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谐波对电器设备的影响分析

泰州机电高等职业技术学校 孔小丽 江苏泰州 225300 2021/2/22 19:43:08

   摘要:在电气设备的正常运行中,谐波是较为常见的主要影响因素之一,其可以引起电气设备的电压不稳定和断路器的跳闸,对于电气设备中的中心线也会引起过热的现象,这些因素对于电气设备的使用寿命将造成严重的影响,无法发挥电气设备的最大功效,因此,分析谐波对电气设备的影响具有重要意义。
   关键词:谐波;电气设备;影响
  
   谐波电流供电系统已出现多年,开关电源、电子镇流器、高频电源等电力设备广泛应用于电子行业,家用电器、荧光灯等电气设备广泛应用于日常生活,以及大功率负荷运行的冶金、化工、熔炉、矿山以及整流设备等企业使用的变频调速设备,都会导致大负荷谐波电流注入电网,导致正弦波失真和电能质量严重下降。这不仅是对广大用户的严重威胁,也是对电力系统一些主要供电设备安全运行的严重威胁[1]。
   一、谐波的产生
   电力系统在理想的情况下,电压和电流都是纯正弦波。事实上,非正弦电流的形成事因为电流流过与外加电压没有线性关系的负载。电流与外加电压在只包含线性元件,如电容、电感和电阻的简单电路中是成正比关系,所以如果外加电压是正弦的,那么电流也是正弦的,如图1所示。负载线表示施加的负载和电压产生的电流之间的关系,图1所示的电压波形和电流波形对应于线性负载。需要注意的是,在无功元件的情况下,功率因数变低,电流和电压波形之间存在相移,但线路仍然是线性的。
  


   图1
   图2是当负载是简单的电容器和全波整流器时的情况。在这种情况下,电流流动仅在电源电压超过存储电容器上存储的电压时,即接近晶体正弦波电压的峰值,如负载线的形状所示。
  

   图2
   实际上,负载线(这里指的是电流波形)比本例中提到的要复杂得多。它可以是转弯、滞环的和某种不对称的形状,而且斜率也是任何随负载变化的周期波形,可以分解为基频正弦加上多个谐波频率正弦。基频的整数倍正是谐波频率。例如,当基频为50赫兹时,二次谐波为100赫兹,三次谐波为150赫兹。谐波电流需要分别研究,因为其在供电系统和设备中产生问题,其影响是不同的[2]。
   二、谐波对建筑电气设计的影响
   (1)对变压器的影响
   谐波对建筑电气设计,特别是对变压器的影响很大。谐波会产生集肤效应,严重影响电压的输入和输出,其结果是变压器的内标参数会发生一定程度的变化,变压器电压的正常输出和输入受到严重影响。而且,谐波作为电流叠加在变压器上,使变压器受到巨大冲击,降低了变压器的使用寿命,增加了变压器的工作强度,增加了建筑电气设计的负担。变压器增加了运行负荷,同时也损耗增大,因此谐波影响变压器的正常运行。
   (2)对导体的影响
   谐波在电气设计中,对导体也有很大的影响。首先,它影响了电源的质量,增加了导体的损耗,特别是电容器介质的选择,不能成为理想的材料,很容易使导体容易发生短路或者断路情况。因此,谐波的影响也会波及到导体,从而导致对导体产生不良的影响,损耗是巨大的,对整个电力系统的影响都很大。其次,由于谐波的产生,也影响了中性线,它在一定程度上会导致线路损耗,进而发生相线过载,对整个电力系统产生巨大的影响。
   (3)对电容器的影响
   谐波的出现,对于电容器的影响也是非常大。由于电容器在测试过程中存在过载和附加损耗,容易造成一定的损耗,导致整个电气设计系统的故障。而由于谐波的存在,对整个电气系统产生大面积的影响,会使电气设计系统中的电容器和气压元件产生共振,与电容器相连的设备、系统、线路的最严重会出现烧毁的情况,影响严重。因此,谐波对电容器的影响是非常严重的。
   (4)对继电器的影响
   控制和保护设备是根据在电气工作时,所施加的电流或电压的正弦波和工业频率来设计的。谐波的产生,会导致工作条件受到严重干扰,甚至是造成操作失误、停产,严重的会造成安全事故。继电保护的动作特性受到谐波的影响,对于继电保护的影响是降低或者失真,从而导致保护装置经常的误动或是拒动。谐波的影响根据不同类型继电器的工作原理和设计性能,所影响的程度也是有差别的。其一是整流继电器,在某些条件下,如由于电流中的谐波分量较大,致使输电线路对地短路,导致整流型保护装置拒动。其二是感应继电器,动作速度慢,可动部分惯性大,因此谐波对其影响并不是很大。在磁场的作用下,继电器中的圆盘或圆筒会产生感应电流。该电流会与空间中的另一个磁场相互作用,产生电磁转矩,驱动圆柱体或磁盘旋转。(未完,下一页

  

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