下面是小編為大家整理的諧波對(duì)于電網(wǎng)危害非常大,供大家參考。
諧波對(duì)于電網(wǎng)的危害非常大， 主要表現(xiàn)在以下方面：
1 .由于電網(wǎng)主要是按基波設(shè)計(jì)的。
由于 LC 元件的存在， 雖然在基波時(shí)不會(huì)發(fā)生諧振， 但在某個(gè)特定諧波時(shí)卻可能引起諧振， 可能將諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍， 電網(wǎng)諧振引起設(shè)備過電壓， 產(chǎn)生諧波過流， 對(duì)設(shè)備造成危害。
特別是對(duì)電容器和與之串聯(lián)的電抗器。
其中， 特別要注意的是， 由于電容器是容性負(fù)載， 能與電網(wǎng)上感性設(shè)備（其它設(shè)備主要是感性設(shè)備）
配合， 構(gòu)成共振條件， 又由于其大小與諧波頻率成反比，因此， 電容更容易吸收諧波共振電流， 引起電容過載， 造成電容損壞， 或者熔絲熔斷。
2.使電網(wǎng)中的電氣設(shè)備產(chǎn)生額外的損耗（諧波功率）， 降低了設(shè)備的效率， 同時(shí)諧波會(huì)影響設(shè)備的正常工作，例如變壓器局部嚴(yán)重過熱， 電容器、 電纜等設(shè)備過熱， 電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)等故障， 絕緣部分老化、 變質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)候甚至設(shè)備損壞。
3.導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)， 造成不必要的損失， 諧波會(huì)使電氣測(cè)量?jī)x表測(cè)量不準(zhǔn)確， 造成計(jì)量誤差。
另外， 諧波還會(huì)產(chǎn)生對(duì)設(shè)備附近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾等其他危害。
諧波來源
1 、 中頻爐、 電弧爐等設(shè)備是該地區(qū)諧波的主要來源
中頻爐、 電弧爐等作為一類高效的加熱源已經(jīng)非常普及。
電弧爐是利用電極物料間產(chǎn)生的電弧熔煉金屬，因此， 它的電流波形很不規(guī)則， 含有多種諧波（2 次到 7 次）
以及間諧波， 這是諧波的一個(gè)重要來源。
而中頻爐是工頻電流整流后再變?yōu)橹蓄l， 再利用電磁感應(yīng)來熔煉金屬， 因此產(chǎn)生大量的高次諧波， 其中以 5次、 7 次、 11 次等奇次諧波為主。
2、 用戶變壓器群是該地區(qū)諧波的重要來源
一般情況下， 三相變壓器由于鐵芯為“日”形狀， 中相比邊相要短一半， 因此， 三個(gè)磁路的不對(duì)稱引起變壓器勵(lì)磁電流中含有諧波分量。
所以當(dāng)對(duì)空載三相變壓器加電壓激勵(lì)時(shí)， 即使受電側(cè)沒有零序電流通路（中性點(diǎn)不接地或三角形接線）， 勵(lì)磁電流中也會(huì)有諧波分量。
雖然在實(shí)際運(yùn)行時(shí)， 這個(gè)諧波分量很小， 但由于變壓器繞組接法以及各繞組和電網(wǎng)各相的連接統(tǒng)一規(guī)定時(shí)， 則各臺(tái)變壓器勵(lì)磁電流里的同次諧波彼此疊加，形成了電網(wǎng)中諧波的又一重要來源。
例如， 在絕大多數(shù)配變中， 都是 Y， yn 接線， 變壓器的中間的鐵柱對(duì)應(yīng)的線圈即中相接的都是 B 相， 這樣的統(tǒng)一接法， 就為 3、 5、 7 等次諧波提供了一個(gè)分別互相疊加的條件。
3、 諧波的其他來源
事實(shí)上， 諧波還有其他的來源， 各類生產(chǎn)用電如電鍍、 電泵等， 生活用電中如電視機(jī)、 電腦、 熒光燈等采用開關(guān)電源或其他電力電子技術(shù)的裝置， 單獨(dú)來看， 所產(chǎn)生的諧波非常微小， 但是由于其數(shù)量的極其龐大，也是不可忽視的一部分。
消除諧波的方法∶
從源頭上消除諧波－不采用有諧波的裝置或負(fù)載， 如采用矩陣變頻器、 1 2 相以上整流裝置， 都可以大大減少或消除諧波。
被動(dòng)消除諧波－ 抑制諧波的方法主要有兩種：
