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谐波治理的意义


谐波治理的意义


 

    我国于1993 年颁布了限制电力系统谐波的国家标准《电能质量:公用电网谐波》,规定了公用电网谐波电压限制和用户向公用电网注入谐波电流的允许值,电力系统方面也做了大量的防止高次谐波入侵电网的各项措施。谐波的存在对电网当中的所有设备几乎都有不利影响,具体如下:


1.1 对供配电线路的危害

(1)影响线路的稳定运行:供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护,使得在故障情况下保证线路与设备的安全。但由于电磁式继电器与感应式继电器对10%以下含量高达40%时又导致继电保护误动作,因而在谐波影响下不能全面有效地起到保护作用。晶体管继电器虽然具有许多优点,但由于采用了整流取样电路,容易受谐波影响,产生误动或拒动。这样,谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。

(2)影响电网的质量:电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变。如民用配电系统中的中性线,由于荧光灯、调光灯、计算机、电力电子设备等负载,会产生大量的奇次谐波,其中通常3 次谐波的含量较多,可达40%;三相配电线路中,相线上的3 的整数倍谐波在中性线上会叠加,使中性线的电流值可能超过相线上的电流。另外,相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率,从而降低电网电压,浪费电网的容量。


1.2 对电力设备的危害

(1)对电力亚博国际的危害:当电网存在谐波时,投入亚博国际后其端电压增大,通过亚博国际的电流增加的更大,使亚博国际损耗功率增加。对于膜纸复合介质亚博国际,虽然允许有谐波时的损耗功率为无谐波时损耗功率的1.38 倍;对于全膜亚博国际允许有谐波时的损耗功率为无谐波时的1.43 倍,但如果谐波含量较高,超出亚博国际允许条件,就会使亚博国际过电流和过负荷,损耗功率超过上述值,使亚博国际异常发热,在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。尤其是亚博国际投入在电压已经畸变的电网中时,还可能使电网的谐波加剧,即产生谐波扩大现象。另外,谐波的存在往往使电压呈现尖顶波形,尖顶电压波易在介质中诱发局部放电,且由于电压变化率大,局部放电强度大,对绝缘介质更能起到加速老化的作用,从而缩短亚博国际的使用寿命。一般来说,电压每升高10%,亚博国际的寿命就要缩短1/2 左右。再者,在谐波严重的情况下,还会使亚博国际鼓肚、击穿或爆炸。

(2)对电力变压器的危害:谐波使变压器的铜耗增大,其中包括电阻损耗、导体中的涡流损耗与导体外部因漏磁通引起的杂散损耗都要增加。谐波还使变压器的铁耗增大,这主要表现在铁心中的磁滞损耗增加,谐波使电压的波形变得越差,则磁滞损耗越大。同时由于以上两方面的损耗增加,因此要减少变压器的实际使用容量,或者说在选择变压器额定容量时需要考虑留出电网中的谐波含量。除此之外,谐波还导致变压器噪声增大,变压器的振动噪声主要是由于铁心的磁致伸缩引起的,随着谐波次数的增加,振动频率在1KHZ 左右的成分使混杂噪声增加,有时还发出金属声。

(3)对电力电缆的危害:由于谐波次数高频率上升,再加之电缆导体截面积越大趋肤效应越明显,从而导致导体的交流电阻增大,使得电缆的允许通过电流减小。另外,电缆的电阻、系统母线侧及线路感抗与系统串联,提高功率因数用的亚博国际及线路的容抗与系统并联,在一定数值的电感与电容下可能发生谐振。


1.3对用电设备的危害

(1)对电动机的危害:谐波对异步电动机的影响,主要是增加电动机的附加损耗,降低效率,严重时使电动机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场,形成与电动机旋转方向相反的转矩,起制动作用,从而减少电动机的出力。另外电动机中的谐波电流,当频率接近某零件的固有频率时还会使电动机产生机械振动,发出很大的噪声。

(2)对低压开关设备的危害:对于配电用断路器来说,全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热,同时由于对电磁铁的影响与涡流影响使脱扣困难,且谐波次数越高影响越大;热磁型的断路器,由于导体的集肤次应与铁耗增加而引起发热,使得额定电流降低与脱扣电流降低;电子型的断路器,谐波也要使其额定电流降低,尤其是检测峰值的电子断路器,额定电流降低得更多。由此可知,上述三种配电断路器都可能因谐波产生误动作。对于漏电断路器来说,由于谐波汇漏电流的作用,可能使断路器异常发热,出现误动作或不动作。对于电磁接角器来说,谐波电流使磁体部件温升增大,影响接点,线圈温度升高使额定电流降低。对于热继电器来说,因受谐波电流的影响也要使额定电流降低。在工作中它们都有可能造成误动作。

(3)对弱电系统设备的干扰:对于计算机网络、通信、有线电视、报警与楼宇自动化等弱电设备,电力系统中的谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中,产生干扰。其中电感应与静电感应的耦合强度与干扰频率成正比,传导则通过公共接地耦合,有大量不平衡电流流入接地极,从而干扰弱电系统。

(4)影响电力测量的准确性:目前采用的电力测量仪表中有磁电型和感应型,它们受谐波的影响较大。特别是电能表(多采用感应型),当谐波较大时将产生计量混乱,测量不准确。


1.4对人体伤害

谐波对人体有影响:从人体生理学来说,人体细胞在受到刺激兴奋时,会在细胞膜静息电位基础上发生快速电波动或可逆翻转,其频率如果与谐波频率相接近,电网谐波的电磁辐射就会直接影响人的脑磁场与心磁场。

 

来源:艾森贝尔      
 
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