中线安防保护器、终端综合治理装置的介绍

1、概述

社会经济和科技的发展推动着通信技术、计算机技术、光电技术等的不断进步，在实际生产

和生活中现代电力电子设备、变频空调、LED屏、计算机、数字办公设备以及通信设备等被广泛应

用，这些设备和装置的使用以及三相不平衡等问题的存在会导致中性线电流过大，容易造成中性

线绝缘层老化起火从而引发火灾，存在较大的安全隐患。针对这样的情况，我司新型的ANSNP中线

安防保护器可有效消除过大的中性线电流，同时解决谐波污染严重、三相不平衡、功率因数低等

电能质量问题。

中线安防保护器的基本原理为:通过电流检测环节采集系统中性线上各次谐波电流，经控制器

快速计算并提取各次谐波电流的含量，生成谐波电流指令，通过功率执行器件输出与谐波电流幅

值相等方向相反的补偿电流，补偿电流注入中性线，实现消除中性线电流的目的。

2、产品设计的必要性

2.1 应用背景

根据最近几年的火灾数据统计，电气火灾占据所有火灾的比例非常高。2018年全年全国共统

计火灾38.9万起，死亡2113人，受伤1637人。电气火灾比例最高，违反电气安装使用规定等引发

的火灾共11.6万起，死亡745人，受伤538人，分别占总数的29.7%、35.3%和32.9%。其中电气线路

是电气火灾中最主要的起火源，所占的比例高达60%以上，是防范的重点（公安部消防局，

2010)。其中由于中性线导致的起火数量占有不小比例，所以治理中性线电流过大问题是非常有必

要的。

2.2 中性线定义及危害

中性线的定义：三相电的星形接法是把每一相电源或负载的一端都接在中性点上，将中性点

引出的这条线叫中性线，这样就形成三相四线制或者五线制。也可不引出，形成三相三线制。现

在的低压配电线路，采用最多的是三相四线制，其中的三条线路分别用A、B、C代表三相，另一条

中性线用N代表。

在三相四线制或五线制供电系统运行过程中，中性线引发火灾事故主要通过三种途径：

※中性线长期过载导致中性线绝缘层老化，最后使得绝缘层燃烧引发火灾；

※中性线故障使中性线开路，导致三相电严重不平衡，烧毁电气设备引发火灾。

※中性线老化使线路局部过热，导致中性线绝缘层老化，最后使得绝缘层燃烧引发火灾。

2.3 相关事件

2019年北京某商场配电室起火，事发时，数千名购物者被紧急疏散，未造成人员伤亡。事故原因是由于电网投入过多变频空调、LED 照明、LED电子屏幕等非线性负载，且多为单相设备，存在严重的三相不平衡，会导致中性用电多为单相负荷，容易导致中性线中存在大量线电流过大，长期在此运行环境下，最终造成零序电流，引起配电柜中中性线母排老化起火，线缆绝缘层老化发热起火，酿成火灾。

3、设计依据

3.1 设计标准

GB 50054-2011《低压配电设计规范》

GB 17625.1-2012《电磁兼容限值谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤16A)》

