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三次谐波

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  • 发布时间:2013/9/18 14:49:54
  • 作者:银河电气

 一、定义

  三次谐波是指信号中所含有的频率为基波的三倍倍的电量。
  在物理学和电类学科中都有三次谐波的概念,任何一个波函数都可以进行傅里叶分解f(t)=∑(k=0,n)cos(kwt+ak) ,当k=3时f(t)=cos(3wt+a3)称为三次谐波。

含三次谐波的变压器空载电流波形及谐波频谱

含三次谐波电流波形及谐波分析

二、危害

1、因为三次谐波的零序性,低压母线上的三次谐波电压主要与中性线的三次谐波电流有关。

  • 当变压器接法为时,零序性的三次谐波电流将成为励磁电流,在此零序励磁电抗上产生较大的压降,即三次谐波电压,很容易造成低压母线上的电压总畸变率超标;
  • 当变压器接法为△-0时,侧的变压器绕组形成三次谐波电流流通的回路,该回路阻抗为变压器漏抗,远较零序励磁阻抗小为20倍左右 ,从而不会在低压母线产生很大的三次谐波电压。

2、如果低压三相的三次谐波电流不平衡,则存在正序和负序的三次谐波分量。

  • 如果配电变压器为接线,低压侧正序和负序的三次谐波电流会在高压侧绕组感应出三次谐波电压,对高压侧产生影响;
  • 如果配电变压器为△-11接线,低压侧正序和负序的三次谐波电流在高压侧绕组感应出的三次谐波电流在△绕组形成环流,对高压侧产生的三次谐波影响要比变压器为接线时小,但增加了变压器高压绕组的损耗。

3、由于中性线中三相负荷不平衡引起的工频电流和三次谐波电流的叠加有可能大于相电流,当三相的三次谐波平衡时,由于接线的变压器铁芯中零序的三次谐波无通路,磁通只能经铁心、空气和外壳等构成回路,产生附加损耗和局部过热。而在接线中,△绕组为三次谐波电流提供通路,它所产生的三次谐波磁通将抵消铁芯中的原三次谐波磁通,从而使铁心中的合成磁通基本上呈正弦波,减少了附加损耗,但谐波电流的存在使因子因谐波发热而降低变压器输送能力,正常值为1.0和电流波峰系数增大,造成供电变压器的利用率下降或过载;

4、由于中性线中电流过大,使配电系统中性线的电缆、导线出现过负荷引起绝缘老化加速,增加了火灾隐患。主要原因有:

国内普遍选取中性线导体的截面积是相线的50%;

  • 已运行的许多按老标准设计制造的电缆中,中性线导体的截面积是相线的33%;
  • 已运行的许多按新标准设计制造的电缆中,中性线导体的截面积是相线的50%;
  • 中性线与相线导体选取相同截面积,无论工程设计、材料制造、安装、投入使用所占的比例都很小。

5、由于电流和电压畸变,增加了供电系统中其他设备、材料的损耗,引起附加发热、绝缘老化、减少使用寿命;

6、由于电流和电压畸变,增加了供电系统中设备和材料的振动和噪音;

7、由于电流和电压畸变,使无功补偿电容器组由于并联谐振而损坏,电动机等绕组类设备绝缘击穿而损坏;

8、电流和电压畸变及150电磁场:引起测量精确度异常,对控制所需要的同步信号的捕捉与锁相条件恶化、干扰增加,从而使电子控制、测量、保护及通信设备运行不正常;

9、对用供电的广播电视节目录制及播放系统产生附加背景噪声,并损坏设备;

10、使照明光源闪烁而损坏;图像显示设备频闪,显示失真;

11、三次谐波电流对其他设备和器材的负面影响要大于其对产生三次谐波电流的谐波源的影响。

三、三次谐波的消除

  滤波器与谐波源越近,滤波效果越好,这是减小谐波电流和谐波电压畸变的最好办法,尤其适用于非线性负荷的供电点集中、又与线性负荷共由一个变压器供电的情况。如果三次谐波电流引起的三次谐波电压畸变及变压器过载是主要问题建议在主电源配电柜装设滤波器。

      目前,工程中对带中性线低压供电系统降低三次谐波的方式主要有4种:

1、被动式并联型滤波器(可以广泛使用);

2、被动式串联型的滤波器(由于使低压母线上的谐波电压升高,不但不能消除非线性负荷之间的相互干扰,反而增大了对线性负荷的干扰;由于增加了中性线的阻抗,引起配电系统接地故障保护灵敏度下降);

3、带中性线的有源滤波器;

  • 并联型(可以推广使用)
  • 串联型(目前由于商用产品较少,很少使用)
  • 并联型有源滤波器与被动式滤波器并联使用(可以推广使用)
  • 串联型有源滤波器与被动式滤波器并联使用(目前由于商用产品较少,很少使用)
  • 串联型有源滤波器与被动式滤波器串联使用(目前由于商用产品较少,很少使用)

4、双接线的变压器

  利用变压器原、付边绕组的曲折接线来消除电源侧谐波对负荷的影响和负荷侧谐波对电源侧的影响,具有消除谐波的功能。既可以作为供电变压器也可以作为隔离变压器,适用于三相式负荷:

  • 对单独的非线性负荷单独装设;
  • 对集中的非线性负荷装设(不能消除非线性负荷之间的相互干扰)。

 

  作者:hb_yinhe

  单位:湖南银河电气有限公司(http://www.vfe.cc)


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