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三次諧波產生的原因及治理方法

2019.11.22

隨著電子技術的發展,大量非線性負荷的增加,使得電力系統波形嚴重畸變,這便是諧波。近年來諧波所造成的危害日趨嚴重,對發、輸、供、用電設備都造成了嚴重影響,導致設備運行故障、維修工作量增加及增耗電費,甚至引發火災事故等。諧波的危害我們都有所了解,那么,關于三次諧波以及三次諧波的主要表現你知道多少呢?

 

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一、三次諧波的產生原因

 

一般來說, 理想的交流電源應是純正弦波形,但因現實世界中的輸出阻抗及非線性負載的原因,,導致電源波形失真。 若電壓頻率是50Hz,,將失真的電壓經傅立葉轉換分析后,可將其電壓組成分解為除了基頻(50Hz)外,倍頻(100Hz, 150Hz,…。。)成份的組合。其倍頻的成份就稱為諧波。

 

照明工程中大規模使用高強度氣體放電燈、LED燈、熒光燈等,造成大量的諧波電流,因而只要電流波形不是正弦波,其中就包含了諧波電流的成分。

 

單相整流電路的電流是脈沖狀的。如果三條相線上的電流是脈沖狀的。由于脈沖很窄,因此當第一相上出現電流時,第二相和第三相上的電流為0.因此零線上不會發生抵消,相線上出現的每個電流脈沖也會出現在零線上。這種現象解釋了當負載為計算機時,即使負載平衡,中線上仍然有電流的現象。

 

中線上的電流脈沖數是相線上的電流脈沖數的3倍,根據電流有效值的計算方法,中線上的電流會達到相線的1.7倍。如果整流電路的電流的脈寬大于60°,就會在中線上發生重疊現象,這時中線上的一部分電流發生抵消,實際的零線電流會小于相線電流的1.7倍。

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現在建筑物中幾乎所有的負載都是以整流電流為代表的非線性負載,因此,中線電流過大的問題十分普遍。

 

 

二、三次諧波的特殊危害

 

在處理諧波問題時,3次諧波電流需要引起特別的關注,三次諧波之所以危害很大,是因為三次諧波電流在中線上疊加,會導致中線電流過大,從而造成火災隱患。

 

1、導致過載?;ぷ爸夢蠖?/span>

 

這是因為三次電流諧波成分導致電流成為脈沖狀的電流,然而這種電流為了達到相同的功率,峰值一定會很大。如果過載?;ぷ爸檬峭ü觳獾緦鞣逯道垂ぷ韉幕?,那么就會引起一系列的誤動作。

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2、導致電纜過熱

 

導致電纜過熱的原因有倆個:一是諧波電流的趨膚效應,另一個則是三次諧波在零線上疊加所導致的。在現實生活中,這倆個因素后者比前者帶來的危害要嚴重的多。

 

3、導致變壓器過熱

 

第一使得變壓器過熱的原因是諧波電流流過變壓器內部繞組,使得變壓器的銅損(導線的損耗)以及鐵損(鐵芯的損耗)增大,產生很大的熱量。

 

其二是由于諧波電流經過變壓器的初級繞組,所產生“環流”所致。一般的變壓器都是將中壓(10kv)轉換成低壓(220v),這種變壓器的特點就是,負載產生的三次諧波感應到初級繞組,在其中形成環流,不會流出變壓器初級,這就說明三次諧波不會流向公共電網,在之前這種特點被認為是變壓器的一個優點。但是當負載產生的三次諧波量很大的話,這個優點就是導致意外的問題,這就是來自負載的大量三次諧波在繞組中環流,從而產生巨大的熱量。

 

現在,建筑物中幾乎所有的負載都是以整流電路為代表的非線性負載,因此中線電流過大的問題十分普遍。為避免發生不可挽回的損失,三次諧波的問題一定要重視起來。

 

 

三、治理方法

 

1、有源濾波器

 

在配柜的母線上安裝有源濾波器是解決這類問題的理想方法。有源濾波器根據檢測到的相線上的諧波電流,向相線注入相位相反的諧波電流,已消除母線上的諧波電流。 在選用有源濾波器時,要選擇三相四線制的型號。濾波器的補償電流要參照母線上可能出現的諧波電流的大小進行選擇。 有源濾波器需要注意的是,它的作用是保證濾波器的上有滿足諧波要求,因此在安裝時,要選擇合理的安裝位置,避免濾波器的下游殘留諧波造成危害。因為三次諧波的主要危害是導致零線電流過熱,造成火災隱患。有源濾波器的安裝位置要避免建筑物內存在任何的這種隱患。

 

2、三次諧波電流零線濾波器

 

我們知道,采用三相四線制給單相負載供電的配電系統中,A相、B相、C相與零線共同構成三組單相供電回路,正常情況下單相整流負載產生的3次、9次、15次、21次等三倍頻諧波電流則在這三組單相供電回路中循環流通,并通過360度矢量疊加到零線上,造成零線上3倍頻諧波電流高達相線的三倍左右,引起零線過流發熱,嚴重時發生斷裂起火等惡性事故。

 

LB3TPF三倍頻諧波相線濾波器是利用三相磁通360度反向自動消減原理,串接在三相四線制的ABC三相上,當相位角處于360度的3次、9次、15次、21次等三倍頻諧波電流流入LB3TPF時,LB3TPF則會自動產生一個反向的磁通進行抵消三倍頻諧波的磁通,而50Hz的基波和其他頻率的諧波則不受影響,如果在相線上消除掉3倍頻諧波電流,那么通過360度矢量疊加到零線上的3倍頻諧波電流也就同步消除了。

 

   因此,LB3TPF三倍頻諧波相線濾波器的最大好處是從全系統的角度對3次、9次、15次、21次等三倍頻諧波電流進行治理,對整個供電系統的三倍頻諧波電流進行消除,配電系統上的任何設備都能夠受益。

 

 


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