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電能質(zhì)量
專家診治

把電能質(zhì)量問(wèn)題交給領(lǐng)步400-056-5258

如何解決三次諧波問(wèn)題？

返回列表來(lái)源：領(lǐng)步電能質(zhì)量發(fā)布時(shí)間：2017-03-16分享加入收藏關(guān)注：-

專家講堂1

我們?cè)陂L(zhǎng)期的工程實(shí)踐中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)零線電流過(guò)大，大約等于相線電流，有時(shí)達(dá)到相線電流的1.7倍；傳統(tǒng)的電工理論告訴我們，當(dāng)三相電路的負(fù)荷平衡時(shí)，零線上的電流為零，或者很小。為什么現(xiàn)在這個(gè)理論不對(duì)了呢？其實(shí)這是因?yàn)?次及3次成倍數(shù)的諧波電流在零線上的疊加。下面就三次諧波產(chǎn)生的原因、危害及解決方法做一個(gè)詳細(xì)的分析。

一、三次諧波產(chǎn)生的原因

三次諧波電流主要來(lái)自于單相整流電路。
圖1 是一個(gè)典型的單相整流電路，電路中的電容是平滑電容，大部分整流電路中都包含這個(gè)電容，否則直流電壓的紋波很大。這個(gè)電容是導(dǎo)致三次諧波電流的主要原因。

圖1 三次諧波的來(lái)源

熟悉電路的人都知道，平滑電容的電壓被充電到交流電的峰值后，就維持在交流電峰值附近。當(dāng)交流電的電壓低于電容上的電壓時(shí)，電網(wǎng)上沒有電流流入負(fù)載。這時(shí)，負(fù)載的電流由電容供給，隨著輸出電流，電容的電壓開始降低，在某個(gè)時(shí)刻，交流電的電壓會(huì)高于電容上的電壓，這時(shí)，電網(wǎng)上才會(huì)有電流流入電容（給電容充電，使電容上的電壓升高）和負(fù)載中。因此，電網(wǎng)僅在接近電壓峰值的時(shí)刻向負(fù)載輸入電流，電流的形狀為脈沖狀。通過(guò)付立葉分析可知，這種脈沖狀的波形包含豐富的三次諧波成分。

二、產(chǎn)生三次諧波的主要負(fù)載

  當(dāng)今社會(huì)幾乎所有的電子電路都需要用直流供電來(lái)工作，因此整流電路無(wú)處不在。其中對(duì)配電系統(tǒng)造成巨大影響的典型設(shè)備包括：
1. 通信設(shè)備、UPS電源
2. 電腦為代表的信息設(shè)備、辦公自動(dòng)化設(shè)備
3. 大型醫(yī)療設(shè)備
4. 電視機(jī)為代表的家用電器，特別是變頻空調(diào)、電磁爐等
5. 節(jié)能燈、調(diào)光燈等照明設(shè)備
6. 大尺寸的LED屏幕
  電視機(jī)和計(jì)算機(jī)的電流為很窄的脈沖波，這是很典型的單相整流電路的電流波形，實(shí)際上，任何使用開關(guān)電源作為直流電源的設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生這種電流的波形。這是三次諧波電流的主要來(lái)源。
  目前大量使用的大尺寸LED屏幕，采用很多開關(guān)電源并聯(lián)供電，因此LED屏幕產(chǎn)生的3次諧波電流很大。調(diào)光燈通過(guò)控制可控硅的導(dǎo)通角來(lái)控制電壓的有效值。因此，他的電流也不是正弦波，而是左下圖所示的波形。這種波形有很陡的上升沿，因此還包含較高次數(shù)的諧波。節(jié)能燈也是目前常見的負(fù)載，他的電流也是脈沖狀的。實(shí)際上，現(xiàn)代建筑物中，節(jié)能燈導(dǎo)致的三次諧波電流已經(jīng)成為主要的危害。

  三、三次諧波引起的故障

圖二 3次諧波的典型故障

1. 三次諧波引起變壓器過(guò)熱
諧波電流在流過(guò)變壓器時(shí)，會(huì)造成變壓器的損耗增加，從而導(dǎo)致變壓器的溫度過(guò)高。其中，三次諧波電流造成變壓器過(guò)熱的情況Z為嚴(yán)重。當(dāng)負(fù)載全部為信息設(shè)備和節(jié)能燈時(shí)，變壓器的容量往往僅能達(dá)到銘牌上標(biāo)稱容量50%。
變壓器的初級(jí)繞組溫度很高，盡管變壓器還沒有達(dá)到額定的功率。這是由于3次諧波電流在初級(jí)繞組中形成環(huán)流所致。
2. 三次諧波引起跳閘
過(guò)流保護(hù)裝置意外動(dòng)作，雖然實(shí)際電流并沒有達(dá)到保護(hù)的閾值，這是由于包含3次諧波的電流在同樣有效值的條件下具有更大的峰值。
3. 三次諧波引起零線過(guò)熱
零線電流超過(guò)相線電流，盡管3相的負(fù)荷平衡，往往導(dǎo)致零線過(guò)熱。造成零線過(guò)熱的原因就是零線電流過(guò)大。零線不同于相線，他沒有過(guò)流保護(hù)裝置，因此在電流過(guò)大的情況下，不會(huì)進(jìn)行保護(hù)，只能任憑發(fā)熱。在一般配電系統(tǒng)中，零線的截面積并不比相線大（甚至更小），超過(guò)相線的電流必然會(huì)導(dǎo)致零線過(guò)熱；零線上沒有保險(xiǎn)裝置，不能象相線那樣在過(guò)流的清況下自動(dòng)斷開。因此，零線上過(guò)大的電流必然導(dǎo)致零線過(guò)熱。

四、解決三次諧波的辦法
上述提到了三次諧波的產(chǎn)生以及三次諧波容易引起的故障，那么出現(xiàn)了三次諧波的問(wèn)題該如何解決？目前對(duì)于三次諧波的治理，效果比較明顯的方法有兩種：

圖3 解決3次諧波的辦法

1.有源濾波器（LBAPF）
當(dāng)對(duì)電壓畸變率有較高的要求時(shí)，可以使用有源濾波器。需要注意的是，有源濾波器僅對(duì)其安裝位置的上游有作用，對(duì)于下游沒有任何效果。因此要注意安裝的位置。不能安裝在變壓器的下端，這樣僅能夠降低變壓器的溫度，對(duì)于降低零線溫度沒有任何作用。
2.三次諧波零線濾波器

如果對(duì)于電壓畸變率沒有嚴(yán)格的要求，僅是為了消除3次諧波電流的種種不良影響，使用零線諧波電流阻斷器是性價(jià)比Z高的方法。只要在變壓器的次級(jí)安裝一臺(tái)LB3NBF，就能夠保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)免受三次諧波電流的危害。但是LB3NBF作用僅在于消除３次諧波電流的影響，對(duì)于改善整個(gè)系統(tǒng)的電能質(zhì)量效果較小。

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