1、概述

社會經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展推動著通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)等的不斷進(jìn)步，在實際生產(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。

中線安防保護(hù)器的基本原理為:通過電流檢測環(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，實現(xiàn)消除中性線電流的目的。

2、產(chǎn)品設(shè)計的必要性

2.1 應(yīng)用背景

根據(jù)最近幾年的火災(zāi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，電氣火災(zāi)占據(jù)所有火災(zāi)的比例非常高。2018年全年全國共統(tǒng)

計火災(zāi)38.9萬起，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（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。

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(fù)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(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)運行過程中，中性線引發(fā)火災(zāi)事故主要通過三種途徑：

※中性線長期過載導(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)；

※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)。

※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)。

2.3 相關(guān)事件

2019年北京某商場配電室起火，事發(fā)時，數(shù)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(wǎng)投入過多變頻空調(diào)、LED 照明、LED電子屏幕等非線性負(fù)載，且多為單相設(shè)備，存在嚴(yán)重的三相不平衡，會導(dǎo)致中性用電多為單相負(fù)荷，容易導(dǎo)致中性線中存在大量線電流過大，長期在此運行環(huán)境下，最終造成零序電流，引起配電柜中中性線母排老化起火，線纜絕緣層老化發(fā)熱起火，釀成火災(zāi)。

3、設(shè)計依據(jù)

3.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

GB 50054-2011《低壓配電設(shè)計規(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》

3.2 中線安防保護(hù)器上圖示例

4、產(chǎn)品型號及尺寸

4.1 產(chǎn)品型號

4.2 模塊接口示意

4.3 產(chǎn)品尺寸

5、技術(shù)參數(shù)

5.1 中線安防保護(hù)器

5.2 終端綜合治理裝置

6、應(yīng)用案例

6.1 體育中心

現(xiàn)場情況：

該現(xiàn)場為某體育中心泛光照明供配電系統(tǒng)，選擇10個測量點測量了電參量，各個配電箱總進(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，但是中性線電流有效值非常大。總結(jié)

當(dāng)前系統(tǒng)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(guī)律可循；

（5）開關(guān)電源型負(fù)荷基波功率因數(shù)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(shù)PF會相應(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：

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(guān)電源，其3次諧波電流畸變率可高達(dá)120%左右。而隨著多個開關(guān)電源的并聯(lián)，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(nèi)的

占比會相應(yīng)減小，也就是總諧波電流畸變率大小與并聯(lián)的開關(guān)電源數(shù)量呈負(fù)相關(guān)，在70%-120%的

范圍內(nèi)變化；

其二是純開關(guān)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(fù)荷大部分為感性負(fù)荷，產(chǎn)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(tǒng)中的感性無功相抵消，從而達(dá)到補(bǔ)償無功功率、提高功率因數(shù)的目的。但是

開關(guān)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(tǒng)無功功率增加，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：

其一是A/B/C三相不平衡導(dǎo)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(shù)據(jù)的中性線電流遠(yuǎn)大于相線電流，

這種現(xiàn)象在開關(guān)電源型負(fù)荷中十分常見。如果此系統(tǒng)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(yīng)該是非常接近的數(shù)值，但是從實測數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)兩個值存在較大差異，所以此

系統(tǒng)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。

6.2 家居廣場

現(xiàn)場情況：

該現(xiàn)場為某家居廣場，由于LED屏在工作過程中功率會不斷變化，導(dǎo)致中性線電流大小隨之變

化，配電間中性線發(fā)熱，配電箱溫度較高；隨著中性線電流的波動變化，變壓器間歇發(fā)出異響，

現(xiàn)場母排和柜子之間的震動聲響比較頻繁。

數(shù)據(jù)分析：

根據(jù)LED屏亮度50%時變壓器測量數(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，中性線電流約為622A，諧波電流的主要次數(shù)為3次，達(dá)到了242A，超過國標(biāo)《GB/T

14549-1993》中對應(yīng)規(guī)定的限值（62A）；電壓畸變率A相為5.03%，超出國標(biāo)限值5%。

根據(jù)LED亮度50%測量數(shù)據(jù)可知，就地測量LED屏的電流畸變率約為85%，總諧波電流約為

229A，中性線電流約為438A，諧波電流的主要次數(shù)為3次，超過國標(biāo)《GB/T 14549-1993》中對應(yīng)

規(guī)定的限值（62A）；電壓畸變率約為12%，超出國標(biāo)限值5%。諧波電流流入系統(tǒng)，會對系統(tǒng)和其

他設(shè)備的正常運行造成危害，建議及時進(jìn)行諧波治理，避免諧波危害。

方案選型

凈化效果：

如下表所示，經(jīng)過SNP設(shè)備治理后，在LED屏亮度50%時，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，滿足對治理效果的預(yù)期要求。

6.3 應(yīng)用領(lǐng)域

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

學(xué)校/研究院：精密實驗室，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)成像檢驗科，放療科等；

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

作者簡介：

安躍強(qiáng)，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為電氣火災(zāi)的現(xiàn)狀問題和防控對策。

審核編輯：符乾江