2012年7月的一天,航天科工集團706所電磁兼容技術中心接到一個求援電話,是某商場的一個電工打來的。從電話中得知,該商場剛剛實施完一項節電改造工程,將原來的老式照明設備更換成了現代節能燈,但是遇到了一個奇怪的現象。這就是,建筑物中的零線發熱嚴重。經過測試,發現零線電流接近相線電流的2倍。他們從網上得知這是諧波電流導致的后果,得知706所電磁兼容技術中心在處理諧波電流方面技術先進,因此才打來了求援電話。
節能燈產生的不良后果
現代節能燈體積小,亮度高,發光效率高,是理想的光源。國家已經制定了政策,要在2014年徹底淘汰傳統的白熾燈,取而代之的是高效的節能燈。
節能燈與傳統的熒光燈不同。傳統的熒光燈是利用50Hz的電流激發氣體發光,這種發光方式效率較低。人們發現,當電流的頻率達到10kHz以上時,氣體的發光效率很高。節能燈就是利用高頻電流發光的設備。
節能燈的工作原理是,50Hz 的電壓先由整流電路變換成直流電,然后用逆變電路將直流電變換成10kHz 以上的高頻電,用來激發氣體發光。節能燈中的整流電路工作時會產生諧波電流,這如同汽車發動時會產生尾氣!
諧波電流在電氣線路上流動,會導致很多危害,其中一個危害就是導致零線電流過大。傳統電工理論認為,當三相負荷平衡時,零線上的電流為零?!傲憔€”這個術語大概就是由此而來吧。因此,傳統上,在電氣施工時,會減小零線的截面積。但是,當電氣負荷為現代電子設備時,這個理論被徹底顛覆了。當負荷為電子設備時,“即使三相負荷平衡,零線上的電流也不為零,而是會達到相線電流的2倍”。
這是一個驚人的結論。因為零線上有過大的電流會導致零線導體過熱。從基本的物理知識,我們知道,當導體上的電流達到原來電流的2 倍時,導體發熱量是原來的4 倍!這就是為甚么更換了節能燈后,出現零線過熱的原因。
諧波電流是定時炸彈
諧波電流最大的危害是導致線路過熱。大家知道,電氣線路一旦超過額定的負荷,就會嚴重發熱,形成火災。因此人們為了安全,在線路上安裝了一些過流保護裝置。當線路上的電流超過額定值時,過流保護裝置會自動切斷線路,避免了火災的發生。
但是,在電氣安裝規范上規定,在零線上不安裝過流保護裝置。因此,當零線上的電流過大時,沒有任何保護裝置動作,只能任憑發熱,在燃燒條件具備時,就會誘發火災。
20 多年前,歐美國家的電子設備迅速普及,當時很多建筑物莫名其妙的起火,人們經過深入的調查才認識到這個現象?,F在歐美國家已經對電子設備產生的諧波電流進行了嚴格的限制,就像對汽車尾氣排放進行嚴格的限制一樣。并且在安裝信息設備高度集中場所的線路時,加大了零線的尺寸。
用NBF 徹底消除火災隱患
航天科工集團第二研究院706 所,從上世紀80 年代起開始研究電能質量問題,為保障航天任務的完成做出了重要貢獻。近年來,開始將航天技術應用到國民經濟建設。特別是針對諧波電流的危害進行了深入的研究,開發成功了NBF 零線諧波電流阻斷器,從根本上消除了零線過流而誘發的火災隱患。
NBF 的使用方法十分簡單,只需串聯安裝在零線上,就能夠消除零線電流過大帶來的火災隱患。例如,2008 年,天津某廣告公司向706 所求援。他們在建筑物上安裝的廣告燈箱,相線電流為40 安培,但是零線電流達到70 安培,業主拒絕驗收項目。更嚴重的是,他們不知道如何整改。因為,相線的負荷平衡性很好,他們不知道零線上的電流從何而來。
706 所的專家們接到報告后,迅速做出了判斷,確定問題的原因是由于燈箱中安裝的熒光燈使用了電子鎮流器,而電子鎮流器產生了嚴重的諧波電流。隨即派出工人到現場安裝NBF。經過兩個小時的施工,順利將NBF 接入系統。安裝NBF 后,零線電流從70 安培降低到了8 安培,項目順利通過了驗收。廣告公司和業主對航天技術深感佩服,稱贊“難怪我們國家取得這么大的航天成就,航天技術就是棒!”