谐波是怎么产生的?
电网谐波来自于3个方面:
一是发电源质量不高产生谐波:
发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称,铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因,发电源多少也会产生一些谐波,但一般来说很少。
二是输配电系统产生谐波:
输配电系统中主要是电力变压器产生谐波,由于变压器铁心的饱和,磁化曲线的非线性,加上设计变压器时考虑经济性,其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上,这样就使得磁化电流呈尖顶波形,因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高,变压器工作点偏离线性越远,谐波电流也就越大,其中3次谐波电流可达额定电流的0.5%。
三是用电设备产生的谐波:
晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用,给电网造成了大量的谐波。我们知道,晶闸管整流装置采用移相控制,从电网吸收的是缺角的正弦波,从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波,从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波,显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路,在接感性负载时则含有奇次谐波电流,其中3次谐波的含量可达基波的30%;接容性负载时则含有奇次谐波电压,其谐波含量随电容值的增
大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器,变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流;如果是12脉冲整流器,也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明:由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%,这是最大的谐波源。
变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中,由于采用了相位控制,谐波成份很复杂,除含有整数次谐波外,还含有分数次谐波,这类装置的功率一般较大,随着变频调速的发展,对电网造成的谐波也越来越多。
电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料,使得燃烧不稳定,引起三相负荷不平衡,产生谐波电流,经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2 7次的谐波,平均可达基波的8% 20%,最大可达45%。
气体放电类电光源。荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类电光源的伏安特性,可知其非线性十分严重,有的还含有负的伏安特性,它们会给电网造成奇次谐波电流。
家用电器。电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等,因具有调压整流装置,会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中,因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小,但数量巨大,也是谐波的主要来源之一。
电力系统中谐波的危害
谐波的危害电力系统中谐波的危害是多方面的,概括起来有以下几个方面:
1. 对供配电线路的危害
(1) 影响线路的稳定运行-供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护,它们容易受谐波影响,产生误动或拒动。这样,谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。(2) 影响电网的质量-电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变,从而降低电网电压,浪费电网的容量。
2. 对电力设备的危害
(1)对电力电容器的危害-当电网存在谐波时,投入电容器后其端电压增大,通过电容器的电流增加得更大,使电容器损耗功率增加,使电容器异常发热,在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。在谐波严重的情况下,还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。
(2)对电力变压器的危害-谐波使变压器的铜耗增大,谐波还使变压器的铁耗增大。由于以上两方面的损耗增加,因此要减少变压器的实际使用容量。除此之外,谐波还导致变压器噪声增大,有时还发出金属声。
(3)对电力电缆的危害-由于谐波次数高频率上升,再加之电缆导体截面积越大趋肤效应越明显,从而导致导体的交流电阻增大,使得电缆的允许通过电流减小。
3.对用电设备的危害
(1)对电动机的危害-谐波对异步电动机的影响,主要是增加电动机的附加损耗,降低效率,严重时使电动机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场,形成与电动机旋转方向相反的转矩,起制动作用,从而减少电动机的出力。
(2)对低压开关设备的危害-全电磁型的断路器;热磁型的断路器;电子型的断路器,都可能因谐波产生误动作。
(3)对弱电系统设备的干扰
4.影响电力测量的准确性-特别是电能表(多采用感应型),当谐波较大时将产生计量混乱,测量不准确。
5.谐波对人体有影响 -从人体生理学来说,人体细胞在受到刺激兴奋时,会在细胞膜静息电位基础上发生快速电波动或可逆翻转,其频率如果与谐波频率相接近,电网谐波的电磁辐射就会直接影响人的脑磁场与心磁场。
谐波的产生-电网谐波来自于3个方面:一是发电源质量不高产生谐波;二是输配电系统产生谐波;三是用电设备产生的谐波。其中用电设备产生的谐波最多。
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