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为什么三相平衡时零线上还有电流?

日期:2019-9-19 9:45:00  人气指数:158
在三相四线制的配电系统中,如果三相负荷平衡,零线中的电流应该很小,这是所有业内人士的共识。但是,越来越多的现象在颠覆这个观念。

例如,某建筑物四周的广告灯箱,采用电子镇流器的荧光灯照明。三相线路的负荷均衡,每相电流大约为90A,但是零线电流达到160A。

实际上,零线电流过大的现象现在越来越普遍。为什么三相电的负荷平衡,零线上却还是会出现电流,并且电流达到相线电流的150%以上呢?这是由于整流电路导致的。

图1的右图所示的是一个典型的单相整流电路,这种电路从电网吸取的电流为脉冲状,如图1的左图所示。

图1 单相整流器的电路与电压、电流波形

当相线的电流波形为正弦波时,如果它们相差120,并且幅度相同,在零线上矢量叠加的结果是总和为零。这时大家所熟悉的。

但是如果相线上的电流是脉冲状的,并且相差120,则他们在中线上叠加的结果如图2所示。从图3可知,零线上的脉冲电流是相互错开的,无法抵消。数一下零线上的脉冲电流个数,在一个周期内有三个,因此零线上的电流是各相线电流的总和。按照电流有效值的算法,零线上的电流是相线电流数量的1.7倍。

如果整流电路的电流的脉宽大于60,就会在中线上发生重叠现象,这时中线上的一部分电流发生抵消,实际的零线电流会小于相线电流的1.7倍。

整流电路输入的脉冲电流的宽度与整流电路中的滤波电容、负载的大小等因素有关。本讲不仅进行详细讨论。

图2 相线上的脉冲电流在零线上叠加

由于现代电气负荷大多数为整流电路负载,因此即使三相负荷平衡,零线上也会有较大的电流。零线电流过大的危害十分严重,主要是因为两个方面的原因,第一,零线的截面积并不比相线大,超过相线的电流必然会导致零线过热;第二,零线上没有保险装置,不能象相线那样在过流的清况下自动断开。因此,零线上过大的电流构成了巨大的火灾隐患。图3是开关柜中零线电流过大导致过热的情况。

图3 开关柜中零线电流过大导致过热的情况

所针对零线过大的问题选择相应的设备。一种叫做零线电流阻断器,可以将零线电流减小80%以上;另一种设备是单相
谐波滤波器。用单相谐波滤波器为电子设备供电,能够将原来的脉冲状电流变换成正弦波电流,从而减小零线电流。

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