对现代建筑电气设计中电源谐波危害的探讨

对现代建筑电气设计中电源谐波危害的探讨看过之后受益匪浅，推荐给众旺友阅读。一、电源谐波对现代建筑电气设备的危害(一)谐波使设备产生附加谐波损耗1．变压器温度升高。谐波增加了变压器铜损耗、铁损耗和漏磁，随着谐波频率的增高，集肤效应更加严重，铁损耗也更大。网此高次谐波分量比低次谐波分量更易引起变压器的发热，谐波电流还会引起变压器外壳、外层硅钢片和某些紧固体的发热。变压器的发热程度直接影响变压器使用容量，有可能引起变压器局部严重过热，形成额外温升而要考虑降容问题。谐波能使变压器噪声增大，谐波源造成的流经变压器的谐波电流，在谐振的条件下也能损害变压器。2电动机过热和附加力矩。谐波对旋转电机产生有害影响，产生附加损耗和转矩，它使电机主磁通呈脉动性，将产生高频噪音、振动和转动的周期变动，容易与机座发生共振现象，破坏机械设备本体，危害的严重性与谐波电压、谐波电流以及旋转电机的型式和结构有关。对电机的绝缘等级电提出了较高的要求。谐波电压在电动机短路阻抗上产生的谐波电流和电动机负序基波电流一起使设备产生附加热损耗，并且在电动机起动肘容易发展成千扰力矩，造成电动机起动困难，运行效率降低，尤其负序谐波含量过高在电动机内产生反转磁场，对电动机产生制动力矩，容易导致电动机损坏。对于发电机，谐波同样会产生过热效应，此外某些谐波使电流在过零点产生位移引起发电机控制部分工作不稳定。3引起电容器过热、过压。谐波电压使电容器产生额外的功率损耗，并联电容器其容抗随着谐波频率增大而减少，产生过电流，加速绝缘老化进程，增加绝缘击穿故障。谐波还造成电容器与电网其它部分之间产生谐波谐振，当电网系统参数存在不利配合和有足够强的谐波源时，串联或并联谐波谐振问题就必然存在，发生危险的过电压、过电流，引起电容器熔丝熔断或使电容器损坏，将会严重损坏一次设备而导致系统事故的发生。电容器阻抗随频率升高而减小，很小的高次谐波电压就能引起大的谐波电流，加上与电网参数的。配合使它不可避免对某些谐波有放大作用，当参数选择不合适时有可能出现谐波电流大幅增加的情况，引起电容器过热、过压，保护熔丝频繁烧断。电压的尖顶波是这类情况的代表，近年工业企业中无功补偿电容器使用寿命的大大缩短也是与此有关。(二)损坏敏感电子设备1对过零检测以基波频率为基准的电子设备，因谐波的的影响造成过零误动作，这种多个过零破坏电子设备的运行，最明显的是数字时钟，任何应用过零原理的同步元件都应考虑这种影响。半导体器件经常在电压过零时投入，以降低电磁干扰和涌流，多次过零会改变器件投入时间，破坏设备的运行。2．电力电子电源使用波形的峰值以维持滤波电容器的全充电。谐波畸形电源将实际在高的或低的输入电压下，严重时设备的运行可能遭到破坏。3．谐波会引起楼宇自动化、消防报警、办公自动化、安全防范等系统的电子装置误动作，甚至无法丁作。二、电源谐波对现代建筑输电线路的危害1．谐波恶化电力电缆绝缘和母线过热。电缆的分布电容可使谐波放大，谐波流过电力电缆时，所产生的集肤效应将会加重，使电缆产生过热，附加损耗增大。谐波引起电缆损坏的主要原因是浸渍绝缘的局部放电、介损和温升的增大电缆的额定等级愈高，谐波引起电缆介质不稳定的危险性愈大谐波电压f起的电压波形畸变会影响线路正常运行，当谐波电压与基波电压波峰重合时，可能使线路的电晕问题变得严重。在电网低谷负荷下当电网电压上升而谐波电压也升高的时刻，电缆更容易出现故障。所有谐波源的电流都汇集到母线上，叠加后可能对某些谐波起放大作用，而高次谐波的集肤效应使母线等效电阻变大，引起母线的额外发热。相四线制巾鼍篇次谐波会在中性线上叠加产生大于倍的相线谐波电流和谐波电压，这些都会引起中性线发热过高，增加了线路损耗，引起线路、变压器过载和电压畸变，导致断路器频繁跳闸，甚至烧断导线引发火灾事故。目前Dyo型变压器已大量在丁程巾采用，由于该型变乐器在原副边绕组中总有一组为=三角形接法，为3N次谐波提供了通路，故理论上3N次谐波电流不流电网，抑制了3N次谐波电流。但由于现代工业企业中大量使用的办公A动化设备和各种气体放电灯，使得三次谐波在系统中仍占有较大的比重，因此谐波引起中性线过负荷的情况仍时有发生。特别是当各相激磁电流不平衡时，町使3次谐波的残余分量(最多可达20％)进入电网，仍然存在中性线过负荷的情况。2．降低开关设备的开断能力。高次谐波含量较高的电流将使断路器的分断能力降低。这是因为当电流的有效值相同时，波形畸变严重的电流与频正弦波形的电流相比，在电流过零处的可能较大。