小容量變壓器帶載裕度小，若某相突發(fā)大負(fù)荷，會(huì)迅速破壞三相平衡。

5、中性點(diǎn)電位偏移與相電壓偏差

三相負(fù)載不平衡會(huì)導(dǎo)致中性線中出現(xiàn)零序電流，引起中性點(diǎn)電位偏離零電位。

中性點(diǎn)偏移后，負(fù)荷重的一相電壓降低，負(fù)荷輕的一相電壓升高，表現(xiàn)為相電壓偏離額定值。

6、中性線可靠性的重要性

中性線若接觸不良或斷路，會(huì)急劇加劇中性點(diǎn)偏移，在380V系統(tǒng)中甚至可能導(dǎo)致某相電壓接近線電壓（380V），引發(fā)設(shè)備大面積燒毀。

四、ANSNP系列中線安防保護(hù)器

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(guò)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。

產(chǎn)品功能

● 對(duì)末端回路電流進(jìn)行檢測(cè)、分析，治理諧波及三相不平衡，可治理由3N次諧波和三相不平衡造成的N線電流過(guò)大問(wèn)題，消除其造成的電氣火災(zāi)安全隱患；

● 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)N線電流治理，同時(shí)具備諧波電流、無(wú)功功率、雜散電流、系統(tǒng)電流突變，諧波電流突變的遏制功能；

● 系統(tǒng)節(jié)能功能；降低系統(tǒng)線纜損耗,降低系統(tǒng)由于集膚效應(yīng)引起的損耗問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)綜合節(jié)能。同時(shí)可以提高系統(tǒng)的元件使用壽命，降低維修成本；

● 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能及手機(jī)APP交互功能。

產(chǎn)品證書(shū)

安防認(rèn)證、上電科型式試驗(yàn)

四、應(yīng)用案例

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。

治理前后對(duì)比

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。

審核編輯 黃宇