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谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量,通常称为高次谐波,而基波是指其频率与工频(50Hz)相同的分量。高次谐波的干扰是当前电力系统中影响电能质量的一大“公害”,亟待采取对策。


电力谐波,由于交流电网有效分量为工频单一频率,因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波。由于正弦电压加压于非线性负载,基波电流发生畸变产生谐波。主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。


电力系统中谐波的来源


电力系统中的谐波来自电气设备,也就是说来自发电设备和用电设备。由于发电机的转子产生的磁场不可能是完善的正弦波,因此发电机发出的电压波形不可能是一点不失真的正弦波。目前我国应用的发电机有两大类:隐极机和凸极机。隐极机多用于汽轮发电机,凸极机多用于水轮发电机。


谐波对电力系统的危害


谐波对电力系统的危害是比较严重的,主要体现在:


(1)部分供电线路的损耗由谐波引起。由于集肤效应和邻近效应,使线路电阻随频率增加而提高,造成电能的损失和浪费;谐波电流可能造成线路过载过热,损害导体绝缘,同时高频谐波可能造成集肤效应降低电缆的载流能力。


(2)谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波电流的存在导致电力变压器产生附加的损耗,从而引起过载、过热,加速了绝缘介质的老化,导致绝缘损坏。正序和负序谐波电流在旋转电动机定子中分别形成正向和反向旋转磁场,导致电动机效率降低,发热增加。


而正序和负序谐波电流在同步电动机的转子中分别形成正向和反向旋转磁场,造成局部发热,缩短其使用寿命。


(3)谐波电流不但会使电子电气设备出现较大的误差,甚至引起电子电气设备的失灵。谐波电流及谐波电压影响通讯及通信设备一般通过磁感应、电容耦合、电感应及电气传导等方式, 磁感应、电气传导、电感应及电容耦合等方式对低频信号影响更大。


例如变流器等电气设备在换相时注入的高压脉冲含有较高的谐波频率,甚至可以达到1MHz,这些谐波频率将会影响通信设备、通信线路的正常工作,从而导致通信系统处于瘫痪的状态。


(4)使电力电容器产生发热、噪声、鼓肚、击穿以及绝缘寿命缩短等危害。对谐波频率比较敏感的电力电容器,因其自身的容性阻抗特性,以及频率与容抗成反比的特性,使得谐波电流容易被电力电容器吸收从而引起电容器发热过载。


此外,基波电压与谐波电压叠加时使电压波形增多了起伏,倾向于增多每个周期中局部放电的次数,相应地增加了每个周期中局部放电次数的功率,使电力电容器产生发热、噪声、鼓肚、击穿以及绝缘寿命缩短等危害。


2019-03-04 10:18

电气知识200例(四)
串联谐振电路和并联谐振电路的特性

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谐波对电力系统的危害

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