電網諧波對用電設備的影響及其抑制

近年來，隨著各種整流和換流設備、電子設備、電弧爐、變頻器、日用電器和照明設備的大量應用，使電網的電壓和電流發生了畸變，電網產生了大量的高次諧波。本文旨在論述諧波對工廠用電設備的影響及其抑制措施。 一、諧波的影響1、變壓器對變壓器而言，諧波電流可導致銅損和雜散銅損增加，諧波電壓則會增加鐵損。與純正基本波運行的正弦電流和電壓相比較，諧波對變壓器的整體影響是溫升較高。必須注意的是：這些由諧波所引起的額外損失將與電流和頻率的平方成比例上升，進而導致變壓器的基波負載容量下降。而且諧波也會導致變壓器雜訊增加。2、電力電纜在導體中非正弦波電流所產生的熱量與具有相同均方根值的純正弦波電流相比較，則非正弦波會有較高的熱量。該額外溫升是由眾所周知的集膚效應和鄰近效應所引起的，而這兩種現象取決於頻率及導體的尺寸和間隔。這兩種效應如同增加導體交流電阻，進而導致I2Rac損耗增加。3、電動機諧波對電動機的主要影響是引起附加損耗，其次是產生機械振動、雜訊和諧波過電壓。當電動機的諧波電流增大時，電動機的磁飽和程度增加，其所引起的電動機的附加損耗和發熱的增加，要比單純由諧波本身引起的損耗和發熱大得多。對於旋轉電動機設備，與正弦磁化相比，諧波會增加噪音量。像五次和七次這種諧波源，在電動機負載系統上，可產生六次諧波頻率的機械振動。機械振動是由振動的扭矩引起的，而扭矩的振動則是由諧波電流和基波頻率磁場所造成的，如果機械諧振頻率與電器勵磁頻率重合，會發生共振而產生很高的機械應力，導致機械損壞的危險。4、開關像其它設備一樣，諧波電流會引起開關之外額外溫升並使基波電流負載能力降低。溫升的提高對某些絕緣組件而言會降低其使用壽命。5、電子設備計算機及部分電設備，如可編程式控制制器（PLC），通常要求總諧波電壓畸變率（THD）小於5%，且個別諧波電壓畸變率低於3%，較高的畸變數可導致控制設備誤動作，進而造成生產或運行中斷，導致較大的經濟損失。二、諧波與功率損失在電網電壓、電流波形畸變的情況下，視在功率S與有功功率P和無功功率Q之間的關係變為：S2 > P2 + Q2，視在功率中除去有功功率後，餘下的功率包括兩部分。現用C表示餘下的其中一部分，稱之為畸變功率。這樣，視在功率就成為三向量之和，即：S2 = P2 + Q2 + C2 ，畸變功率C具有無功功率的性質。因此，諧波電流的存在可看作是無功功率的增加，畸變功率也就可稱為諧波無功功率。它與電磁無功功率在電網中流動時一樣，會增加線路和變壓器的銅損耗，並使電網的功率因數降低。三、抑制諧波的措施1、改變供電系統的運行方式；2、合理選擇供電電壓；3、設法減少諧波源的諧波注入量；4、設置交流濾波器；5、設置有源濾波器。在這些措施中，措施1、2、3的實施是不現實或極其困難的，措施4效果也不是很好，措施5有源濾波器濾波效益可觀，並且技術日趨成熟，目前已逐步開始普及。有源濾波器目前全部為智能化控制，可以做到免調試。不僅能有效地濾除電網的各次諧波，而且還可以提高用電設備的功率因數，從而取得非常滿意的節電效果。因為通常採用功率因數提高措施，雖然可以大幅度降低基波無功電流，但是必然會出現諧波放大現象。這時，供電電流和電流中諧波電流大幅增加，諧波無功功率也相應增加，使器件由於超溫和過壓而損壞，供電變壓器溫升加大。所以有源濾波器這一功能是非常必要的。現在，該類濾波器已實現了平均無故障時間十年的要求，可以用於所有感性負載。只要是根據現場電氣參數準確來配備，其在濾除諧波提高功率因數的同時，還可以起到可觀的節電作者：不詳　來源：網路

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