谐波的危害

核心提示谐波危害主要表现在以下几个方面。增加了发、输、供和用电设备的附加损耗,使设备过热,降低设备的效率和利用率。由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍,高频电流流过导体时,因集肤效应的作用,使导体对谐波电流的有效电阻增加,从而增加了设备的功率损耗、

谐波危害主要表现在以下几个方面。

增加了发、输、供和用电设备的附加损耗,使设备过热,降低设备的效率和利用率。

由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍,高频电流流过导体时,因集肤效应的作用,使导体对谐波电流的有效电阻增加,从而增加了设备的功率损耗、电能损耗,使导体的发热严重。

(1)对旋转电机的影响

谐波对旋转电机的危害主要是产生附加的损耗和转矩。由于集肤效应、磁滞、涡流等随着频率的增高而使在旋转电机的铁心和绕组中产生的附加损耗增加。在供电系统中,用户的电动机负荷约占整个负荷的85%左右。因此,谐波使电力用户电动机总的附加损耗增加的影响最为显著。由于电动机的出力一般不能按发热情况进行调整,由谐波引起电动机的发热效应是按它能承受的谐波电压折算成等值的基波负序电压来考虑的。试验表明,在额定出力下持续承受为3%额定电压的负序电压时,电动机的绝缘寿命要减少一半。因此,国际上一般建议在持续工作的条件下,电动机承受的负序电压不宜超过额定电压的2%。

谐波电流产生的谐波转矩对电动机的平均转矩的影响不大,但谐波会产生显著的脉冲转矩,可能出现电机转轴扭曲振动的问题。这种振荡力矩使汽轮发电机的转子元件发生扭振,并使汽轮机叶片产生疲劳循环。

(2)对变压器的影响

谐波电流使变压器的铜耗增加,特别是3次及其倍数次谐波对三角形连接的变压器,会在其绕组中形成环流,使绕组过热;对全星形连接的变压器,当绕组中性点按地,而该侧电网中分布电容较大或者装有中性点接地的并联电容器时,可能形成3次谐波谐振,使变压器附加损耗增加。

(3)对输电线路的影响

由于输电线路阻抗的频率特性,线路电阻随着频率的升高而增加。在集肤效应的作用下,谐波电流使输电线路的附加损耗增加。在供应电网的损耗中,变压器和输电线路的损耗占了大部分,所以谐波使电网网损增大。谐波还使三相供电系统中的中性线的电流增大,导致中性线过载。输电线路存在着分布的线路电感和对地电容,它们与产生谐波的设备组成串联回路或并联回路时,在一定的参数配合条件下,会发生串联谐振或并联谐振。一般情况下,并联谐波谐振所产生的谐波过电压和过电流对相关设备的危害性较大。当注入电网的谐波的频率位于在网络谐振点附近的谐振区内时,会激励电感、电容产生部分谐振,形成谐波放大。在这种情况下,谐波电压升高、谐波电流增大将会引起继电保护装置出现误动,以至损坏设备,与此同时还可产生相当大的谐波网损。对于电力电缆线路,由于电缆的对地电容比架空线路约大10-20倍,而感抗约为架空线路的1/2-1/3,因此更容易激励出较大的谐波谐振和谐波放大,造成绝缘击穿的事故。

谐波产生的根本原因是由于电网中某些设备和负荷的非线性特性,即所加的电压与产生的电流不成线性(正比)关系而造成的波形畸变。危害:由于谐波的频率较高,使导线的集肤效应加重,因此铜损急剧增加。同时变压器铁心由于不能适应急剧变化的磁通而导致铁损急剧增加。

进行抑制:电力谐波的产生往往与电气设计不合理有着极大的关系,因而要从根本上解决电力谐波问题首先优化电气设计,避免电力谐波的发生。对此,在进行电气设计时需要采取避免谐波的技术对策,例如: 增加整流器脉动数。整流器是电力供电网络中谐波的主要来源。

PWM技术即脉宽调制技术,利用该技术减少谐波的原理是:

1)PWM能使谐波频谱增高从而降低谐波量,可以使得变流器的输入为正弦波;

2)在可控整流后面加接功率因数矫正(PFC),同样可以达到控制输入电流为正弦的目的,同时PFC可以进行相位矫正,使得从电网侧看,负载可等效为线性负载。

扩展资料

在工业和生活用电负载中,阻感负载占有很大的比例。异步电动机、变压器、荧光灯等都是典型的阻感负载。异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占有很高的比例。

电力系统中的电抗器和架空线等也消耗一些无功功率。阻感负载必须吸收无功功率才能正常工作,这是由其本身的性质所决定的。

电力电子装置等非线性装置也要消耗无功功率,特别是各种相控装置。 如相控整流器、相控交流功率调整电路和周波变流器,在工作时基波电流滞后于电网电压,要消耗大量的无功功率。另外,这些装置也会产生大量的谐波电流,谐波源都是要消耗无功功率的。二

极管整流电路的基波电流相位和电网电压相位大致相同,所以基本不消耗基波无功功率。但是它也产生大量的谐波电流,因此也消耗一定的无功功率。

近30年来,电力电子装置的应用日益广泛,也使得电力电子装置成为最大的谐波源。在各种电力电子装置中,整流装置所占的比例最大。

常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路,其中以三相桥式和单相桥式整流电路为最多。带阻感负载的整流电路所产生的谐波污染和功率因数滞后已为人们所熟悉。

百度百科-电力谐波

 
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