一種是減小的方法， 即采用無源濾波器， 它是利用 L-C 諧振特性， 形成對(duì)某一頻率的低阻抗特性， 從而減小流向電網(wǎng)的諧波電流； 二是讓補(bǔ)償裝置提供反相的諧波電流， 以抵消變流器所產(chǎn)生的諧波電流， 即有源濾波器。
供電系統(tǒng)中的諧波
在供電系統(tǒng)中諧波電流的出現(xiàn)已經(jīng)有許多年了。
過去， 諧波電流是由電氣化鐵路和工業(yè)的直流調(diào)速傳動(dòng)裝置所用的， 由交流變換為直流電的水銀整流器所產(chǎn)生的。
近年來， 產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型及數(shù)量均已劇增，并將繼續(xù)增長(zhǎng)。
所以， 我們必須很慎重地考慮諧波和它的不良影響， 以及如何將不良影響減少到最小。
1
諧波的產(chǎn)生
在理想的干凈供電系統(tǒng)中， 電流和電壓都是正弦波的。
在只含線性元件(電阻、 電感及電容)的簡(jiǎn)單電路里，流過的電流與施加的電壓成正比， 流過的電流是正弦波。
在實(shí)際的供電系統(tǒng)中， 由于有非線性負(fù)荷的存在， 當(dāng)電流流過與所加電壓不呈線性關(guān)系的負(fù)荷時(shí)， 就形成非正弦電流。
任何周期性波形均可分解為一個(gè)基頻正弦波加上許多諧波頻率的正弦波。
諧波頻率是基頻的整倍數(shù)， 例如基頻為 50Hz， 二次諧波為 1 00Hz， 三次諧波則為 1 50Hz。
因此畸變的電流波形可能有二次諧波、 三次諧波……可能直到第三十次諧波組成。
2 產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型
所有的非線性負(fù)荷都能產(chǎn)生諧波電流， 產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型有：
開關(guān)模式電源(SMPS)、 電子熒火燈鎮(zhèn)流器、調(diào)速傳動(dòng)裝置、 不間斷電源(UPS)、 磁性鐵芯設(shè)備及某些家用電器如電視機(jī)等。
(1 )開關(guān)模式電源(SMPS)：
大多數(shù)的現(xiàn)代電子設(shè)備都使用開關(guān)模式電源(SMPS)。
它們和老式的設(shè)備不同， 它們已將傳統(tǒng)的降壓器和整流器替換成由電源直接經(jīng)可控制的整流器件去給存貯電容器充電， 然后用一種和所需的輸出電壓及電流相適合的方法輸出所需的直流電流。
這對(duì)于設(shè)備制造廠的好處是使用器件的尺寸、 價(jià)格及重量均可大幅度地降低， 它的缺點(diǎn)是不管它是哪一種型號(hào)， 它都不能從電源汲取連續(xù)的電流， 而只能汲取脈沖電流。
此脈沖電流含有大量的三次及高次諧波的分量。
(2)電子熒光燈鎮(zhèn)流器：
電子熒光燈鎮(zhèn)流器近年被大量采用。
它的優(yōu)點(diǎn)是在工作于高頻時(shí)可顯著提高燈管的效率， 而其缺點(diǎn)是其逆變器在電源電流中產(chǎn)生諧波和電氣噪聲。
使用帶有功率因數(shù)校正的型號(hào)產(chǎn)品可減少諧波， 但成本昂貴。
(3)直流調(diào)速傳動(dòng)裝置：
直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制器通常采用三相橋式整流電路， 它也稱作六脈沖橋式整流電路， 因?yàn)樵谥绷鬏敵鰝?cè)每周波內(nèi)有六個(gè)脈沖(在每相的半波上有一個(gè))。
直流電動(dòng)機(jī)的電感是有限的， 故在直流電流中有 300Hz 的脈動(dòng)波(即為供電頻率的 6 倍)， 這就改變了供電電流的波形。
(4)不間斷電源(UPS)：
根據(jù)電能變換方式和由外部供電到內(nèi)部供電所用轉(zhuǎn)換方式的不同， UPS 有許多不同的類型。
主要的類型有：在線的 UPS、 離線的 UPS 和線路交互作用的 UPS。
由 UPS 供電的負(fù)荷總是電子信息設(shè)備， 它們是非線性的并且含有大量的低次諧波。
(5)磁芯器件：
在有鐵芯的電抗器上的勵(lì)磁電流和磁通密度之間的關(guān)系總是非線性的。
如果電流波形是正弦波(亦即電路中串聯(lián)的電阻很大)那么磁場(chǎng)中會(huì)有高次諧波， 這被認(rèn)為是強(qiáng)迫磁化過程。
