一. 背 景

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。

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(guó)共統(tǒng)計(jì)火災(zāi)38.9萬(wàn)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(wàn)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。

二. N線電流的影響

三. 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?，F(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:

a. 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);

b. 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);

c. 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)。

四. 中線安防保護(hù)器的基本原理

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。

4.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

GB 50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 17625.1-2012《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/T 17625.8-2015《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》

在三相四線制低壓0.4kV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。

4.2 產(chǎn)品功能特點(diǎn)

a. 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線電流過大問題消除其造成的電氣火災(zāi)安全隱患;

b. 溫度檢測(cè); 末端配電系統(tǒng)智能穩(wěn)壓功能，漏電檢測(cè)，

c. 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，諧波電流突變的抑制功能;

d. 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。

e. 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能及手機(jī)APP交互功能（通過手機(jī)APP控制設(shè)備運(yùn)行啟停、參數(shù)設(shè)置和運(yùn)行數(shù)據(jù)查詢，方便運(yùn)維管理和操作。（設(shè)備自帶無(wú)線WiFi通訊，用于手機(jī)App近端監(jiān)控 ）。

4.2 中線安防保護(hù)器上圖示例

圖1 斷路器內(nèi)置于配電箱

圖2 斷路器外置于配電箱

注：若斷路器外置于配電箱，需要給斷路器加裝配電箱，其配電箱的尺寸參考下表。

4.3 產(chǎn)品實(shí)物照片和尺寸

4.4 技術(shù)參數(shù)

4.5 產(chǎn)品證書

五. ANSNP中線安防保護(hù)器應(yīng)用案例

5.1 某某體育中心N線治理項(xiàng)目

某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N線電流有效值非常大,N線電流是相線電流的1.7倍左右，總結(jié)當(dāng)前系統(tǒng)存在以下幾點(diǎn)問題:

(1) N電流是相線電流的1-1.7倍左右;

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

(3) 總電流諧波畸變率相對(duì)偏高;

(4) 非線性負(fù)荷(開關(guān)電源型)基波功率因數(shù)cos中為容性，若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):

(1)  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

(2)純開關(guān)電源的無(wú)功特性為容性無(wú)功居多，開關(guān)電源的無(wú)功本身屬于容性無(wú)功，如果主動(dòng)投入電容器的話，反而會(huì)使系統(tǒng)無(wú)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 :

(1)  A/B/C三相不平衡導(dǎo)致中性線上有零序電流的存在;

(2)  相線3N次諧波電流會(huì)在中性線上疊加。

方案選型（以AL6配電箱為例）

※凈化效果

如圖所示，需要測(cè)量的數(shù)據(jù)主要為N線電流及總諧波電流畸變率。圖左上為監(jiān)測(cè)點(diǎn)電流，右上為對(duì)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)電流，4為ANSNP發(fā)出電流，體育中心AL8號(hào)配電箱負(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(duì)治理效果的預(yù)期要求。

5.2 商業(yè)廣場(chǎng)N線治理項(xiàng)目

某商業(yè)廣場(chǎng)由于LED屏在工作過程中功率會(huì)不斷變化，導(dǎo)致N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N電流的波動(dòng)變化，變壓器間歇發(fā)出異響，現(xiàn)場(chǎng)母排和柜子之間的震動(dòng)聲響比較頻繁。

※ 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)LED屏亮度50%時(shí)變壓器測(cè)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，N線電流約為640A，3次諧波電流最大為242A，超過國(guó)標(biāo)《GB/T 14549-1993》中對(duì)應(yīng)規(guī)定的限值(62A);電壓畸變率A相為5.03%，超出國(guó)標(biāo)限值5%。根據(jù)LED亮度50%時(shí)末端配電箱測(cè)量數(shù)據(jù)可知，未端配電箱電流畸變率約為85%，總諧波電流約為 229A，N線電流約為438A，3次諧波電流最大為149A，超過國(guó)標(biāo)《GB/T 14549-1993》中對(duì)應(yīng)規(guī)定的限值(62A);電壓畸變率約為12%，超出國(guó)標(biāo)限值5%。

※ 方案選型

※ 凈化效果

如下表所示，經(jīng)過我們的SNP設(shè)備治理后，在LED屏亮度50%時(shí)，變壓器進(jìn)線側(cè)中性線電流從622A降到43A左右;LED屏配電箱中性線電流從438A降到32A左右，滿足對(duì)治理效果的預(yù)期要求。

六. ANSNP中線安防保護(hù)器-應(yīng)用場(chǎng)景

機(jī)場(chǎng)，體育館，影劇院:  照明燈光系統(tǒng)，音響系統(tǒng)；

學(xué)校，研究院:  精密實(shí)驗(yàn)室，機(jī)房，數(shù)據(jù)中心；

醫(yī)院: 醫(yī)用大型設(shè)備使用室,如手術(shù)室樓層，醫(yī)學(xué)成像檢驗(yàn)科，放療科等；

商業(yè)綜合體: 大型LED屏幕，舞臺(tái)調(diào)光系統(tǒng)，地下停車場(chǎng)充電樁區(qū)域 。

七. 結(jié) 語(yǔ) 

當(dāng)前，現(xiàn)代電力電子設(shè)備普及及三相不平衡問題，導(dǎo)致中性線電流過大，易引發(fā)絕緣層老化起火，電氣火災(zāi)占比高且中性線是重要起火源之一。安科瑞ANSNP中線安防保護(hù)器應(yīng)運(yùn)而生，它通過采集中性線諧波電流，計(jì)算并輸出反向補(bǔ)償電流消除過大電流，還能解決諧波污染、三相不平衡等問題。產(chǎn)品符合多項(xiàng)國(guó)標(biāo)，具備溫度檢測(cè)、智能穩(wěn)壓等功能，支持無(wú)線傳輸與手機(jī)APP操控。在體育中心、商業(yè)廣場(chǎng)等案例中，治理后中性線電流大幅下降，效果好，適用于機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院、商業(yè)綜合體等多類場(chǎng)景，可消除安全隱患、節(jié)能降耗并延長(zhǎng)設(shè)備壽命。