諧波有什么危害?

 

    諧波的主要危害有7個方面：

 

    第一：導致電纜過熱

 

    諧波電流流過電纜時，會導致電纜過熱。造成這種現(xiàn)象的原因是交流電流的趨膚效應。

 

    由于趨膚效應，當頻率較高的諧波電流流過導體時，導體的有效截面積小于導體的實際截面積。截面積小，意味著有更大的電阻，也就意味著會產(chǎn)生更大的熱量。當頻率較高的諧波電流流過導體時，導體呈現(xiàn)的電阻比基波電流要大，因此同樣幅度的諧波電流比基波電流產(chǎn)生更大的熱量。導體損耗與諧波畸變率的關系如圖1所示。

 

    圖1 銅線損耗與諧波畸變率的關系

 

    對于諧波電流產(chǎn)生更大熱量的問題必須重視。因為我們在進行線路設計時，導體的截面積是按照基波頻率設計的，而當這些導體中流過諧波電流時，呈現(xiàn)更大的電流密度，導致更大的電阻損耗(I2R)，從而導致導體發(fā)熱。導體過熱會導致電纜早期老化、甚至誘發(fā)火災。

 

    第二：導致變壓器過熱

 

    諧波電流流過變壓器時，會導致變壓器發(fā)出額外的熱量，使變壓器在沒有達到額定功率時便出現(xiàn)溫度過高的現(xiàn)象，導致變壓器的實際容量降低。在工業(yè)上，一些變壓器的負荷主要是變頻器、中頻爐等諧波源設備，這時，發(fā)現(xiàn)變壓器僅僅達到50%負荷時，就溫度過高。在商業(yè)上，隨著一些建筑物中的節(jié)能燈、以PC機為代表的信息設備等非線性負荷增加，變壓器過熱的現(xiàn)象也十分常見。

 

    過高的溫度會縮短變壓器的壽命。為了避免變壓器過熱，當負載是諧波源時，必須降額選用變壓器(使變壓器不工作在額定功率下)。一種專門用于諧波條件下的變壓器稱為k等級變壓器，這種變壓器的繞組和鐵心都按照更大功率的情況進行設計，能夠承受諧波電流產(chǎn)生的額外的熱量。

 

    諧波電流造成變壓器過熱的原因是諧波電流增加了線圈繞組的電阻損耗(稱為銅損)和鐵心的損耗(稱為鐵損)。諧波電流導致導線產(chǎn)生更大的損耗的分析在上一節(jié)已經(jīng)進行了分析，下面分析鐵心損耗增加的原因。

 

    變壓器的鐵心在施加了交流磁場的條件下，會產(chǎn)生損耗。這種損耗包括兩個方面，一個是渦流損耗，它是交流磁場在鐵心上感應出了電流，電流在鐵心的電阻上發(fā)熱而產(chǎn)生的能量損耗。另一個是磁滯損耗，它是鐵心內(nèi)部的磁疇在磁場作用下不斷翻轉消耗的能量。

 

    這兩部分損耗都與頻率有關，頻率越高，損耗越大。

 

    第三：導致變無功補償裝置損壞

 

    諧波電流對無功補償裝置的影響也很常見，這實際已經(jīng)成為企業(yè)進行節(jié)能技術改造中不可回避的問題。節(jié)能改造中大量使用變頻器，而變頻器產(chǎn)生嚴重的諧波電流。這些諧波電流對原來的無功補償裝置造成了不同程度的損壞，常見的現(xiàn)象包括：

 

    1、無功補償裝置不能投切：這一般發(fā)生在無功補償控制器中包含諧波保護裝置的場合，當檢測到諧波電流過大時，裝置進入保護狀態(tài)，同時會顯示諧波過大的提示信息;

 

    2、無功補償裝置中的保險絲燒斷：這是流過補償裝置的電流過大導致的;

 

    3、無功補償裝置中的電容炸裂：這是流過補償電容的電流過大，導致電容過熱引起的。

 

    有時，不僅無功補償器出現(xiàn)故障，甚至變壓器也會遭到損壞。諧波電流造成這些危害的根本原因是諧波電流在無功補償裝置與變壓器構成的回路中發(fā)生了諧振。

 

    第四：三次諧波的特殊危害

 

    在處理諧波問題時，三次諧波電流需要引起特別的關注。三次諧波電流之所以危害很大，是因為三次諧波電流在中線上疊加，會導致中線電流過大，造成火災隱患。圖2是三次諧波導致零線過熱的情況。實際上，20年前，在歐美發(fā)達國家，很多火災是中線過熱導致的。現(xiàn)在，歐美國家對電子設備的三次諧波電流進行了嚴格限制，并在工程中特別關注，中線過熱的現(xiàn)象已經(jīng)很少見到。

 

    圖2 三次諧波電流導致零線過熱

 

    零線上的電流過大之所以危害極大，是因為零線上沒有保護裝置。配電線路的保護裝置一般安裝在相線上，因此，相線上一旦出現(xiàn)過大的電流，保護裝置會動作，避免線路過熱。而零線上沒有保護裝置，電流過大時，只能任其過熱。

 

    三次諧波電流本身并不可怕，可怕的是幾乎所有的人還沒有認識到這種危害，因此沒有防范措施，從設計開始就埋下了了隱患。

 

    第五：對其他電子設備的不良影響

 

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