PFC在LED户外亮化工程中对零线电流的影响讲稿.docxVIP

PFC在LED户外亮化工程中对零线电流的影响在LED户外亮化工程中，过低的功率因数会引起严重的问题，并会极大地影响零线电流。工程中，零线的使用和控制，与此相关的剩余电流保护器的使用，一直以来都存在模糊的地方。本文结合工程案例，尝试对此给出清晰的描述和分析。LED灯具在户外景观亮化中的应用已经有超过十年的历史，因为LED控制的便捷性，这样的工程整体规模已经越来越大，整个工程标动辄几千万元，甚至上亿元。这种情况下，原来不被注意的一些技术盲点开始显现。在这些技术盲点中，功率因数和零线电流的影响就是其中之一。这个问题虽然简单，但是因为不受重视，引起的工程问题、隐患和浪费不小。在霓虹灯时代，镇流器本身功率因数一般都比较高，由此引发的问题较少。而在LED时代，所使用的低压开关电源通常没有PFC[L2] 功能，相应地会有以下几方面的后果：①在大规模工程中，因为功率因数过低，可能严重污染电网，大量的高次谐波会对其它设备造成干扰。②同时，功率因数过低，还会增大前级设备的功率载荷，增加用户投资。③引起零线电流过大。在老式电路中由于功率因数较高，零线电流较小，通常市售的四芯电缆也是基于这种情况，零线的线径相对相线会小一些。④严重超量的启动冲击电流会强烈冲击电网，造成合闸困难也是常有的事。关于普通开关电源因为输入整流滤波电容较大，造成启动时对电网冲击较大，引起合闸困难，这一点工程设计单位已经有所考虑，采取了一些措施，这个不是本文讨论的重点。带PFC功能的开关电源，因为输入电容小很多，有助于减少启动冲击电流。本文主要描述和分析采用三相四线制的大功率LED工程中，零线电流的各种情况。（一）、三相四线制分相使用普通不带PFC功能的开关电源，总零线电流约等于各相线电流之和。通常的误解是：①零线中的电流为三相相电流的相量之和，三个相电流频率相等，相位角互差120o，如果三个电流大小也相等的话，则三个电流互相抵消，相量和恰好为零，零线中就无电流。②零线就是用来通过不平衡电流的。其实这些说法都只适用于带PFC功能的开关电源。不带PFC功能的开关电源，交流输入经整流后，采用一个大的电容滤波。这种情况下，输入电流为脉冲形式。一个这种开关电源的典型输入电流波形如图1所示。图1在这样一个典型的电流波形上，叠加120°和240°两个相移的同样的电流波形，可以得到图2的波形，这样就得到了三相平衡情况下，三根零线一起接到三相四线的零线上时，形成的总零线电流。可以很清楚地看出，由于所有正向电流和负向电流都没有同时出现，所以总零线电流是三个相线电流简单的叠加。这种波形当然不是“三相四线制分相使用普通不带PFC功能的开关电源”时可能出现的唯一情况。在这个示意图中，正向电流和负向电流不会同时出现是有条件的。如果开关电源进线整流后的滤波电容过小，或者负载较重，不同相的正向电流和负向电流就有可能重叠、相互抵消，那么总零线电流就不再是三个相线电流简单的叠加，会小一些。因为这个原因，就有下面的推论：(二)、四线制分相使用开关电源，总零线绝对不能悬空。总零线悬空的代价，依我们的工程经验，可以说工程界每天都在付出。之所以将“不带PFC功能”去掉，是因为就算有PFC功能，除非三相负载特别平衡，总零线电流不会是零，所以也不允许不接好。正常的三相交流电，相线与零线间的电压为220V，各相之间的相位角是120度。如果单一一相的零线开路，当然没有问题，这一相没电而已，如果总零线开路，就会造成中位点漂移，各相之间的相位角发生改变，变化的大小与三相接入的负载多少有关，此时各相上的电压为相邻两相电压的矢量和，造成负载小的那相电压升高，负载重的那相电压降低。图3记录了总零线未接造成相电压异常的情况。使用不带PFC功能的电源，总零线未接时，分别调整三相的使用功率，实际测量相电压，蓝色的电压值明显已经超过电源输入电压范围。工程中出现这种情况，在一定程度内开关电源可能提供保护，但通常会引起电源损坏。图3对零线的重视是分相使用三相四线制交流电的核心问题之一，必须非常清楚零线的重要性和相应的工程工艺。①使用不带PFC的开关电源，虽然零线上的电流通常会接近或等于三个相线电流之和，但通常不会对每一相的电压产生比相线更多的压降，原因是这个复合电流基本上是分时的；②铜铝相接必须使用铜铝过度线夹或接线鼻；③零线汇流排必须使用接线鼻连接，接线鼻一定要正确使用液压钳压接；④建立零线运行、定期检查档案；⑤定期对零线接头进行除氧化处理和加固，必要的话涂上导电胶；⑥防止接线错误引起的总零线悬空。有时为了处理其他问题，将相线跳过分控断路器，此时绝对不能忘记零线，否则此断路器未合闸时，零线悬空。（三）、三相四线制分相使用带PFC功能的开关电源，总零线电流由各相的功率因数以及各相电流的差异决定。假设各相上的功率因数都很理想，可以用电子表格来计算总的零