三相平衡时零线电流大原因是三次谐波作怪

在三相四线制的配电系统中,如果三相负荷平衡,零线中的电流应该很小,这是所有业内人士的共识。但是,越来越多的现象在颠覆这个观念。

例如,某建筑物四周的广告灯箱,采用电子镇流器的荧光灯照明。三相线路的负荷均衡,每相电流大约为90A,但是零线电流达到160A。

实际上,零线电流过大的现象现在越来越普遍。为什么三相电的负荷平衡,零线上却还是会出现电流,并且电流达到相线电流的150%以上呢?这是由于整流电路导致的。

图1的右图所示的是一个典型的单相整流电路,这种电路从电网吸取的电流为脉冲状,如图1的左图所示。

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当相线的电流波形为正弦波时,如果它们相差120°,并且幅度相同,在零线上矢量叠加的结果是总和为零。这是大家所熟悉的。

但是如果相线上的电流是脉冲状的,并且相差120°,则他们在零线上叠加的结果如图2所示,零线上的脉冲电流是相互错开的,无法抵消。数一下零线上的脉冲电流个数,在一个周期内有三个,因此零线上的电流是各相线电流的总和。按照电流有效值的算法,零线上的电流是相线电流数量的1.7倍。

如果整流电路的电流的脉宽大于60°,就会在中线上发生重叠现象,这时中线上的一部分电流发生抵消,实际的零线电流会小于相线电流的1.7倍。

整流电路输入的脉冲电流的宽度与整流电路中的滤波电容、负载的大小等因素有关。

图片

由于现在的电气负荷大多数为整流电路负载,因此即使三相负荷平衡,零线上也会有较大的电流。零线电流过大的危害十分严重,主要有两个方面的原因:

第一、零线的截面积并不比相线大,超过相线的电流必然会导致零线过热;

第二、零线上没有保险装置,不能象相线那样在过流的情况下自动断开。因此,零线上过大的电流造成了巨大的火灾隐患。

此问题的解决方法是,安装四级保护开关虽不能滤除谐波,但可对零线做保护。最好安装有源滤波器可清理三次谐波及高次谐波。

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