存在諧波電流時如何選擇導(dǎo)體的截面積
近年來,隨著系統(tǒng)中非線性負荷的增多,像直流電源、計算機、變頻器和氣體發(fā)電燈等設(shè)備,使三相平衡系統(tǒng)中出現(xiàn)了諧波,尤其是三次諧波最為嚴(yán)重。此時,如果只根據(jù)其功率計算電流來選擇導(dǎo)體截面,在運行過程中可能會使線路處于過載運行狀態(tài),導(dǎo)致斷路器頻繁跳閘。這是因為非線性負荷的存在,相線中不僅有50Hz基波負載電流,還有其它高頻率的諧波電流,此時相線中電流為基波電流與各次諧波電流的平方之和的平方根,可以按照下面公式表示:
式中,IL為相線電流,I1為基波電流,Ih為第h次諧波電流。
通過上面公式可知,由于存在諧波電流,使得相線中的電流增大。對于三相四線制系統(tǒng)中的中性線,三相線性負荷平衡的情況下,中性線中通過的電流為零。對于非線性負荷來說,即使三相負荷平衡,也會使中性線中通過三個相線得三次及其奇數(shù)倍諧波電流,從而使中性線中的電流增大,但偶次諧波不會使中性線中電流增大。由于三相的三次及其奇數(shù)倍諧波電流在中性線上進行了疊加,使得中性線中存在3倍的三次及其奇數(shù)倍諧波電流。
系統(tǒng)中存在非線性負荷使得線路中存在諧波電流,從而造成相線和中性線中通過的電流增大。諧波嚴(yán)重的情況下,中性線中通過電流要大于相線中通過的電流。對于非線性負荷,如果只根據(jù)設(shè)備功率計算出負荷電流來選擇導(dǎo)體的截面,可能會使導(dǎo)體處于過載運行狀態(tài),長期運行使其絕緣發(fā)生劣化,嚴(yán)重情況下可能會發(fā)生電氣火災(zāi)。
那么存在諧波電流時如何選擇導(dǎo)體截面呢?下面對這個問題進行分析。對于低壓配電線路的按照其形式分為兩類:
(1)第一類為導(dǎo)線采用絕緣子明敷方式,導(dǎo)線為單芯導(dǎo)線,不同導(dǎo)線之間拉開了布線距離。這種方法下,發(fā)熱導(dǎo)體有足夠的空間將熱量擴散到周圍空氣中,導(dǎo)體之間的發(fā)熱互不影響。其載流量仍然可以按照單個導(dǎo)體的發(fā)熱來進行標(biāo)定。
例如,某三相平衡系統(tǒng),采用三相四線制供電方式,相線電流為39A,采用4根PVC絕緣銅芯電線在墻面上以瓷瓶明敷,求在負載電流含有不同諧波的情況下的電線截面。
注:電線載流參照《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》(第四版)表9.3-18,在40℃時環(huán)境溫度下電線的載流量,4(6)表示4根6mm2的電線。
從上面的計算結(jié)果可得,隨著諧波含量的增大,相線和中性線的電流變大;諧波含量大時,中性線通過的電流要大于相線通過的電流;當(dāng)諧波含量大時,要考慮到相線和中性線導(dǎo)體截面的增加。
(2)第二類為多芯電纜和穿管電線,這時多芯電纜和穿管電線相互貼緊,它們之間發(fā)熱相互影響,此時多芯電纜或穿管電線可以視為一個綜合發(fā)熱體。諧波電流作為基波電流的一種附加的電流,它使回路增加的附加發(fā)熱,造成導(dǎo)體載流量減小。為了確定存在諧波電流后導(dǎo)體的截面時相線應(yīng)該除以降低系數(shù),從而提高導(dǎo)體的截面。下面來自《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》(第四版)表9.2-2為含有諧波電流時計算電流較正系數(shù)。
例如,某三相平衡系統(tǒng),采用三相四線制供電方式,相線電流為39A,采用PVC絕緣四芯銅電纜明敷,求在負載電流含有不同諧波的情況下的電線截面。
注:電線載流參照《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》(第四版)表9.3-27,在40℃時環(huán)境溫度下電線的載流量,4×10表示4芯10mm2的電纜。