在很多地方都出现过一些电气安全问题及隐患,一下是一些发生过的案例。
某医院新建的外科大楼,投入运行后,无功补偿柜发出过补的报警。
某信息服务中心投入运行后,频繁跳闸,并且零线过热。
某铸造厂生产时,变压器在没有达到额定负荷的情况下,温度很高。
某供热站,无功补偿装置频繁损坏。
出现上述这些问题,实际上是因为现代电气负荷与传统电气负荷发生了很大的变化。过去的负荷以电阻(照明、加热)、电感(电动机)为主,现在的负荷很多是整流电路,例如节能灯取代了白炽灯,电动机大多使用变频器驱动。
由于负荷的性质发生了变化,因此在设计和建造配电系统时,也要考虑一些新的因素。主要包括以下几个方面。
第一, 无功补偿的容量需要重新核算,不能按照传统的方法进行无功补偿。现在,很多负荷并不需要补偿容性无功。例如,典型的需要无功补偿的负荷是电动机。过去,电机直接连接到电网上,用工频电压驱动,因此需要补偿一定的无功功率。现在,电机往往通过变频器驱动,变频器并不需要很大的容性无功补偿。又例如,过去的日光灯采用电感镇流器,是电感性负荷,需要进行容性无功补偿,现在的日光灯多使用电子镇流器,并不需要容性无功补偿。如果仍然按照传统的方法设计无功补偿装置,轻则造成浪费,重则出现过补现象。
第二, 线路导体的截面积需要重新核算,在传统的配电系统中,主要考虑50Hz的基波电流。现代负荷大多产生谐波电流。谐波电流在导体中产生更大的热量。这是由于趋肤效应所致。因此,在进行导体的截面积设计时,要考虑谐波电流造成的额外热量。
第三, 变压器的容量需要重新核算,在传统的配电系统中,变压器的容量是根据50Hz的基波电流条件进行估算的。现代负荷大多产生谐波电流。谐波电流在变压器中产生更大的损耗,导致变压器的温度升高。这是由于两个原因,一个是电流流过导体时的趋肤效应,另一个是铁心在高频下损耗更大。因此,在进行变压器容量的设计时,需要考虑谐波电流的因素。
第四, 零线导体的截面积需要重新核算,传统的观念认为,在三相四线制的配线中,如果三相负荷平衡,零线上的电流很小。但是,这里的前提是三相电的相位相差120°。现在的负荷大多为单相整流电路,工作时产生较强的3次谐波电流。3次谐波电流在零线上是叠加的,而不是抵消的。这时,零线的截面积应该是相线的2倍。
第五, 无功补偿装置要有抗谐波能力,无功补偿电容与变压器构成LC并联电路,当这个LC并联电路的谐振频率与谐波电流的频率相同时,就会产生电流谐振,结果是放大电流。轻则烧毁无功补偿装置,重则损坏变压器。
为了满足现代负荷的要求,除了在以上几个方面加强配电系统以外,另外一个途径就是改变负荷的性质,也就是减小负荷的谐波电流发射。针对很多设备提出的电磁兼容标准就是基于这个思路。通过对设备的谐波电流发射提出限制,使其与现存的电网达到兼容状态。