谐波对低压电器影响和消除方法研究

《谐波对低压电器影响和消除方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、谐波对低压电器影响和消除方法研究　　【摘要】谐波对低压电器的影响主要表现为引起电气设备（电机，变压器和电容器等）附加损耗和发热，使同步发电机的额定输出功率降低，转矩降低，变压器温度升高，效率降低，绝缘加速老化，缩短设备的使用寿命，甚至损坏：降低继电保护、控制以及检测装置的工作精度和可靠性等。【关键词】谐波；低压电器；影响；消除1.前言在供电系统中，产生谐波的根本原因是由于给具有非线性阻抗特性的电气设备（又称为非线性负荷）供电的结果。这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，使电能质量变坏。因此，谐波

2、是反映电力质量的重要指标之一。谐波的危害表现为引起电气设备（电机、变压器和电容器等）附加损耗和发热：使同步发电机的额定输出功率降低，转矩降低，变压器温度升高，效率降低，绝缘加速老化，缩短设备的使用寿命，甚至损坏降低继电保护、控制以及检测装置的工作精度和可靠性等。谐波注入电网后会使无功功率加大，功率因数降低，甚至有可能引发并联或串联谐振，损坏电气设备以及干扰通信线路的正常工作。102.谐波产生的原因谐波产生的根本原因是由于电力系统中某些设备和负荷的非线性特性，即所加的电压与产生的电流不成线性（正比）关系而造成的波形畸变。当电力系统向非

3、线性设备及负荷供电时，这些设备或负荷在传递（如变压器）、变换（如交直流转换器）、吸收（如电弧炉）系统发电机所供给的基波能量的同时，又把部分基波能量转换为谐波能量，向系统倒送大量的谐波，使电力系统的正弦波形畸变，电能质量降低。谐波的产生主要来自下列具有非线性特性的电气设备：（1）具有铁磁饱和特性的铁芯设备，如变压器、电抗器等。（2）以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等。（3）以电力电子元件为基础的开关电源设备，如各种电力变流设备（整流器、逆变器、变频器）、相控调速和调压装置，大容量的电力晶

4、闸管可控开关设备等，它们大量的用于化工、电气铁道、冶金、矿山等工矿企业以及各式各样的家用电器中。3.谐波对低压电器的影响3.1谐波对变压器的影响。10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。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素，以确保变压器温升在允许的范围内。还应注意的是由于谐波所造成的额外损失将按所消耗的能

5、量（千瓦/小时）将反应在电费上，而且谐波也会导致变压器噪声增加。3.2谐波对电力电缆的影响。在导体中非正弦波电流所产生的热量与具有相同均方根值的纯正弦波电流相比较，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。3.3谐波对电动机的影响。（1）谐波电流和电压对感应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大为降低，并影响转矩。当设备负荷对电动机转矩的变动

6、较敏感时，其扭动转矩的输出将绝对影响所生产产品的质量。10（2）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。3.4谐波对电子设备的影响。（1）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

7、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必将造成对通讯设备的干扰。（2）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。3.5谐波对断路器和继电保护装置的影响。（1）像其它设备一样，谐波电流也会引起断路器的额外损失，并提

8、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。10（2）机械式低压断路器的固态跳脱装置，系根据电流峰值来动作，而此种型式的脱扣装置会因馈线供电给非线性负载而导致不正常跳闸。电子型脱扣装置则根据电流的有效值