如果施加在線圈上的電壓是正弦波形(亦即串聯(lián)的電阻很小)則磁通密度也將是正弦波形， 而電流波形則含有高次諧波， 這被認(rèn)為是自由磁化過程。
3 諧波引發(fā)的問題及解決措施
諧波電流在電源系統(tǒng)內(nèi)以及裝置內(nèi)均會(huì)造成問題。
但其影響和解決措施非常不一樣， 需要分別處理； 適用于消除諧波在裝置內(nèi)不良影響的辦法并不能減少諧波在電源系統(tǒng)內(nèi)造成的畸變， 反之亦然。
(1 )裝置內(nèi)的諧波問題及解決措施：
有幾個(gè)常見多發(fā)的問題是由諧波引起的：
電壓畸變、 過零噪聲、 中性線過熱、 變壓器過熱、 斷路器的誤動(dòng)作等。
①電壓畸變：
因?yàn)殡娫聪到y(tǒng)有內(nèi)阻抗， 所以諧波負(fù)荷電流將造成電壓波形的諧波電壓畸變(這是產(chǎn)生"平頂"
波的根源)。
此阻抗有兩個(gè)組成部分：
電源接口(PCC)以后的電氣裝置內(nèi)部電纜線路的阻抗和 PCC 以前電源系統(tǒng)內(nèi)的阻抗， 用戶處的供電變壓器即是 PCC 的一例。
由非線性負(fù)荷引起的畸變負(fù)荷電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生一個(gè)畸變的電壓降。
合成的畸變電壓波形加到與此同一電路上所接的全部其他負(fù)荷上， 引起諧波電流的流過， 即使這些負(fù)荷是線性的負(fù)荷也是如此。
解決的辦法是把產(chǎn)生諧波的負(fù)荷的供電線路和對(duì)諧波敏感的負(fù)荷的供電線路分開， 線性負(fù)荷和非線性負(fù)荷從同一電源接口點(diǎn)開始由不同的電路饋電， 使非線性負(fù)荷產(chǎn)生的畸變電壓不會(huì)傳導(dǎo)到線性負(fù)荷上去。
②過零噪聲：
許多電子控制器要檢測(cè)電壓的過零點(diǎn)， 以確定負(fù)荷的接通時(shí)刻。
這樣做是為了在電壓過零時(shí)接通感性負(fù)荷不致產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓， 從而可減少電磁干擾(EMI)和半導(dǎo)體開關(guān)器件上的電壓沖擊。
當(dāng)在電源上有高次諧波或瞬態(tài)過電壓時(shí)， 在過零處電壓的變化率就很高且難于判定從而導(dǎo)致誤動(dòng)作。
實(shí)際上在每個(gè)半波里可有多個(gè)過零點(diǎn)。
③中性線過熱：
在中性點(diǎn)直接接地的三相四線式供電系統(tǒng)中， 當(dāng)負(fù)荷產(chǎn)生 3N 次諧波電流時(shí)， 中性線上將流過各相 3N 次諧波電流的和。
如當(dāng)時(shí)三相負(fù)荷不平衡時(shí)， 中性線上流經(jīng)的電流會(huì)更大。
最近研究實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中性線電流會(huì)可能大于任何一相的相電流。
造成中性線導(dǎo)線發(fā)熱過高， 增加了線路損耗， 甚至?xí)龜鄬?dǎo)線。
現(xiàn)行的解決措施是增大三相四線式供電系統(tǒng)中中性線的導(dǎo)線截面積， 最低要求要使用與相線等截面的導(dǎo)線。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)曾提議中性線導(dǎo)線的截面應(yīng)為相線導(dǎo)線截面的 200%。
④變壓器溫升過高：
接線為 Yyn 的變壓器， 其二次側(cè)負(fù)荷產(chǎn)生 3N 次諧波電流時(shí)， 其中性線上除有三相負(fù)荷不平衡電流總和外， 還將流過 3N 次諧波電流的代數(shù)和， 并將諧波電流通過變壓器一次側(cè)流入電網(wǎng)。
解決上述問題最簡(jiǎn)單的辦法是采用 Dyn 接線的變壓器， 使負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流在變壓器△形繞組中循環(huán)， 而不致流入電網(wǎng)。
無論諧波電流流入電網(wǎng)與否， 所有的諧波電流都會(huì)增加變壓器的電能損耗， 并增加了變壓器的溫升。
⑤引起剩余電流斷路器的誤動(dòng)作：
剩余電流斷路器(RCCB)是根據(jù)通過零序互感器的電流之和來動(dòng)作的， 如果電流之和大于額定的限值它就將脫扣切斷電源。
