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谐波产生的原因及危害方式

人气:473次发表时间:2018-07-19

一. 谐波的产生

当电网中的电压或电流波形呈非理想的正弦波时,其中会出现含有高于50HZ的电压或电流成分,我们将高于50HZ频率的电压或电流成分称之为谐波

谐波危害

谐波来源很多,主要为非线性用电设备。非线性用电设备为电网的主要谐波来源,其中以下几种最严重:

1. 电弧加热设备;如电弧炉,电焊机等。

2. 交流整流的直流用电设备;如电力机车,电解,电镀,直流电机等。

3. 交流整流再逆变的用电设备;如变频器。

4. 开关电源设备;如中频炉,彩电,电脑等

5. 目前民用的照明设备、通讯设备、日常用电设备等都为非线性设备。

下面介绍主要几种非线性用电设备的谐波产生原理。

Ⅰ.电弧炉

电弧炉作为加热设备,它在70V以上才会起弧,起弧之后才有弧电流;同样,电弧炉灭弧时电压也有几十伏,只是略低于起弧电压,这样就造成了弧电压与弧电流的不同步,出现非线性特性;并且弧电流波形不对称,是非正弦波,因此产生的谐波非常大,多为18次以下低次数谐波,对电网污染严重.

Ⅱ.直流用电设备:如直流电机调速系统.

交流整流成直流,由于整流设备整流时有一个阀电压,小于阀电压,电流为零,说明电压与电流并不同步。为了能提供平稳的直流电源,在整流设备中又加入了储能元件(电容和电感),这些储能元件工作时又把阀电压提高了一段,电压和电流形成非常明显的非线性特征;为了方便控制直流设备的电压和电流,一般采用可控硅通过控制其导通角调节供给电压实现调速,由于交流通过整流后得到的直流存在脉动,脉动就会产生高次谐波,高次谐波又会导致系统电压和电流波形畸变;一系列的变化,各种原因重叠一起,就产生严重的谐波污染,主要为5,7,11,13次低次谐波,破坏性很大.

Ⅲ.整流逆变设备:如中频炉,变频器.

这类设备在交流变直流过程中产生的谐波与上述整流设备一样,更为突出的是它从直流逆变成交流时又有逆变波形反射到交流,这样产生的谐波不仅有低次谐波、高次谐波,更有分数谐波,可以说谐波成分比较复杂.

二.谐波危害

1.谐波频率较高导致导线的趋肤效应加重,因此铜损急剧增加.变压器也因为铁芯不 能适应急剧变化的磁通,导致铁损迅速增加.造成变压器发热而烧毁(电流表显示不出谐波电流),而且浪费电能.谐波还会造成功率因数太低,无功量过大,企业力率居高不下.

2.由于谐波无孔不入,它不会象无功电流那样会一直传送至发电机,而是全被电网中的设备消耗掉,越近的系统,消耗的越多,造成本用电系统中的设备的损耗普遍性增加,温升提高.

3.电机类负荷,由于谐波的逆序作用导致输出扭矩下降,电机过热,浪费电能而不知.

4.在含有电力电容器的场合,电容器对谐波呈低阻抗会出现严重过电流,造成电容器发生失容损坏和爆裂.

5.精密电子设备,包括电子电能表,会被严重干扰,精度下降甚至烧毁.

6.继电保护机构会由于谐波作用产生误动作或拒动.

三.解决方案

例如:

重庆某电子厂,配电房补偿装置长期出现烧毁、跳闸等现象,直接导致其考核功率因数不达标,系统存在5、7次谐波,导致力调费罚款,用户多次维护效果仍不佳,感到十分头疼。经供电局及成套厂辗转推荐,用户找到我司,我司携带电能质量分析仪对其系统全工段负荷进行了整体测试,并测试记录原补偿装置的损坏状态。系统性分析发现现场存在波动性无功欠补偿、谐波放大、电容超限运行等诸多问题。经过可行性实验,仿真校核,我司定制“动静结合滤波补偿方案”,改造实际运行效果喜人,功率因数达到0.92以上,供电可靠性提升的同时系统谐波含量降低,原生产线设备故障率大幅降低,有效避免了力调电费

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