谐波电流引起零线电流偏大过热问题探讨

谐波电流引起零线电流～⋯一一偏大过热问题探讨福建省中心检验所EMC试验室萨本永摘要在计算机、电视机等电子设备集中使用的场合，零线电流偏大、过热，已引起人们关注。本文从具体事例分析产生这一现象的原因，并提出解决这一问题的思路。关键词三倍次谐波谐波电流零线当前，在一座大厦或一个小区集中使公司委托我所进行技术鉴定——分析原用数以百计的微型计算机、电视机等电子因，寻求对策。结合此次技术鉴定的工作实设备，已十分平常。工程技术人员发现在集践，本人写成以下文章，供大家参考。中使用这些电子设备的地方，三相四线制一、现场检查结果供电的负载尽管平衡，但零线电流仍然很1、该公司一般有200台左右计算机同大，有时达到100A以上致使零线发热，甚时工作，并有电子镇流器日光灯150只，铁至烧毁，造成事故。这种现象不符合一般的芯镇流器日光灯120只，用于照明。电工常识：“三相负载平衡时，零线电流趋2、检查供电线路、零线、计算机工作地于零”，令人不可思议。其实，在某些场合，线，未发现错接情况，手摸零线可感到发零线发热并不是因为偶然的技术性错误，热。穿管进入配电柜的零线截面积为而是负载的谐波电流引起的，研究和解决16mm2，相线截面积为32mm2。这个问题有其现实意义。3、对供电线路，用钳流 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 进行检测，测我省某金融公司迁入新址后，发现零试结果如表1。线电流过大、发热的现象。为安全起见，该从表1得知，该公司的三相电流基本表1相线电流(A)零线电流计算机工作检查地点用途(A)地电流(A)L^LBLcNE计算机供电7874771021．6主配电柜照明供电1010149，相等，三相负载基本平衡。但此时计算机供电电路的零线电流已达到102A。零线电流是相线电流的1．3倍，而零线截面积却是相线截面积的一半，这显然是不妥当的。18注：本文所关注的零线，为三相四线制中的零线，是指配电柜零线排到电力变压器中性点或零线地这一段输电线路。二、样品抽检情况为了查明零线电流偏大的原因，我们随寄鑫曩鼻翼。蓑、爨2DD7．2二又；8藏f$}v&￡三麓0；‘-。。“‘-万方数据机抽取了该公司正在使用的，某大公司生产的品牌计算机1套，电子镇流器日光灯和铁芯镇流器日光灯各1只。进行谐波电流等项目检测。表2检验依据为GBl7625．1—1998《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流≤16A)》。检验结果见表2。样品名称检验项目计算机电子镇流器日光灯铁芯镇流器日光灯消耗功率(w)95．035．443．9功率因素O．483O．9270．594基波电流(A)0．4360．1620．3342次O．OOOO．00l3次0．4290．03l0．0415次O．394O．0310．0107次0．3490．0190．006谐9次0．2950．020O．003波11次O．2360．018O．002电流13次0．1770．015O．002(A)15次0．1210．004O．00117次0．0730．0040．00119次0．0350．0110．00121次0．0140．0100．00l备注按GBl7625．1—1998要求，实测了2—39次谐波电流， 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 中仅列出较大的21次以下谐波电流值。从表2可以看出，计算机的谐波电流较大，尤其是3次谐波电流已可与基波电流相比拟。三个样品的电压和电流波形曲线见图1一图3。从图中可看出计算机和电子镇流器日光灯的电流波形畸变都很大。这是因为电子设备一般都有使交流变为直流的整流滤波电路。