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关于15WLED筒灯商照应用中三相平衡问题

 

关于15WLED筒灯商照应用中三相平衡问题

 

2014年:本案列关于15WLED筒灯在国内一家超大型卖场存在三相不平衡问题,筒灯数量为30000盏,业主要求三相平衡达到国家标准。

 

 

  1. 目的

  1.1三相平衡

  1.1.1根据《架空配电线及设备运行规程》,第7.5.2条规定变压器三相负荷应求平衡,不平衡度不应大于15%,只带少量单相负载的三相变压器,零线电流不应超过额定电流的25%,不符合上述规定时,应将负荷进行调整。

  1.1.2三相不平衡主要是由单相220V用电负荷分配不均衡引起,可将单相220V用电负荷平均分成三组,分别接入三相回路,基本消除电流不平衡现象。

1.1.3不平衡度=(最大电流-最小电流)/最大电流*100%

       如:L1相电流I1=10A   L2相电流I2=9A    L3相电流I3=7A

       不平衡度=(10A-7A)/10A*100%=30%    该线路的三相不平衡度已经超过国家标准

1.2防止干扰

   1.2.1灯具瞬时启动干扰

电网用电分民用用电和工业用电,国家规定大于11KW的设备,在启动时做降压处理,可在输入端加自耦变压器降压,启动完后恢复到220V电压;或者分功能启动,逐级启动减少对电网的干扰。

         工业用电,大功率设备多,现有情况下电网干扰大。民用用电,大功率设备小,电网相对纯净。建议用民用用电做照明线路,且同一相线照明,瞬时启动总功率不应超过11KW,照明布线可分开控制,分功能,分层,分区域单独启动,从而减少干扰。

1.2.2灯具线路的干扰

        这部分主要是做好灯具电源的抗干扰能力,在电源的输入级做好滤波处理,灯具电源本身的传导和辐射要负荷国家标准GB 7000.1-2007 灯具第 1部分:一般要求与试验(IEC 60598-1:2003, IDT);具体测试结果见7页传导和8页辐射

 

 

  1. 产品简述

  LED15W筒灯是应用新型照明光源在传统筒灯基础上改良开发的产品,与传统筒灯对比具有以下优点:节能、低碳、长寿、显色性好、响应速度快。的设计更加的美观轻巧,安装时能达到保持建筑装饰的整体统一与完美,适用于商业照明、办公室照明甚至家庭照明使用

 

 

 

 

 

  1. 产品性能

  3.1 15W筒灯光指标

  光通量、照度、色温、光谱

  3.2 15W筒灯电气指标

总功率=输入功率14.5W<P<15.5W  中心功率P=15W

      输入电压范围85-265V

      输入工作电压在220V时,功率因素0.95以上

  3.3 15W筒灯主要组成部件

5730灯珠、15W恒流电源、五金散热件

 

 

  1. 影响三相平衡指标

  4.1灯珠电压  Vf= 3.0V         2.9V<Vf<3.1V

  4.2恒流电源电流  If=0.265ma      0.255ma<If<0.275ma

  4.3电源效率  输入功率与总功率的比值 85%

  4.4电源功率因数  0.95(220V输入电压)

     用电设备的功率分为有功功率和无功功率有功功率是能量的消耗,转化为机械能、热能等.无功功率是电感或电容负荷元件的能量交换,本身不消耗能量(无功电流在电路中通过导线等电阻元件还是要消耗少量的能量的.因此,用电负荷无功功率越小越经济).

     计算公式:总功率的平方=有功功率的平方+无功功率的平方

               功率因数=有功功率/总功率.

     所以当负荷无功功率接近于0时,功率因数0.99999,反之功率因数接近于1时,无用功功率消耗的能量越小,可选线路越经济。

 

 

  1. 三相平衡依据

  5.1单相总功率    

     解决三相平衡问题即PL1=PL2=PL3

PL1指L1相的总功率     P1指灯具的输入功率15W    UL1指L1相工作电压一般在220V   IL1指L1相工作电流。

如:P1=UL1*IL1*功率因数    PL1=P1/功率因数=UL1 *IL1

  5.2PL1=PL2=PL3

     变化主要是输入功率P1=U1* I1/电源效率,在这里效率=85%、功率因数=0.95、灯珠电压=3.0*16=48(灯珠电压范围 46.4<V<49.6)、电源电流=0.265ma(电流范围0.255-0.275ma)

 P1=48*0.265/0.85=14.964W(灯具输入功率)

