商场超市是广泛大量应用节能灯的场合,写字楼是办公场所,电脑等信息设备比较多,最近接到不少咨询的客户反映说零线电流过大,发热,跳闸,这些现象都是3次谐波导致的后果,3次谐波导致的主要后果包括:变压器过热、配电系统不稳定(频繁跳闸)、零线电流过大、对电子设备形成电磁干扰、污染电磁环境(导致人体亚健康状态)、增加能耗、导致零线过热等。
在3次谐波导致的各种危害当中,零线过热的问题最为严重。零线过热往往是现代建筑物中的火灾隐患。十几年前,欧美国家面临的状况与我国目前类似,零线过热导致的火灾十分常见。
电脑、节能灯等用电负荷与传统的负荷有什么不同呢?
它们从电网吸取的电流波形不同。传统的电气负荷从电网吸取的电流是正弦波,而电脑、节能灯等负荷从电网吸取的电流是脉冲状的电流,如图1所示。这种不从电网吸取正弦波电流的负荷称为非线性负荷。实际上,不仅电脑、节能灯从电网吸取的电流是脉冲状,任何包含整流电路的设备都吸取脉冲状的电流。现代建筑物中,这种负荷占了90%以上。这种脉冲状的电流波形中包含了丰富的高次谐波成分,其中最主要的是3次谐波成分。
图1 非线性负荷的电流波形与频谱
客户也问过这样的问题:为什么三相负荷平衡的状态下零线上仍然会有电流呢?
当负荷以电脑、节能灯等为主时,就会有这种现象。商超和写字楼正好是这两个产品用的比较多的地方。通过图2容易理解这种现象。图2所示的是A、B、C三条相线,零线N的电流波形关系。正弦波是传统负荷的电流波形,脉冲波形是非线性负荷的电流波形。
从图中可以看出,对于正弦波电流,任何时刻,三相电流在零线上的数值叠加结果为0。
如果是脉冲电流,在任何时刻,三条相线的电流在零线上并不会相互叠加而产生任何抵消的效果。从图中可以看出,零线上的电流脉冲数是相线上的电流脉冲数的3倍。根据电流有效值的计算方法,零线上的电流的有效值是相线电流有效值的1.73倍。
图2 脉冲状电流在零线上的叠加结果
怎样解决3次谐波电流带来的这些危害?
有两个思路。一个是加大配电系统的承受力,另一个是消除谐波电流。
第一个思路的具体措施包括:
①加大变压器的容量,使变压器在谐波电流存在的条件下,也不会过热。K因子变压器就是这种变压器,专门用在非线性负荷的条件下;
②增加零线的截面积,由于零线电流可以达到相线电流1.73倍,因此只要将零线的截面增大一倍,就可以防止零线过热;
③增加过流保护装置的容量,使其在脉冲电流的条件下不会动作。
显然,这些方法都是针对表面现象的,没有解决谐波电流的本质问题。
第二个思路是使用谐波滤波器消除谐波电流。传统的无源滤波器不适合单相整流电路类的非线性负荷。这是因为,传统的无源滤波器产生过大的容性无功,而非线性负荷不需要这些容性无功,这会导致无功过补,这是电网所不允许的。
有两种滤波器可以解决这个问题,一种是有源滤波器,另一种是零线谐波阻断器。
航天绿电NBF零线谐波阻断器是解决3次谐波电流危害的最佳方法。NBF安装简单,效果显著,具有最高的性价比。
安装NBF后能否起到节电的作用?
可以。NBF是少数的确实具有节电效果的电能质量控制设备之一。
节电与电能质量控制是两个容易混淆的概念。实际上,大部分电能质量控制设备几乎没有节电的效能。一些销售电能质量控制设备的公司,为了促进销售,把节电的效能强加于一些电能质量控制设备。这种宣传起到了很大的误导作用。
首先,大家需要建立的概念是,只有被浪费掉的电能才能够被节省。因此,要识别一种设备是否能够节电,主要看是否有浪费电能的情况,这种设备是否能够消除这种浪费情况。
3次谐波电流导致的电能浪费就是变压器、零线、相线的发热,这些热量都来自电能。如果减小了这些发热,就节省了电能。由于NBF能够消除这些现象,因此NBF具有节电的功效。具体节电多少,取决于系统的具体情况。安装NBF之前,变压器发热、电缆发热的情况越严重、电缆越长,安装NBF后节电的效果越显著,一般节电的程度在2~8%。