配电系统建设中需要考虑的五个因素

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。