 输入功率范围14W<P1<16W    取最大和最小值之间最大为2W的误差,所以最大不平衡度=2/14*100%=14.28%

 该线路中的不平衡度远远小于国家规定标准,根据《架空配电线及设备运行规程》,第7.5.2条规定变压器三相负荷应求平衡,不平衡度不应大于15%,只带少量单相负载的三相变压器,零线电流不应超过额定电流的25%,所以完全符合三相平衡标准。

   5.3 单相工作电流 

IL1=P1/功率因数/UL1,根据该公式选择用电线路线径大小

       导线线径一般按如下公式计算:

       铜线: S= IL / 54.4*U

I——导线中通过的最大电流(A)    L——导线的长度(M)    U——充许的电源降(V) S——导线的截面积(MM2)

 

 

  1. 实验测试

  6.1测试仪器仪表   艾维泰克功率计   创鸿数字电压电流表  钳流表

  6.2测试方式

 

 

  6.3测试实际值

  6.3.1实验一 

       任意取30个15W筒灯,电源功率因数0.95

L1相10个15W筒灯

       测试结果V1输入电压220V   I1输入电流0.71A  P1输入有效功率=152W

       L1相总功率PL1=158W

       L2相10个15W筒灯

       测试结果V2输入电压220V   I2输入电流0.71A  P2输入有效功率=152W

       L2相总功率PL2=156W

       L3相10个15W筒灯

       测试结果V3输入电压220V   I3输入电流0.72A  P3输入有效功率=151W

       L3相总功率PL3=159

     钳形表测试结果总零线为NI=0.1A,(实际小于0.1A,钳形表最大量程为1000A、最小量程为0.1A)

     零线与火线电流百分比  0.1/0.71*100%=14.08%     0.1/0.72*100%=13.88%

     计算总N线为I总=√[{(I1-I2)^2+(I2-I3)^2+(I3-I1)^2}/2]=√[0.0000]=0.01A

从实验一测试数据显示,每相10个15W筒灯同时工作,总的零线NI小于0.1A,且小于每相火线的三分之一,所以满足三相平衡要求。

 

6.3.2实验二

取30个15W筒灯,在输入电压220V的情况下,取L1相最小功率个10,取L3相大功率10个,取L2相中心功率10个,电源功率因数0.95,得出最大不平衡度。

     测试得

     L1路10个灯按灯珠单颗2.9V最低电压46.4V,电流0.255MA,P1输入功率=139W

     L2路10个灯按功率大小,各取5个灯具,P2输入功率=150W 

     L3路10个灯按灯珠单颗3.1V最高电压49.6V,电流0.275MA,P3输入功率=161W

     功率计上测试各相输入电流  IL1=0.665A     IL2=0.718A      IL3=0.770A

     钳形表测试结果总零线为NI=0.1A,(实际小于0.1A,钳形表最大量程为1000A、最小量程为0.1A)

     零线与各火线电流百分比 0.1/0.665*100%=15.04%   0.1/0.718*100%=13.93%      0.1/0.770*100%=12.99%(最大百分比小于客户要求三之一以下的33%)

计算总N线为I总=√[{(I1-I2)^2+(I2-I3)^2+(I3-I1)^2}/2]=√[0.01]=0.0911A

从实验二测试数据显示,L1相10个最低功率筒灯、L2相10个中心功率筒灯、L3相10个最高功率筒灯同时工作,总的零线NI小于0.1A,且小于每相火线的三分之一,所以也满足三相平衡要求

 

 

6.4 结果

【标准的三相四线的零线电流为0,但现在的情况已经看出来是三相电流已经不是同大小了,此时存在中性点偏移,三相矢量和不再为0(正常的三相电的每相电流电压大小相等,相位依次滞后120°所以矢量和为0)此时如果可以测出每一相的相位就可以精确计算:Io=Iacosα+Ibcos(α+θ1)+Iccos(α+θ2),除次之外,每一相的负载参数都不一样,也会使中性点偏移,三相不再对称】

 

从实验一和实验二都可以得到,功率误差正负范围越大,会引起零线电流增加,即不平度会增加,所以在电缆线承受所带最大负载的前提下;影响线路不平衡最大因数是电源,而利来公司的筒灯、电源完全符合要求,零线电流小于单相火线电流的三分之一,符合客户要求

 

 

6.5 后续

      经过利来利来市w66利来老牌科技有限公司研发团队一个多月的努力奋斗,对型号为 ZIYPT1007F电源(15WLED恒流电源)多方面实验和客户端测试,和甲方乙方第三方等全面沟通和了解,完全解决了业主的需求,单个电源在谐波测试仪中测试的谐波电流为6%,实际测试中零线电流为火线电流的六分之一,已经完全达到国家标准!