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高次谐波对各种电气设备的危害

已有 291 次阅读2014-11-25 11:02

非线性负载产生的谐波电流,能够在电力系统的某些设备上明显的反映出来,常见的有变压器和中性线。在电动机、发电机和移相电容器中也有些表现。

  

    由于电压畸变,所含的高频成份将造成发电、输电、变电、配电和用设备过热、损耗增大、系统过电压、失控等。工频电流在输电导线截面内是均匀分布的,而高频电流则产生严惩的趋肤效应,使导线有效电阻增大。如300mm2导线,通过工频电流时,靠近中心一半工半面积上的电流密度为平均值的90%,表面一半面积上为100%,这时,电流密度为平均值的90%,表面一半面积上为110%,这时,电流在导体上的总的损耗为内外两部分之和。

  

    Ii2Ri+I02R0=((0.9/2)I)2.2R+((1.1/2)I)2.2R=1.01I2R

  

    随着频率的升高,趋肤效应也越来越加显著,有效电阻也越大。300HZ时为1.21倍,420HZ时为1.35I2R。由于电流波形畸变,流过导体的电流除基波外,又增加了高次谐波电流分量。接有大量非线性负载的电网损耗将增大,导体发热更加严重,系统用电设备也将工作不稳定等。

  

    中性线:在三相四线制系统中,中性线将受到接在相电压上的非线性负载的影响。在正常情况下,三相线性负载平衡时,中性线的电流为零。当存在非线性负载时,某些高次谐波即奇次谐波会在中性线里叠加起来。如由三次谐波序列构成的负载电流越来越多时,更多的未被抵消的电流将会在中性线中流动。在这种情况下,中性线的过电流还会在中性线和接地线间产生高于正常的电压迭落。旭果中性线电流特别大,甚至超过其导线额定电流的80%,则必须要切除部分次要负载,否则就必须增加中性线的截面积。

  

    电力线路,当谐波电流通过架空线时,可能产生串联谐振,甚至造成危险的过电压。电力电缆在谐波电压作用下,其绝缘材料会因所含的少量气体电离并经一毓电气、机械、物理和化学变化而加速老化。绝缘强度降低,泄漏电流增大,使寿命缩短。如正常工频电流电压下,寿命为25年,而在含有五次、七次谐波电流电压作用下,寿命仅为9年。谐波的危害可见一般。高频大幅度谐波还可能引起局部放电,产生内部击穿情况。

  

谐波对变压器的危害:当较高频率的电流注入变压器时,将产生趋肤效应和邻近效应,在绕组中引起附加损耗与变压器铁芯有关的铁损亦有增加。于是变压器将产生相当大的热量。如果变压器一次侧接线为三角形,二次侧接线为星形,那么非线性负载将使该变压器承受额外过热之害。由于非线性负载使支路电流含有较多高次谐波电流,而诸奇数谐波电流不但不能抵消,反而会叠加,以谐波电流在中性线中流动。当该电流返回星形结线的二次绕组时,它被感应到角结线的一次绕组,并形成环流。这个环流成为产生额外热量的原因,且对谐波电流本身产生的热量起助长作用。谐波电压还会使变压器激磁电流增大,效率降低,功率因数变坏。当谐波电压长期存在且较为严重时,将会危及变压器主绝缘。

  

    对电容器的危害:由于电力系统线电压的畸变,电力电容器损耗增加、过热。电容器是频率的敏感元件。电力电容器在电力系统中如同一个谐波吸收器,将使电容器严惩过电流。电容器和电力系统中的感性元件也能形成谐振电路,如果这个揩振回路的频率等于或接近系统中某次谐波分量的频率,就会产生谐振,造成过电压、过热。

  

    谐波对感应电动机的危害主要是电压谐波畸变会使三相感应电动机过热,如长期有谐波存在,将对电动机的运行寿命构成严重危胁。谐波对配电盘的危害的基本征兆是发热,或是由过热造成损坏。在配电盘里,可能出现的过热点是中性母线及其连接点,它们往往载有过量的中性线电流。谐波还会使各种表计误差加大,使电讯线路产生干扰。

  

    高次谐波其它危害还有:使半导体器件本身有误触发、丢脉冲等,使电力系统无功功率增加,功率因数下降。同时对一些电子设备,仪器也将产生程度不同的影响,以至于不能正常使用。


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