只有当交流“峰电压”高于整流电路中滤波电容端电压时，整流管才导通。滤波电容不断向电路供电，交流电源不断补充，因此形成“仅存正弦波顶部”的畸图2电子镇流器日光灯电压／电流波形图1计算机电压／电流波形图3铁芯镇流器日光灯电压／电流波形寄羡曩．曳冀蒸薰2DD7．2>‘、}So秘}ji羲}萋麓￡j{‘_。。“‘-42菩吾号o：宕．2．I19万方数据20变电流波形。这种波形畸变上下对称，用傅立叶函数展开，只有奇次谐波分量，无直流和偶次谐波分量，所以又称奇谐失真。三个样品的谐波电流检验曲线及限值曲线见图4～图6。o-5O．●●O．3苣AO．2量O．1O．OO．O●E盖o·02O．∞O．06O．¨暮主o·02O．OO5伯15∞25∞35柏图4计算机谐波电流值图5电子镇流器日光灯谐波电流值51015∞25∞∞柏图6铁芯镇流器日光灯谐波电流值三、技术分析零线电流偏大问题的原因何在?对于基波(50Hz)而言，三相平衡时零线电流为相线电流的矢量和，其值为零，这是无疑义的。但是当线路中存在谐波电流时，情况又如何呢?通过作图可得到较直观的认识。1．作图分析试将基波和三次谐波波形绘制如图7。图中IA、I趴I。为基波电流，I，A、I。B、I。。为三次谐波电流。圈7基波和三次谓波波形图作图要点：(1)In超前IAl20。，Ic滞后IAl20。；(2)因三相负载平衡，所以IA=Ie=I。，13A=13B=13c；(3)在每个基波周期中，画出三次谐波3个周期；，(4)基波和三次谐波起始角相同，设为零(见a、b、c点)。零线电流为三相电流的矢量和，从图7可以直观地看出，对任何时间t：Io=IA+IB+Ic=0130=13A+13启+13c=313A即零线中基波电流为零，而零线中三次谐波电流为相线中该次谐波电流的三倍。但是，相线中其他次谐波电流矢量相加结果如何?用绘图是难以表达清楚的，以下用数学方法加以分析。2．数学分析根据电工基础知识，当三相负载平衡，即IA=Ie=Ic时，相线中基波电流用复数可表示为：窍是妻?皇磐蓑。寮2DD7．2Xl尊鑫{={j≥}v籁|；妻赫0{-VV-_‘-万方数据IA=I和≮厶=蹦‘十+120。)=厶∥120。厶=蹦‘Q一120。)_厶e—J120。因为当基波通过一个周期360。时，n次谐波则通过n个周基n·360。。因而相对基波超前或滞后120。，n次谐波则相应超前或滞后n·120。。又因为三相负载平衡时，相线中谐波电流值也相等，即I以=I。B=I西因此相线中谐波电流可表示为：I诅=l捌脚k=厶∥‘“Ⅷ20。)=乙沙120。厶c=厶ce『‘“刊20。)=Le一加1200应用复数计算法，可得出零线电流与相线电流之间如下关系式：L=厶+如+厶c=厶(1+砂㈨。+e一血120。)=L[1+cos(n120。)+南in(n1200)+cos(n120。)一，sin(n120。)]=乙[1+2cos(n120。)]当式中n的取值为整数、n≥O时，上式表示直流、基波及谐波分量的零线电流与相线电流之间的关系。为了进一步分析的需要，将n的集合分为3k，3k+1，3k+2三个子集(k为整数，k≥O)，艮口n∈{3k，3k+1，3k+2}。这样零线与相线电流间的关系，可以按以下三种情况分析：(1)当n=3k即n=O，3，6，9，15⋯⋯时厶o=，3M[1+2cos(3七×120。)]=13kA[1+2cos(k360。)]=厶M(1+2×1)=3厶M(2)当n=3l【+1即n=1，4，7，10，13，16．⋯·对厶o=，(3t+1n{1+2cos[(3尼+1)120。]}=，(3女+1¨[1+2eos(七360。+120。)]=J(3％+1)A(1+2cosl20。)=死。+1)。(1—2×去)=o安辫藜2DD7．