关于三相电零线电流的讨论
有人提出这样求助问题:380V三相四线供电,到配电盘以后负载全部都是220v的,零线要更粗么:8kw总功率的一个LED显示屏。,平均分3路,都是接1火1零。零线应该是三跟火线的总和? 因为每路零线与火线的电流是等同的?
380V三相四线制供电,到配电盘以后,可1火1零分出3路220V单相电源,如这3路单相电的负载相同(即阻抗值相等,阻抗角相同),则3路电源的电流数值相等,但其相位不同(彼此相差120度),见下图:
其A~Na为一组单相电源,B~Nb为另一组单相电源,C~Nc为第三组单相电源,它们各接有相同的负载。从总体宏观上看,这是三相电星接负载的接线方式:3路单相电源的零线电流从数值上相等(=火线电流),但相位不同,彼此间各差120度。故其和电流(即流回变压器的零线电流)=0。
对8kw总功率的一个LED显示屏,平均分3路,都是接1火1零,这要看LED显示屏设备平均分3路单相电选用什么形式的开关电源(或稳压电源),如整流方式是单相桥式整流,其负载的电流是直流电,而火线与零线电流仍是完整的正弦波交流电,如3路单相电的负载一样,则3路单相电的电流数值相等,彼此相位差=120度,故流回变压器的零线电流(即3路单相电零线电流的和电流)=0(和上面叙述的一样)。
如3路单相电源所用的开关电源(或稳压电源)是用半波整流构成的整流电路,其3路电源的零线电流=其火线电流,但流回变压器的零线电流≠0,其值=3倍的火线电流。见下图:
图二中Ua-Na、Ub-Nb、Uc-Nc、为3个单相电源,在这3路单相电源内的零线电流与同电源的火线电流相等(即同一个电流),但流回三相电源的零线电流=3倍的各单相电源的电流。为什么,见下图:
图中上3个图形分别为3个单相电源的电流波形图。下面的图即为流回变压器的零线电流的波形图。可见此时流回变压器的零线电流=3倍的各单相电源的电流,其原因就是3个单相电流虽然波形一样,但流向相同,故其总和电流=3者电流数值相加。
所以对8kw总功率的一个LED显示屏,如3个单相电所用的开关电源是采用半波整流时,流回变压器的零线电流是单相电电源电流的3倍,如果3个单相电所用的开关电源是采用全波整流时,流回变压器的零线电流=0。故从三相电的总闸到变压器的零线接点之间的的连线是否加粗,还应看具体负载的接线情况。
下面再讨论一下380V三相四线供电,到配电盘以后负载全部都是220v的,零线要更粗么的问题。
这和电业系统供市民用电一样:分区域,或分楼层,将A、B、C 3相火线与零线构成的220V单相电分别输出供电,以达到电网供电的尽量平衡。从宏观总体上看,这种供电是三相星接负载的供电方式,但由于3路单相电源的的负载很难保持一样,故零线电流是≠0的。
1、3路单相电的负载是相同的负载,即阻抗相等、阻抗角相同,其3路单相电源的相电流数值相等,彼此相位差=120度,其流回变压器零线电流=0.
2、3路单相电的负载不是相同的负载:
(1)负载的阻抗相等,阻抗角不同,这种情况最为严重是3路负载的阻抗特性不同:其一路单相电负载为纯电阻,另一路负载为纯电感,第三路为纯电容,3个负载阻抗值相等,但阻抗角不同,纯电阻的电流与电压同相位,纯电感的电流滞后电压90度,纯电容的电流引前电压90度,见下图:
Ib为纯电容电流引前其电压Ub 90度,Ic为纯电感电流滞后其电压Uc 90度,3个电流数值相等,但相位不一样:Ic引前Ia 30度,Ib滞后Ia 30度,Ib与Ic夹角=60度,3者的和电流I =Ia+Ib+Ic=2.41*Ia,即此时的流回变压器的零线电流=2.41倍的单相电源的电流 。
(2)负载的阻抗不等,阻抗角相同,这种情况最为严重是有1路没有负载,其流回变压器零线电流=2路有负载的单相电源的火线电流,见下图:
由于Ia与Ib 电流幅值相等,夹角=120度,故和电流(流回变压器的零线电流)Io:Io = Ia = Ib
(3)负载的阻抗不等,阻抗角不同,这是实际运行的大多数情况,即使有一路电源负载成容性,通过作图进行矢量相加,根据三角形二边长之和大于第三那边原理,可知其3路电流的总和Io(流回变压器的零线电流)是不会大于2倍的最大火线电流的。见下图
综上分析,三相四线制电源,从配电柜的总闸外分1火1零的单相电的2根线一样粗细即可。除了上面分析的2种特殊负载(1个位3路负载皆为半波整流,另1个为3路负载为纯电阻、纯电感、纯电容)其流回变压器的零线电流大于2倍的火线电流外,一般情况下的负载,其流回变压器的零线电流均小于2倍的火线电流。故在没有上述的2种特殊负载,从总闸到变压器的零线应选比去变压器的3根火线的导线截面积要大一倍最为安全。
以上仅为本人的个人观点,如有不同意见,可以提出,大家讨论。谢谢。