当存在严重的谐波电流时，某些断路器的磁吹线罔不能正常工作，开断将更为困难，而且由于开断时间延长而延长了故障电流切除时间，因而造成快速重合闸后的再燃。各种巾压断路器在截断电感电流时，可能发生大的谐频涌波电压和重燃现象，这和截流过程中激发的暂态参数谐振有关，并且常常受到附近电容器的影响。谐波电流能使电磁接触器的发热动作电流降低，导致正常负荷时跳闸。这是因为高次谐波含有率较大的电流的发热作用大于有效值相等的工频电流。3．引起系统各类继电保护和自动控制装盖误动和拒动。在我国的电力系统中受谐波影响而导致工作失误或性能劣化的装置中，以继电保护和自动装置为最多。这些继电保护和自动控制装置通常都是按照工作于所加电压或电流为工业频率和正弦波形而设计的，谐波的存在使它们的正常T作条件受到干扰，严重时将造成误动作。比如发电机的负序电流保护、主变压器的复合电压起动过电流保护、母线的差动保护、线路的各型距离保护和高频保护、故障录波器、自动准同期装置以及音频负荷控制装置等。最多的事例是电气化铁道谐波引起lIOKV供电系统以及有关发变电所的保护和自动装置T作失误，尤其是负序闭锁或负序启动元件，有的口误启动百次以上，引起保护误动致使大面积停电事故的发生。4．对汁仪表产生影响。电力测量仪表通常是按工频正弦波形设计的，当有谐波时，将会产生测量误差。仪表的原理和结构不同，所产生的误差也不相同。电压表、电流表、电能表等仪器受谐波影响造成测量误差，严重时其误差可达20％。交流电流表和电压表分别测量电压和电流的方均根值，功率表测量电压、电流瞬时值乘积在一个周期内的平均值。电压表的线圈电感量大，其产生的测量误差也比电流表大一些。整流式磁电型仪表实际测量的是平均值，再按正弦波的波形因数换算成平均值。当波形畸变时，当然会带来误差。感应式电能表由电磁部分、转动部分和制动磁铁三部分组成。在测量非正弦电路的电能时，电路总功率一般由直流功率Pdc、基波功率Pl和谐波功率Ph三部分构成，电能表可准确地测量基波功率，但不能测量。直流功率在电能表中不能产生正常的转矩，但当铝盘转动时，它将产生一定的制动转矩，造成误差。电能表不能准确测量出谐波功率Ph，测量值多比实际值小，且所引起的误差还与谐波流动方向有关，可能为正或为负。直流功率引起的误差也和直流功率流向有关。感应式电能表对谐波频率有负的频率误差特性，对谐波消耗的功率计量是不足的，在谐波源的情况下，电能表记录是基波电能扣除一小部分谐波电能，因此谐波源虽然污染了电网，反倒少交电费在畸变电源供线性负荷时，电能表记录的是基波电能及谐波电能，因而用户不但多交费，而且受到损失。三、电源谐波对居民生活的危害I．对通信系统产生干扰。谐波对通信系统的干扰是一个在国际上被十分重视的问题，对此已进行了充分的研究。谐波会对邻近通信线路产生谐波电压的静电干扰和谐波电流的电磁干扰，谐波干扰会引起通信系统的噪音，降低信号的传输质量，降低语占或图像的清晰度，干扰严重时会破坏信号的正常传递，引起信号的丢失，使系统无法正常工作。在电力线载波通信的系统中，由于谐波的影响，造成系统误动作，甚至无法运行。电力网中的平衡电流一般对通信系统影响不大，而不平衡电流，特别是不平衡谐波电流对通信系统可能产生严重的干扰。电力网对通信系统的干扰的大小是南以下三个因素综合决定的：(1)电力线路谐波电压和谐波电流的大小；(2)电力线路和通信线路之间的藕合强度，包括电磁感应、静电感应和传导藕合；(3)通信线路对谐波干扰的敏感程度。因此，决定谐波对通信干扰强弱的主要因素之一是谐波的频率。这是因为电磁感应藕合的互阻抗和静电感应藕合的互导纳都是和谐波的频率成正比的，频率越高，藕合越强。人耳和话机对不同的频率有不同的灵敏度，对于50Hz的电压和电流灵敏度是很低的，对于1000Hz附近的电压和电流的灵敏度最高，一般话音频率范围为300Hz～3000Hz之间，电力线路中的一部分谐波就在这一频率范围，因而易对电话回路形成干扰。2谐波对办公、民用低压电器的影响。计算机、绘图仪、打印机和很多家用电器、灯具既是小型或微型谐波源，又是受谐波有害影响的电器，谐波会使计算机数据丢失程序出错，甚至损坏谐波影响自动控制的家用电器的正常工作，如电视机、收音机、洗衣机等荧光灯的伏安特性是严重非线性的，因此会引起严重的谐波电流，其中3次谐波电流含量最高，同时电网中的谐波叉会使日光灯、白炽灯异常发热减少使用寿命，特别是对白炽灯光源的的影响，美国tES照明手册指出，若谐波引起电压升高5％，则白炽灯寿命降低47％。