出現(xiàn)諧波時(shí) RCCB 誤動(dòng)作有兩個(gè)原因：
第一， 因?yàn)?RCCB是一種機(jī)電器件， 有時(shí)不能準(zhǔn)確檢測(cè)出高頻分量的和， 所以就會(huì)誤跳閘。
第二， 由于有諧波電流的緣故，流過電路的電流會(huì)比計(jì)算所得或簡(jiǎn)單測(cè)得的值要大。
大多數(shù)的便攜式測(cè)量?jī)x表并不能測(cè)出真實(shí)的電流均方根值而只是平均值， 然后假設(shè)波形是純正弦的， 再乘一個(gè)校正系數(shù)而得出讀數(shù)。
在有諧波時(shí)， 這樣讀出的結(jié)果可能比真實(shí)數(shù)值要低得多， 而這就意味著脫扣器是被整定在一個(gè)十分低的數(shù)值上。
現(xiàn)在可以買到能檢測(cè)電流均方根值的斷路器， 再加上真實(shí)的均方根值測(cè)量技術(shù)， 校正脫扣器的整定值， 便可保證供電的可靠性。
(2)影響供電電源的諧波問題及解決措施：
《中華人民共和國(guó)電力法》 指出：
"用戶用電不得危害供電、 用電安全和擾亂供電、 用電秩序"， 《供電營(yíng)業(yè)規(guī)則》 中規(guī)定：
"用戶的非線性阻抗特性的用電設(shè)備接入電網(wǎng)運(yùn)行所注入電網(wǎng)的諧波電流和引起公共連接點(diǎn)至正弦波畸變超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)， 用戶必須采取措施予以消除。
"
由畸變電流造成的電壓畸變?nèi)Q于電源阻抗。
阻抗愈大則由同一電流畸變所造成的電壓畸變就愈大。
對(duì)于1 0 次以下的諧波而言， 供電網(wǎng)絡(luò)通常是感性的， 所以電源阻抗就和頻率成正比， 諧波次數(shù)越高， 所造成的畸變就越大。
通常不可能減小供電系統(tǒng)的阻抗， 所以需要采用別的步驟來保證電壓畸變不超過限度。
可能的解決方法有：
裝用諧波濾波器、 裝用隔離變壓器和裝用有源的諧波調(diào)節(jié)器。
①裝用諧波濾波器：
對(duì)于電動(dòng)機(jī)控制器產(chǎn)生的諧波， 諧波的形狀很分明， 可以用濾波器來降低諧波電流。對(duì)于六脈沖的控制器， 濾波器可去掉 20%的五次諧波以及全部的高次諧波， 對(duì)基波影響甚微。
為了避免增益頂峰靠近諧波， 必須用解諧的濾波器， 而且可能需裝多個(gè)濾波器。
在 1 2 脈沖橋路中最低次的諧波是 11次的， 此時(shí)情況比較簡(jiǎn)單。
②裝用隔離變壓器：
均衡的三次諧波電流傳回到電源去的問題可以用一臺(tái) Dyn 接法的隔離變壓器來削弱。使用這種變壓器時(shí)， 通常裝設(shè)一個(gè)旁路的電路以避免在進(jìn)行變壓器的維護(hù)工作時(shí)長(zhǎng)時(shí)期地對(duì)負(fù)荷停止供電。在這種情況下， 應(yīng)采用中性線有足夠大的通用四芯饋線。
在重要的配電系統(tǒng)中， 有時(shí)把隔離變壓器就地裝
在每一配電盤上， 使 3N 次諧波電流與配電系統(tǒng)相隔離。
隔離變壓器要適當(dāng)提高額定值， 否則也會(huì)產(chǎn)生電壓畸變和過熱。
③裝用有源的諧波調(diào)節(jié)器：
由變流器/逆變器產(chǎn)生的邊頻帶和諧波不能很好地用普通的濾波器來濾除， 這是因?yàn)檫咁l帶上的頻率是隨傳動(dòng)裝置的速度而變化的， 并且時(shí)常很接近于基波頻率。
目前有源濾波器日益推廣應(yīng)用， 它在工作時(shí)主動(dòng)地注入一個(gè)電流來精確地補(bǔ)償由負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流， 就會(huì)獲得一個(gè)純粹的正弦波。
這種濾波設(shè)備的工作靠數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)來控制快速絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。
因?yàn)樵O(shè)備是與供電系統(tǒng)并聯(lián)工作的， 它只控制諧波電流， 基波電流并不流過該濾波器。
如果所需過濾的諧波電流比濾波器的容量大的話， 它只是簡(jiǎn)單地起限制作用而使波形得到部分的糾正。