2(3)当n=3k+2耳『]n=2，5，8，l1，14，17⋯⋯时厶o=，(3％+2)A{1+2cos[(3尼+2)120。]}=，(3＆+2)A[1+2cos(五360。+240。)]=，(3^+2)A(1+2cos240。)=死。+2)。(1—2×丢)=o经过以上推算得出如下结论：在三相四线制供电电路中，三相负载平衡时：(1)零线中直流和3倍次谐波电流(即0、3、6、9、12、15、18、21次⋯)为相线中直流和同次谐波电流的3倍。(2)零线上基波和其他次谐波电流(即l、2、4、5、7、8、10、11、13、14次⋯)为零。四、验证1．计算机供电电路的零线电流该公司使用的计算机各次谐波电流(有效值)检测结果见表2。其三倍次谐波电流为I，、I，、I。s、Iz-(21次以上谐波电流很小，略之)。已知该公司有200台左右计算机同时工作。为使三相平衡，假设每相负载66台计算机(共198台)，应用以上结论进行计算，电路中零线电流(有效值)为：厶=66托薅Fi瓯订再可瓦丁了瓣=66×3亿酊耳可了了瓦了可可≯=198牺1西巧百忑菇巧百1豇巧面丽j=106(A)注：由于各次谐波电流均为矢量，因此不能把零线中各次谐波电流简单地相加后作为零线电流。2．150只电子镇流器日光灯谐波形成的零线电流，o，-50×3厄面F可而歹而巧面可丽=5．76(4)120只铁芯镇流器日光灯谐波形成的零线电流为：21万方数据Ⅳ=40×3牺．面F而面浮可丌而可瓣=4．96(A)因此，照明电路零线电流为：，o=亿可厂玎蕊下=压可F可了孕=7．6(4)3．将理论计算值与表1中零线电流现场实测值作比较，见表3表3计算机电路零线电流照明电路零线电流项目(A)(A)现场实测1029理论计算1067．6可看出，理论计算与实、狈0结果基本相符。偏差原因为样品性能差异及实际上三相负荷不能完全平衡。五、结论1．一般配电设计人员或安装电工，在确定输电线截面积时，都是估算每相负载功率后，算出相线电流，以此选定相线截面积。而选定的零线截面积一般比相线截面积更小，但不小于一半，(主要考虑三相不平衡)。如本文示例中，零线截面积即为相线截面积的一半。由于计算机、电视机等一类电子设备，在零线中显著地存在3倍次谐波电流，因此在有此类设备集中使用的三相四线制供电地方，为减少零线发热、保护零线，零线的截面积不应小于相线截面积，应以1．5倍相线截面积为宜。这是以此类设备目前3倍次谐波电流仍较大为前提，如其3倍次谐波电流显著减少，则另当别论。另外，在配电工程施工时，应注意零线接头质量，减少接触电阻。接触不良往往是零线烧毁的直接原因。2．限制设备谐波电流的GBl7625．1一1998为强制性国家标准，已经实施。国内外计算机、电视机生产公司，为解决谐波电流问题，一般在电源输入口，采用铁芯电感扼流圈或“电子谐波矫正模块”二种方法。据笔者最近测试结果，采用“铁芯电感扼流圈”仅可勉强符合标准要求；而使用“电子谐波矫正模块”则可较显著地减少谐波电流分量。做得好，功率因数可达O．9以上，3次谐波电流为限值的百分之三十以下，但比前者成本略高些。笔者认为，从节省能源(节省无功损耗)、用电安全及减少电磁干扰方面考虑，应鼓励厂家生产较低谐波电流值的电子设备。计算机大量集中使用的关键地方，如银行、证券公司，在系统配置时，应选购具有较彻底降低谐波电流措施的计算机，以减少线路隐患。六、说明1、据测试，目前电视机的谐波电流状况与计算机类似。2、在本文中，为便于分析问题，根据鉴定对象的实际情况，将计算机主机和显示器作为一个整体进行测试，简称计算机。参考文献1、电工基础俞大光编人民教育出版社2、GBl7625．1—1998《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流≤16A)》22寄鑫曩鳝戆2DD7．2二人}8毫f尊}v＆菱黼(；i‘。。。。‘‘一万方数据