在与电力建设、安装单位的员工交流中,笔者发现某些身在重要技术岗位的朋友,在选择低压线路导线截面积方面不够严谨,选择低压导线截面积时,只注重导体正常的载流量、机械强度等几个参数够用,对线路存在的谐波,特别三次谐波电流的影响则少有关注。岂不知,正是这不被重视的三次谐波,对低压线路的危害却相当大,如果忽视了它的破坏作用,选择导线截面积不当,很容易造成电缆、导线出现过负荷,甚至发生烧断公用配电变压器中性线事故。
1 三次谐波的危害
在三相四线供电线路中,相线与中性线之间的非线性负荷产生三次谐波电流,并在中性线上进行叠加。由于三次谐波及其整数倍次谐波呈零序特征,因此中性线上的三次谐波电流是三相中三次谐波电流的代数和,会引起过载风险,使电流和电压波形畸变,还会形成150 Hz的电磁场,对其周围的控制、保护及通信设备和系统产生干扰。三次谐波对低压电网的危害主要有功率损耗增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、电网过热等;对配电站会造成电子器件误动作、电容器损坏、附加磁场、中性线过载和电缆着火等。
2 三相四线制线路三次谐波不同含A时导体截面积的选择
2.1三相平衡导体截面积的选择
GB 50054-2011 K低压配电设计规范》第3.2.9条中规定,在三相四线制线路中存在谐波电流时,计算中性导体的电流应计入谐波电流的效应。当中性导体电流大于相导体电流时,电缆相导体截面积应按中性导体电流选择。当三相平衡系统中存在谐波电流,四芯或五芯电缆内中性导体与相导体材料相同且截面积相等时,电缆载流量的降低系数应按表1的规定确定。需要考虑降低系数。应根据谐波含量,特别是三次谐波含量进行相应的计算,以选择合适的导体截面积。
2.2三相不平衡导体截面积的选择
传统的三相四线制线路,由于是单、三相混合用电,现实中很难做到三相负荷平衡。即使三相平衡,线路中各种非线性负荷产生的三次谐波电流在中性线上叠加,也有可能使中性线电流超过工频相电流。如果电工在接线时随心所欲形成人为三相不平衡,此时中性线上的谐波电流加上不平衡电流,就会导致中性线过负荷,甚至被烧坏。
如果预计中性线电流超过相电流,那么电缆截面积应按中性线电流来选择。假如中性线电流大于相电流的135%,而且按中性线电流选择电缆截面积,那么,三根相导体的载流量不需要使用任何降低系数。
三相四线制线路存在三次谐波时中性线电流计算公式:
IN'=3×IcK13
式中IN'----中性线存在三次谐波时的电流,A;
Ic----月线路相导体计算电流(不计入谐波时),A;
K13----三次谐波电流占基波电流的百分比。
相线含谐波电流的计算如下:
例如:Ic=100 A,当三次谐波含量分别为10% ,15%,30%,33%,40%,45%,60%,86%时,导体截面积的选择结果如表2。
注:导体截面积按照没有括号的电流数据选择,括号内数据只作参考。