中線安防保護器 安科瑞電氣股份有限公司 ACREL CO.,LTD & 終端綜合治理裝置

1、概述 

        社會經濟和科技的發展推動著通信技術、計算機技術、光電技術等的不斷進步，在實際生產 和生活中現代電力電子設備、變頻空調、LED屏、計算機、數字辦公設備以及通信設備等被廣泛應 用，這些設備和裝置的使用以及三相不平衡等問題的存在會導致中性線電流過大，容易造成中性 線絕緣層老化起火從而引發火災，存在較大的安全隱患。針對這樣的情況，我司新型的ANSNP中線 安防保護器可有效消除過大的中性線電流，同時解決諧波污染嚴重、三相不平衡、功率因數低等 電能質量問題。

      中線安防保護器的基本原理為:通過電流檢測環節采集系統中性線上各次諧波電流，經控制器 快速計算并提取各次諧波電流的含量，生成諧波電流指令，通過功率執行器件輸出與諧波電流幅 值相等方向相反的補償電流，補償電流注入中性線，實現消除中性線電流的目的。

2、產品設計的必要性

2.1 應用背景

      根據最近幾年的火災數據統計，電氣火災占據所有火災的比例非常高。2018年全年全國共統 計火災38.9萬起，死亡2113人，受傷1637人。電氣火災比例最高，違反電氣安裝使用規定等引發 的火災共11.6萬起，死亡745人，受傷538人，分別占總數的29.7%、35.3%和32.9%。其中電氣線路 是電氣火災中最主要的起火源，所占的比例高達60%以上，是防范的重點（公安部消防局， 2010)。其中由于中性線導致的起火數量占有不小比例，所以治理中性線電流過大問題是非常有必 要的。

2.2 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載的一端都接在中性點上，將中性點 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。現 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運行過程中，中性線引發火災事故主要通過三種途徑： 

※中性線長期過載導致中性線絕緣層老化，最后使得絕緣層燃燒引發火災；

※中性線故障使中性線開路，導致三相電嚴重不平衡，燒毀電氣設備引發火災。

※中性線老化使線路局部過熱，導致中性線絕緣層老化，最后使得絕緣層燃燒引發火災。

2.3 相關事件 

       2016年某電影院大樓發生大火，過火面積達 到500多平方米，直接經濟損失達千萬元，所幸 無人員傷亡。事后調查起因，該配電室變壓器下 主要負載為音響、放映設備和節能照明燈等，且 用電多為單相負荷，容易導致中性線中存在大量 零序電流，引起配電柜中中性線母排老化起火， 造成事故。

      2019年北京某商場配電室起火，事發時， 數千名購物者被緊急疏散，未造成人員傷亡。 事故原因是由于電網投入過多變頻空調、LED 照明、LED電子屏幕等非線性負載，且多為單 相設備，存在嚴重的三相不平衡，會導致中性 線電流過大，長期在此運行環境下，最終造成 線纜絕緣層老化發熱起火，釀成火災。

3 模塊接口示意

產品尺寸

4、技術參數 

4.1 中線安防保護器

終端綜合治理裝置

5、應用案例 

5.1 體育中心 

現場情況：

該現場為某體育中心泛光照明供配電系統，選擇10個測量點測量了電參量，各個配電箱總進 線端A/B/C三相電流基本平衡，各相電流有效值不超過350A，但是中性線電流有效值非常大。

總結 當前系統存在以下幾點問題： 

（1）中性線電流是相線電流的1-1.7倍左右； 

（2）中性線電流的主要諧波頻次為3次諧波電流，同時還存在其他3N次諧波和不平衡電流； 

（3）3次諧波電流有效值的3倍實際小于中性線電流，多出的部分其電流成分暫時無法定性； 

（4）總諧波電流畸變率相對偏高，從3次諧波的占比可以看出各個配電箱沒有規律可循；

（5）開關電源型負荷基波功率因數cosφ為容性，由PF=P/S=COSφ/(sqrt(1+THDi*THDi))公 式可知，THDi減小，全波功率因數PF會相應增大。

原因分析：

    該系統主要負荷類型為開關電源型，開關電源型負荷有2大特點：

其一是電流有效值分解后，諧波電流以3次諧波電流為主，THDi一般在70%-120%之間。

例如

單 測一個5A的開關電源，其3次諧波電流畸變率可高達120%左右。而隨著多個開關電源的并聯，

總電流有效值、3次諧波電流有效值都會變大，但是3次諧波電流有效值在總電流有效值內的 占比會相應減小，也就是總諧波電流畸變率大小與并聯的開關電源數量呈負相關，在70%-120%的 范圍內變化；

其二是純開關電源的無功特性為容性無功居多，無功功率分為感性無功和容性無功，常見的 用電負荷大部分為感性負荷，產生的無功為感性無功，一般采用主動投入電容器的方法，通過注 入容性無功，與系統中的感性無功相抵消，從而達到補償無功功率、提高功率因數的目的。

但是 開關電源的無功本身屬于容性無功，如果主動投入電容器的話，反而會使系統無功功率增加，出 現功率因數急速降低的現象。 

     另外，理論上講中性線產生電流的原因主要有兩方面： 

     其一是A/B/C三相不平衡導致中性線上有零序電流的存在；

     其二是相線3N次諧波電流會在中性線上疊加（例：A相上有10A的3次諧波電流，B相上有20A的 3次諧波電流，C相上有5A的3次諧波電流，中性線上會有10+20+5=35A的諧波電流；同理9次諧波 電流、15次諧波電流等都具有相同的特性）。

    所以實際測量數據的中性線電流遠大于相線電流， 這種現象在開關電源型負荷中十分常見。如果此系統中全是3次諧波，實測中諧波電流總畸變率 和3次諧波占有率應該是非常接近的數值，但是從實測數據中發現兩個值存在較大差異，所以此 系統的中性線上不僅僅有3次諧波電流，還會有9次、15次、21次諧波電流以及三相不平衡等因素 的存在