GB/T 17625.8-2015《电磁兼容限值每相输入电流大于16A小于等于75A连接到公用低压系统的

设备产生的谐波电流限值》

3.2 中线安防保护器上图示例

4、产品型号及尺寸

4.1 产品型号

4.2 模块接口示意

4.3 产品尺寸

5、技术参数

5.1 中线安防保护器

5.2 终端综合治理装置

6、应用案例

6.1 体育中心

现场情况：

该现场为某体育中心泛光照明供配电系统，选择10个测量点测量了电参量，各个配电箱总进

线端A/B/C三相电流基本平衡，各相电流有效值不超过350A，但是中性线电流有效值非常大。总结

当前系统存在以下几点问题：

（1）中性线电流是相线电流的1-1.7倍左右；

（2）中性线电流的主要谐波频次为3次谐波电流，同时还存在其他3N次谐波和不平衡电流；

（3）3次谐波电流有效值的3倍实际小于中性线电流，多出的部分其电流成分暂时无法定性；

（4）总谐波电流畸变率相对偏高，从3次谐波的占比可以看出各个配电箱没有规律可循；

（5）开关电源型负荷基波功率因数cosφ为容性，由PF=P/S=COSφ/(sqrt(1+THDi*THDi))公

式可知，THDi减小，全波功率因数PF会相应增大。

原因分析：

该系统主要负荷类型为开关电源型，开关电源型负荷有2大特点：

其一是电流有效值分解后，谐波电流以3次谐波电流为主，THDi一般在70%-120%之间。例如单

测一个5A的开关电源，其3次谐波电流畸变率可高达120%左右。而随着多个开关电源的并联，总电流有效值、3次谐波电流有效值都会变大，但是3次谐波电流有效值在总电流有效值内的

占比会相应减小，也就是总谐波电流畸变率大小与并联的开关电源数量呈负相关，在70%-120%的

范围内变化；

其二是纯开关电源的无功特性为容性无功居多，无功功率分为感性无功和容性无功，常见的

用电负荷大部分为感性负荷，产生的无功为感性无功，一般采用主动投入电容器的方法，通过注

入容性无功，与系统中的感性无功相抵消，从而达到补偿无功功率、提高功率因数的目的。但是

开关电源的无功本身属于容性无功，如果主动投入电容器的话，反而会使系统无功功率增加，出

现功率因数急速降低的现象。

另外，理论上讲中性线产生电流的原因主要有两方面：

其一是A/B/C三相不平衡导致中性线上有零序电流的存在；

其二是相线3N次谐波电流会在中性线上叠加（例：A相上有10A的3次谐波电流，B相上有20A的

3次谐波电流，C相上有5A的3次谐波电流，中性线上会有10+20+5=35A的谐波电流；同理9次谐波

电流、15次谐波电流等都具有相同的特性）。所以实际测量数据的中性线电流远大于相线电流，

这种现象在开关电源型负荷中十分常见。如果此系统中全是3次谐波，实测中谐波电流总畸变率

和3次谐波占有率应该是非常接近的数值，但是从实测数据中发现两个值存在较大差异，所以此

系统的中性线上不仅仅有3次谐波电流，还会有9次、15次、21次谐波电流以及三相不平衡等因素

的存在。

6.2 家居广场

现场情况：

该现场为某家居广场，由于LED屏在工作过程中功率会不断变化，导致中性线电流大小随之变

化，配电间中性线发热，配电箱温度较高；随着中性线电流的波动变化，变压器间歇发出异响，

现场母排和柜子之间的震动声响比较频繁。

数据分析：

根据LED屏亮度50%时变压器测量数据可知，变压器进线侧电流畸变率约为45%，总谐波电流约

为295A，中性线电流约为622A，谐波电流的主要次数为3次，达到了242A，超过国标《GB/T

14549-1993》中对应规定的限值（62A）；电压畸变率A相为5.03%，超出国标限值5%。

根据LED亮度50%测量数据可知，就地测量LED屏的电流畸变率约为85%，总谐波电流约为

229A，中性线电流约为438A，谐波电流的主要次数为3次，超过国标《GB/T 14549-1993》中对应

规定的限值（62A）；电压畸变率约为12%，超出国标限值5%。谐波电流流入系统，会对系统和其

他设备的正常运行造成危害，建议及时进行谐波治理，避免谐波危害。

方案选型

净化效果：

如下表所示，经过SNP设备治理后，在LED屏亮度50%时，变压器进线侧中性线电流从622A降到

43A左右；LED屏配电箱中性线电流从438A降到32A左右，满足对治理效果的预期要求。

6.3 应用领域

机场/体育馆/影剧院：照明灯光系统，音响系统；

学校/研究院：精密实验室，机房，数据中心；

医院：医用大型设备使用室,如手术室楼层，医学成像检验科，放疗科等；

商业综合体：大型LED屏幕，舞台调光系统，地下停车场充电桩区域。

作者简介：

安跃强，男，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为电气火灾的现状问题和防控对策。

审核编辑：符乾江