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谐 波

 

一.什么是谐波
电力系统中除基本波(50/60Hz)外,任一周期性之讯号,皆称为谐波。

二.谐波的种类
整数谐波:2nd、3rd、4th、 偶次谐波:2nd、4th、6th
奇次谐波:3rd、5th、7th
非整数谐波:2.3th、5.6th、
次级谐波:<1之谐波


三.谐波产生的负荷
非线性负荷的应用:变频器、整流器、UPS、荧光灯、计算机…………

四.谐波的影响
1)变压器
      对变压器而言,谐波电流可导致铜损和杂散损增加,谐波电压则会增加铁损。与纯正基本波运行的正弦电流和电压相较,谐波对变压器的整体影响是温升较高。须注意的是; 这些由谐波所引起的额外损失将与电流和频率的平方成比例上升,进而导致变压器的基波负载容量下降。而当你为非线性负载选择正确的变压器额定容量时,应考虑足够的降载因子,以确保变压器温升在允许的范围内。还应注意的是用户由于谐波所造成的额外损失将按所消耗的能量(仟瓦一小时)反应在电费上,而且谐波也会导致变压器噪声增加。

2)电力电缆
      在导体中非正弦波电流所产生的热量与俱有相同均方根值的纯正弦波电流相较,则非正弦波会有较高的热量。该额外温升是由众所周知的集肤效应和邻近效应所引起的,而这两种现象取决于频率及导体的尺寸和间隔。这两种效应如同增加导体交流电阻,进而导致I2Rac损耗增加。

3)电动机与发电机
      谐波电流和电压对感应及同步电动机所造成的主要效应为在谐波频率下铁损和铜损的增加所引起之额外温升。这些额外损失将导致电动机效率降低,并影响转矩。当设备负荷对电动机转矩的变动较敏感时,其扭动转矩的输出将影响所生产产品的质量。例如: 人造纤维纺织业和一些金属加工业。
      对于旋转电机设备,与正弦磁化相比,谐波会增加噪音量。像五次和七次这种谐波源,在发电机或电动机负载系统上,可产生六次谐波频率的机械振动。机械振动是由振动的扭矩引起的,而扭矩的振动则是由谐波电流和基波频率磁场所造成,如果机械谐振频率与电气励磁频率重合,会发生共振进而产生很高的机械应力,导致机械损坏的危险。

4)电子设备
      电力电子设备对供电电压的谐波畸变很敏感,这种设备常常须靠电压波形的过零点或其它电压波形取得同步运行。电压谐波畸变可导致电压过零点漂移或改变一个相间电压高于另一个相间电压的位置点。这两点对于不同类型的电力电子电路控制是至关重要的。控制系统对这两点(电压过零点与电压位置点)的判断错误可导致控制系统失控。而电力与通讯线路之间的感性或容性耦合亦可能造成对通讯设备的干扰。
      计算器和一些其它电子设备,如可编过程控制器(PLC),通常要求总谐波电压畸变率(THD)小于5%,且个别谐波电压畸变率低于3%,较高的畸变量可导致控制设备误动作,进而造成生产或运行中断,导致较大的经济损失。

5)开关和继电保护
      像其它设备一样,谐波电流也会引起开关之额外损失,并提高温升使基波电流承载能力降低。温升的提高对某些绝缘组件而言会降低其使用寿命。旧式低压断路器之固态跳脱装置,系根据电流峰值来动作,而此种型式之跳脱装置会因馈线供电给非线性负载而导致不正常跳闸。新型跳脱装置则根据电流的有效值(RMS)而动作。
      保护继电器对波形畸变之响应很大程度取决于所采用的检测方法。目前并没有通用的准则能用来描述谐波对各种继电器的影响。然而,可以认为目前在电网上一般的谐波畸变不会对继电器运行造成影响。

五.调谐滤波器的选择建议
1)电容器内附熔丝与外附熔丝的区别?
      答:区别很大。电容器选择熔丝保护的形式有内附熔丝与外附熔丝;当选择内附熔丝的电容器时,如果电容器某个单元熔丝发生故障,电容器依然运行,但电容器容量降低,谐振点就会发生偏移,当谐振点偏移到某次谐波的频率时,就会引起谐波的谐振。

2)电容器最大过载电流如何选择?
      答:过载电流含基波电流、谐波电流及电容偏差导致的电流,电容器运行都是满负荷运行,且谐波负荷容量较大,谐波电流也较大,这样电容器实际工作电流远高于2In。过载电流导致电容器的金属化聚丙烯膜升温,导致寿命降低。所以建议应选择过载能力在3In以上的电容器。

3) 电抗器温度保护有必要性吗?
      答:当然有必要。谐波电流会流经电抗器,同时会使电抗器发生温升,当温升超过电抗器的温限时会烧毁其结构中的绝缘层,导致相间短路而发生更严重的事故,故调谐电抗器必须设置过温保护功能。

4) 贴标调谐滤波器与原装进口调谐滤波器的区别?
      答:区别很大。首先可以区分贴标产品的一个重要手段就是判断调谐电抗器,国产电抗器都不具备过问保护功能,而进口原装电抗器都具备此功能;贴标品牌不具备本身品牌的各种认证资质,其后期的服务也不会受到原产厂家的质量保障!应该选择认证的公司名称与产品商标相符合,认证上的地址即为产品的生产地址的品牌调谐滤波器组。

5) 电容器额定电压怎么选择才比较安全?
      答:电容器额定电压应包括系统电压、电抗器电压和系统的背景谐波电压。根据IEE519的规定,其中背景的谐波电压三次谐波电压=0.5% VS 五次谐波电压=5% VS 七次谐波电压=5% VS 十一次谐波电压=5% VS 十三次谐波电压=5% VS
根据公式VC= VS + V L + VH
VC=400 + 400*7% + 400* 20.5%
=510V
所以建议电容器的额定电压为525V。

六.谐波治理方式的比较

1.使用被动式并联型(无源)滤波器:
      滤波器的构成:滤波器由滤波电容器串联滤波电抗器构成,然后并联在供电系统的中性线上。滤波器由滤波电容器串联滤波电抗器构成,谐波滤波器产生基波无功功率,以达到目标功率因子,其结果是绝大部分的谐波电流可被滤除。

2.使用调谐滤波器组:
      调谐滤波器组.使用最先进的制造方法,电容器元件以金属化聚丙烯膜电介质;串接调谐滤波电抗器,避免的谐波不发生谐振,电抗器且做3、5、7次谐波耐流,避免了被谐波电流烧毁的可能性,且能一定量的吸收谐波电流。
      以上两种方案都可达到补偿和抑制谐波的目的,但是从使用,造价上等比较,如下:

比较项目

被动式(无源)滤波器

调谐滤波器组

目的出发点

滤除谐波电流

避免电容器过电流、并联谐振、串联谐振、鼓肚及爆炸

功率因数的提高

可以

可以

滤波效果

滤除80%以上 

吸收15%-50%谐波电流

分段投切

不可以

可以

供货周期

较长

较短

造价

较高

相对较低

      通过以上比较,故建议使用调谐滤波器组达到功率因数补偿及抑制谐波的目的.

 

 


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