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諧波電流對供電系統(tǒng)的污染

作者: 時間:2011-05-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
整流濾波電路把輸入電流變成脈沖狀態(tài),當諧波電流流入電網(wǎng)時,在其傳輸阻抗上轉(zhuǎn)化為諧波電壓。系統(tǒng)中的各種設(shè)備和傳輸線纜的阻抗包括電阻與感抗,僅就傳輸線纜而言,l0cm長的導(dǎo)線,其電感是0.1μH,在1.5MHz時,其阻抗為1Ω,對脈沖電流可能產(chǎn)生的干擾電壓是不能忽視的,如圖1所示。

  


  由諧波電流THDI產(chǎn)生的諧波電壓經(jīng)過各級設(shè)備和傳輸線纜的阻抗的疊加,產(chǎn)生總電壓失真度THDU;電壓失真度隨著非線性負載上線的阻抗累積而逐步增大。

  諧波電壓不僅污染電網(wǎng),而且影響由該電網(wǎng)供電的其他系統(tǒng)和設(shè)備的工作,而首先受影響的是系統(tǒng)本身。由于諧波干擾而出現(xiàn)異常的現(xiàn)象主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

  (1)損壞電容

  電容中的電流值表示為:I=UCω(4-20)

  對第κ次諧波的角頻率為ω=2πkf,因此第κ次諧波電容電流為Ik=-=2πkfUC,其中f=基波頻率,k=諧波次數(shù)。

  顯然,隨著電壓頻率的升高,電容阻抗(1/2πf)成比例地下降,電容中的電流/隨著諧波頻率的提高而增大,特別是大容量電解電容,在電壓富含諧波時,溫升會明顯增高,甚至爆炸損壞。在濾波電路中由于存在電感,當電壓的諧波成分偏離濾波電路設(shè)計頻率時,很可能形成振蕩,使諧波進一步放大,電容會同時受到發(fā)熱和過壓的威脅,所以配置電容時,需要附加如下限制:

  ●U最大=1.lUn;

  ●I最大=1.3In;

  ●THDU最大≤8。

  (2)變壓器降容

  諧波對變壓器的影響表現(xiàn)在以下幾個方面:

  ●由于存在趨膚效應(yīng)(skin-effect),變壓器繞組的阻抗隨諧波次數(shù)的增大而增大;

  ●磁滯損耗與諧波頻率成正比;

  ●渦流損耗與諧波頻率的平方成正比。

  為了保證變壓器在富含諧波的環(huán)境中正常運行,變壓器必須降容使用,折算系數(shù)k由下面經(jīng)驗公式確定(法國標準NFC52-114):

  

  例如,用一臺1000kVA的變壓器為6脈沖整流電路供電,該整流器產(chǎn)生的諧波頻譜為:H5=25%,H7=14%,H11=9%,H13=8%,THDI=31%,代入上述公式得到功率折算系數(shù)為k=0.91。因此,變壓器的可用視在功率僅為9l0kVA。

  一般來說,負載的諧波必然會造成電源系統(tǒng)的降容,負載的功率因數(shù)越低,電源的降容也就越多。

  (3)異步電動機損耗增大

  諧波在異步電動機中產(chǎn)生以下的影響:

  ●增大焦耳損耗和鐵損耗(定子損耗);

  ●產(chǎn)生脈動力矩(轉(zhuǎn)子損耗,降低機械效率);

  ●諧波對電機的影響除引起附加損耗外,還會產(chǎn)生機械振動、噪聲和諧波過電壓。

  因此異步電動機上的THDU必須限定在10%以下,以避免上述現(xiàn)象的發(fā)生。

  (4)其他影響

  諧波對電網(wǎng)的污染,還表現(xiàn)在以下幾個方面。

 ?、僦C波使公用電網(wǎng)中的設(shè)備和元件產(chǎn)生附加的諧波損耗,降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率。實際上諧波電流在電網(wǎng)中的流動會在線路上產(chǎn)生有功損耗,是電網(wǎng)線路損耗的一部分。再者,諧波還可能便電壓波形出現(xiàn)尖峰,加速電纜絕緣層的老化,縮短電纜使用壽命。

  ②諧波會干擾由同一電網(wǎng)供電的其他電氣設(shè)備的正常工作。曾經(jīng)有過這樣的例于,某工廠的電動機運行一直正常,但一段時間以來卻陸續(xù)出現(xiàn)損壞。經(jīng)查,是因為接于同一電網(wǎng)的鄰近單位新投入了一臺大型整流設(shè)備,因未采取抑制諧波的措施,其諧波電流的存在影響了該廠電動機的正常運行。

 ?、壑C波會在公用電網(wǎng)中引起局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振,從而使諧波放大,這就便上述兩項危害大大增加,甚至引起嚴重事故。為了補償負載的無功功率,提高功率因數(shù),常在負載處裝置并聯(lián)電容器。此外,為了濾除諧波,也會裝設(shè)由電容器和電抗器組成的濾波器。在工頻頻率下,這些電容器的容抗比系統(tǒng)的感抗大得多,不會產(chǎn)生諧振,但對諧波頻率而言,系統(tǒng)感抗大大增加而容抗大大減小,就可能產(chǎn)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振。這種諧振會使諧波電流放大凡倍甚至數(shù)10倍,會對系統(tǒng),特別對電容器和與之串聯(lián)的電抗器形成很大的威脅,常常使電容器和電抗器燒毀。在由諧波引起的事故中,這類事故占有很高的比例。

 ?、苤C波會導(dǎo)致繼電保護和自動裝置的誤動作,并會便電氣測量儀表計量不準確。諸如對諧波比較敏感的繼電器、能反映瞬時值的電流繼電器、增量繼電器(有LC并聯(lián)諧振電路和電阻組成的四臂電橋)、應(yīng)用積分比相原理構(gòu)成的高頻差相保護和差動保護裝置等。

  ⑤諧波會對鄰近的通信和計算機系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,輕者產(chǎn)生噪聲,降低通信質(zhì)量;重者導(dǎo)致信息丟失,使通信和計算機系統(tǒng)無法正常工作。

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