某车间内三相四线瓷瓶明敷线路的中性线的绝缘变色失效。三根相线的电流相等且未过载,但中性线电流却大于相线电流而过载。何故？

如果电气回路中除50Hz的基波负载电流外,还附加有非线性负载产生的过大含量的高次谐波电流,则回路会因谐波电流而过载,使过流防护电器频繁跳闸,但用磁电式电流表测得的电流却未超过其整定值或额定值。这是因为电流表没有反映电流有效值的缘故。磁电式电流表系按电流的平均值偏转，而过流防护电器热脱扣元件则按电流的有效值动作。当电流波形为正弦波时, 平均值和有效值有一个固定的比值,电流表能按此比值刻度标示,正确反映有效值电流。当电流内存在谐波电流波形畸变时,此比值已非上述正弦波电流的两者的固定比值,其值随波形变化而变化,磁电式电流表的偏转角偏小而不能正确地表征有效值电流。为此需采用能按热效应来测定有效值电流的电流表来进行测定。这种表计被称作真实方均根值表计( real rms value meter)。

危险在于不了解电气安全的人在遇到上述情况时,常误认为是断路器、熔断器的额定电流太小而更换电流大许多的断路器、熔断器,而不更换大截面积的回路导体。这当然是很不安全的,因为其后果是回路过载而过电流防护电器却不动作,最终将因回路长期过载而导致短路和各种电气灾害的发生。

谐波电流能引起相线过载,但最常见和危险的导体过载是三相四线回路中的中性线过载。过去非线性负载少,人们不重视谐波过载的危害,认为三相四线回路内的中性线只通过三相不平衡电流,其值甚小,中性线截面积只取为相线截面积的1/2甚至1/3。但在现时谐波电流特别是三次及其奇数倍谐波电流大增的电气回路中,例如在主要采用气体放电灯作照明光源的商场、办公楼等场所的照明回路中,这一做法将造成中性线的严重过载。图11.13为一三相四线回路各带电导体的基波(50Hz)和三次谐波(150Hz)的电流波形。假设三相电流相等,因50Hz基波相位角差120°,它在中性线上的相量和为零。但由图11.13可知,三次谐波电流在中性线内的相位角并不差120°,而是处于同一相位上,它在中性线上的电流不是互相抵消而是互相叠加。其他9、15、21次等三次谐波的奇数倍谐波电流也是如此(图11.13中未表示)。

由于三相的三次谐波电流及其奇数倍谐波电流在中性线上叠加，中性线电流不再为零而常与相线电流接近甚至超过相线电流。如果在电气设计中对三次及其奇数倍谐波电流含量大的回路仍将中性线截面积取为相线截面积的1/2，甚至1/3，则中性线的过载将不可避免，为此我国电气设计规范已按IEC标准规定了放大中性线截面的要求。目前在我国电气消防安全检查中，中性线严重过载使绝缘劣化变色的隐患现象屡见不鲜，由此引起的电气短路火灾事故也屡有所闻，对此不能因循过去的老概念而随便选用过小截面积的中性线。