諧波有什么危害?

 

    諧波的主要危害有7個方面：

 

    第一：導(dǎo)致電纜過熱

 

    諧波電流流過電纜時，會導(dǎo)致電纜過熱。造成這種現(xiàn)象的原因是交流電流的趨膚效應(yīng)。

 

    由于趨膚效應(yīng)，當(dāng)頻率較高的諧波電流流過導(dǎo)體時，導(dǎo)體的有效截面積小于導(dǎo)體的實際截面積。截面積小，意味著有更大的電阻，也就意味著會產(chǎn)生更大的熱量。當(dāng)頻率較高的諧波電流流過導(dǎo)體時，導(dǎo)體呈現(xiàn)的電阻比基波電流要大，因此同樣幅度的諧波電流比基波電流產(chǎn)生更大的熱量。導(dǎo)體損耗與諧波畸變率的關(guān)系如圖1所示。

 

    圖1 銅線損耗與諧波畸變率的關(guān)系

 

    對于諧波電流產(chǎn)生更大熱量的問題必須重視。因為我們在進行線路設(shè)計時，導(dǎo)體的截面積是按照基波頻率設(shè)計的，而當(dāng)這些導(dǎo)體中流過諧波電流時，呈現(xiàn)更大的電流密度，導(dǎo)致更大的電阻損耗(I2R)，從而導(dǎo)致導(dǎo)體發(fā)熱。導(dǎo)體過熱會導(dǎo)致電纜早期老化、甚至誘發(fā)火災(zāi)。

 

    第二：導(dǎo)致變壓器過熱

 

    諧波電流流過變壓器時，會導(dǎo)致變壓器發(fā)出額外的熱量，使變壓器在沒有達到額定功率時便出現(xiàn)溫度過高的現(xiàn)象，導(dǎo)致變壓器的實際容量降低。在工業(yè)上，一些變壓器的負(fù)荷主要是變頻器、中頻爐等諧波源設(shè)備，這時，發(fā)現(xiàn)變壓器僅僅達到50%負(fù)荷時，就溫度過高。在商業(yè)上，隨著一些建筑物中的節(jié)能燈、以PC機為代表的信息設(shè)備等非線性負(fù)荷增加，變壓器過熱的現(xiàn)象也十分常見。

 

    過高的溫度會縮短變壓器的壽命。為了避免變壓器過熱，當(dāng)負(fù)載是諧波源時，必須降額選用變壓器(使變壓器不工作在額定功率下)。一種專門用于諧波條件下的變壓器稱為k等級變壓器，這種變壓器的繞組和鐵心都按照更大功率的情況進行設(shè)計，能夠承受諧波電流產(chǎn)生的額外的熱量。

 

    諧波電流造成變壓器過熱的原因是諧波電流增加了線圈繞組的電阻損耗(稱為銅損)和鐵心的損耗(稱為鐵損)。諧波電流導(dǎo)致導(dǎo)線產(chǎn)生更大的損耗的分析在上一節(jié)已經(jīng)進行了分析，下面分析鐵心損耗增加的原因。

 

    變壓器的鐵心在施加了交流磁場的條件下，會產(chǎn)生損耗。這種損耗包括兩個方面，一個是渦流損耗，它是交流磁場在鐵心上感應(yīng)出了電流，電流在鐵心的電阻上發(fā)熱而產(chǎn)生的能量損耗。另一個是磁滯損耗，它是鐵心內(nèi)部的磁疇在磁場作用下不斷翻轉(zhuǎn)消耗的能量。

 

    這兩部分損耗都與頻率有關(guān)，頻率越高，損耗越大。

 

    第三：導(dǎo)致變無功補償裝置損壞

 

    諧波電流對無功補償裝置的影響也很常見，這實際已經(jīng)成為企業(yè)進行節(jié)能技術(shù)改造中不可回避的問題。節(jié)能改造中大量使用變頻器，而變頻器產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波電流。這些諧波電流對原來的無功補償裝置造成了不同程度的損壞，常見的現(xiàn)象包括：

 

    1、無功補償裝置不能投切：這一般發(fā)生在無功補償控制器中包含諧波保護裝置的場合，當(dāng)檢測到諧波電流過大時，裝置進入保護狀態(tài)，同時會顯示諧波過大的提示信息;

 

    2、無功補償裝置中的保險絲燒斷：這是流過補償裝置的電流過大導(dǎo)致的;

 

    3、無功補償裝置中的電容炸裂：這是流過補償電容的電流過大，導(dǎo)致電容過熱引起的。

 

    有時，不僅無功補償器出現(xiàn)故障，甚至變壓器也會遭到損壞。諧波電流造成這些危害的根本原因是諧波電流在無功補償裝置與變壓器構(gòu)成的回路中發(fā)生了諧振。

 

    第四：三次諧波的特殊危害

 

    在處理諧波問題時，三次諧波電流需要引起特別的關(guān)注。三次諧波電流之所以危害很大，是因為三次諧波電流在中線上疊加，會導(dǎo)致中線電流過大，造成火災(zāi)隱患。圖2是三次諧波導(dǎo)致零線過熱的情況。實際上，20年前，在歐美發(fā)達國家，很多火災(zāi)是中線過熱導(dǎo)致的?，F(xiàn)在，歐美國家對電子設(shè)備的三次諧波電流進行了嚴(yán)格限制，并在工程中特別關(guān)注，中線過熱的現(xiàn)象已經(jīng)很少見到。

 

    圖2 三次諧波電流導(dǎo)致零線過熱

 

    零線上的電流過大之所以危害極大，是因為零線上沒有保護裝置。配電線路的保護裝置一般安裝在相線上，因此，相線上一旦出現(xiàn)過大的電流，保護裝置會動作，避免線路過熱。而零線上沒有保護裝置，電流過大時，只能任其過熱。

 

    三次諧波電流本身并不可怕，可怕的是幾乎所有的人還沒有認(rèn)識到這種危害，因此沒有防范措施，從設(shè)計開始就埋下了了隱患。

 

    第五：對其他電子設(shè)備的不良影響

 

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