詳解三次諧波以及其危害和解決方案

這個圖中所顯示的是一臺1500W的設(shè)備，按照正弦波電流計算，電流的有效值應(yīng)該為7A左右，峰值電流為10A左右，但是，這里的峰值達(dá)到了60A。

這就會導(dǎo)致通過檢測峰值電流工作的保護裝置誤動作。

案例1：

某火鍋城，使用電磁爐加熱，當(dāng)客人較多時，頻繁跳閘。而配電箱的設(shè)計容量已經(jīng)留出了2倍的余量。

案例2：

某軟件公司，使用數(shù)百臺電腦，頻繁出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。

三次諧波引起變壓器過熱

諧波電流在流過變壓器時，會造成變壓器的損耗增加，從而導(dǎo)致變壓器的溫度過高。其中，三次諧波電流造成變壓器過熱的情況最為嚴(yán)重。當(dāng)負(fù)載全部為信息設(shè)備和節(jié)能燈時，變壓器的容量往往僅能達(dá)到銘牌上標(biāo)稱容量50%。

造成這種現(xiàn)象的原因是變壓器的結(jié)構(gòu)。三相四線制配電系統(tǒng)中的變壓器的結(jié)構(gòu)都是Δ/Υ結(jié)構(gòu)。當(dāng)變壓器的負(fù)載端有三次諧波電流時，三次諧波電流會耦合到變壓器的初級側(cè)。這種結(jié)構(gòu)的變壓器不會將三次諧波電流發(fā)射到上游電網(wǎng)(這可能是一個優(yōu)點)，但是，三次諧波電流也并不抵消，而是在變壓器的初級Δ繞組中形成環(huán)流，這種環(huán)流的幅度會很大，從而產(chǎn)生很大的熱量。

為了防止變壓器的溫度過高，很多人采用K因子變壓器，這種變壓器實際就是一種冗余量很大的變壓器，通過增大變壓器的容量來降低溫度。

歐美國家開始采用消諧波變壓器，這是通過消除三次諧波環(huán)流來實現(xiàn)的。不僅能夠降低變壓器的溫度，并且具有顯著的節(jié)能效果。從上圖中可以看出，消諧波變壓器的溫度遠(yuǎn)低于普通變壓器，減少的發(fā)熱量就是節(jié)省的電能。

三次諧波引起零線過熱

三次諧波電流引起的另一種典型故障就是零線過熱。

圖中所示的是開關(guān)柜中零線電流過大導(dǎo)致過熱的情況。上面的一組是可見光照片，可以看到零線過熱的情況。左面的是零線的絕緣層嚴(yán)重老化，右面的是零線的接線銅排嚴(yán)重氧化。這都說明零線處于高溫下。

下面的圖中，展示了紅外線圖象。右面的圖像為可見光照片，雖然零線仍然完好，但是左面的圖像告訴我們，他的溫度已經(jīng)超過了相線。長時間的高溫，會加速絕緣層老化。

造成零線過熱的原因就是零線電流過大。零線不同于相線，他沒有過流保護裝置，因此在電流過大的情況下，不會進行保護，只能任憑發(fā)熱。

變壓器過熱的情況容易引起維護人員的警覺，并且可以通過增大變壓器的容量，或者增加外部散熱的方式進行降溫。而零線過熱的問題往往被維護人員忽略。

電纜過熱往往是電氣火災(zāi)的隱患。因此，對于零線過熱的情況必須足夠重視。