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三次谐波的产生、危害及解决方法(1)

北极星电力网技术频道    作者:杨继深   2012/7/4 16:12:47   

 关键词:  三次谐波 谐波

三次谐波的来源

三次谐波电流主要来自于单相整流电路。

图示的是一个典型的单相整流电路,电路中的电容是平滑电容,大部分整流电路中都包含这个电容,否则直流电压的纹波很大。这个电容是导致三次谐波电流的主要原因。

熟悉电路的人都知道,平滑电容的电压被充电到交流电的峰值后,就维持在交流电峰值附近。当交流电的电压低于电容上的电压时,电网上没有电流流入负载。这时,负载的电流由电容供给,随着输出电流,电容的电压开始降低,在某个时刻,交流电的电压会高于电容上的电压,这时,电网上才会有电流流入电容(给电容充电,使电容上的电压升高)和负载中。因此,电网仅在接近电压峰值的时刻向负载输入电流,电流的形状为脉冲状。

通过付立叶分析可知,这种脉冲状的波形包含丰富的三次谐波成分。

3次谐波的典型故障

上图是一个典型的配电系统。首先,建筑物的电力入口处是一台变压器,将中压电(一般为10kV)变为低压电。变压器的初级为Δ形接法,次级为Υ接法。然后,通过不同的配电柜(箱)给建筑物中的不同负载供电。在布线时,要充分考虑三相负荷的平衡性。通常,零线的截面积与相线是相同的,有些建筑物中零线的截面积小于相线的截面积。

在这个系统中,3次谐波电流造成的危害具有十分典型的特征,当遇到以下这些故障现象,并且能够确认负荷的种类属于单相整流电路时,就可以初步判定是3次谐波电流的问题:

1. 变压器的初级绕组温度很高,尽管变压器还没有达到额定的功率。这是由于3次谐波电流在初级绕组中形成环流所致。

2. 过流保护装置意外动作,虽然实际电流并没有达到保护的阈值,这是由于包含3次谐波的电流在同样有效值的条件下具有更大的峰值。

3. 零线电流超过相线电流,尽管3相的负荷平衡,往往导致零线过热。这是本文要重点讨论的一种现象。

三次谐波引起跳闸

上图是单相整流电路中的电流波形。

常识告诉我们,电流的持续时间短了,要保持一定的有效值,就必须具有更高的峰值。

这个图中所显示的是一台1500W的设备,按照正弦波电流计算,电流的有效值应该为7A左右,峰值电流为10A左右,但是,这里的峰值达到了60A。

这就会导致通过检测峰值电流工作的保护装置误动作。

案例1:

某火锅城,使用电磁炉加热,当客人较多时,频繁跳闸。而配电箱的设计容量已经留出了2倍的余量。

案例2:

某软件公司,使用数百台电脑,频繁出现跳闸现象。

三次谐波引起变压器过热

谐波电流在流过变压器时,会造成变压器的损耗增加,从而导致变压器的温度过高。其中,三次谐波电流造成变压器过热的情况最为严重。当负载全部为信息设备和节能灯时,变压器的容量往往仅能达到铭牌上标称容量50%。

来源:航天绿电
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