谐波在民用建筑中的危害及抑制措施

谐波在民用建筑中的危害及抑制措施

刘晓峰

(哈尔滨工业大学建筑设计研究院　150006)

　　【摘　要】　通过对于谐波在民用建筑中,对电气线路及电气设备危害的分析,提出应注意的原则和所采取的措施,以尽可能减小谐波的危害。　　【关键词】　谐波;危害;抑制;民用建筑

【中图分类号】　TU24　　　　【文献标识码】　B　　　　【文章编号】　1001-68(2003)01-0065-02

THEDAMAGEANDCOUNTERMEASURESOFHARMONICWAVEINARCHITECTURE

LIUXiaofeng

(HarbinInstituteofTechnology,Harbin150006)

　　Abstract:Moreandmorenon2linearloadsareused.Thisleadtotheincrementofharmonicwaveinthe

powersystem.Itcanseriouslydamagethecables,transformersandelectricmotorsetc.becauseofthelongtermexistenceofharmonicwave.Throughtheanalysistothedamageofharmonicwave,therulesweshouldpayattentiontoandmeansweshouldtakewereputforward.Keywords:Harmonicwave;Damage;Restrain1　谐波及其产生的原因111　谐波:

213　可能引起电机的机械振动。

由谐波电流和电机旋转磁场相互作用产生的脉动转矩可能使电机发生振动,当电机机械系统的自然频率在受到上述转矩的激发而可能引起共振时,则会损坏电机设备,危及人身安全。

214　无功补偿电容器组可能引起谐波电流的放大。

一个非正弦、周期性的电气量(电压、电流、磁通等),用付里叶级数的方法分解,得到频率与原波形工频相同的正弦波分量称为基波(分量),而频率为基波频率整数倍(大于1)的正弦波分量称为谐波(分量)。

112　谐波产生的原因:

无功补偿电容与电力系统中的电感构成局部电感、电容回路,它们一些组合有时会对某次谐波电流起到放大作用,加剧谐波危害。当它们构成局部谐波回路频率与系统中存在的某次谐波频率相近时,会造成危险的过电流和过电压。

215　对继电保护、自动控制装置和计算机产生干扰和造成

谐波产生的根本原因是系统中某些设备和负荷的非线性特性,即所加电压与产生的电流不成线性关系,而造成的波形畸变,当系统的正弦波形电压施加其上时,产生的电流为非正弦波,波形的畸变,产生了谐波。

2　谐波的危害

误动作。这些保护和控制设备通常都是按照工作于所加电压或电流为工业频率和正弦波形而设计的,谐波的存在使它们的正常工作条件受到干扰,严重时将造成误动作。

3　抑制措施

电力电子技术及其设备的广泛应用造成了电力系统的谐波污染,并且日益严重。谐波对电力系统电磁环境的污染轻则影响系统的用电效率,重则损坏设备以至危害电力系统的安全运行,危害面十分广泛。归纳起来其主要危害有:

211　产生附加损耗,增加设备温升。

谐波电流在供电系统以及设备内部均会造成问题。其效果非常不一样,需要分别地研讨。

311　电压畸变

与基波电流相比尽管谐波电流的比例不大,但设备的有效电阻会因集肤效应而增大,在有铁心的电气设备中铁心磁滞损耗和涡流损耗也增大。这些附加损耗除增加了电力系统的损耗外,还使设备温升增加,尤其局部发热点的温升可能增加更多,使设备绝缘老化加速。

212　恶化绝缘条件,缩短设备寿命。

因为供电系统有内阻抗,所以谐波负荷电流将造成电压波形的谐波电压畸变。此阻抗有两个组成部分:一部分是电缆走线的阻抗,另一部分是供电系统上的固有阻抗。

由非线性负荷形成的畸变电流在电缆的阻抗上产生一个畸变的电压降。合成的畸变电压波形加到电路上的其它负荷上,进而形成谐波电流。甚至线性负荷也受谐波电流的影响。

解决办法:是把产生谐波的负荷的供电线路和对谐波敏感的负荷的供电线路分开,即把线性负荷和非线性负荷用分别的电路馈电,以使由非线性负荷产生的电压畸变不会达到

除附加发热影响绝缘寿命外,还因为在较高频率的电场作用下,绝缘的局部放电加剧,介质损耗显著增加,致使其温升提高。当电压畸变波形出现尖顶波时,还增大了局部放电强度,从而降低绝缘寿命。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　低　温　建　筑　技　术　　　　　　　　　　　　　　2003年第1期(总第91期)66

线性负荷上去。

312　中线导线的过热

流峰值,这常常会使一些峰值敏感断路器做出响应,在较低的电流均方根值时过早跳闸。

解决方法:①配置分支回路时注意平衡负荷,以降低中性线电流。②将零序谐波滤波器接至配电盘。③如果中性线过载,可以采用加大截面的导线,或者采用适合非线性负载的配电盘和主断路器。

315　校正功率因数电容器的过载

在三相系统中每个相线对星形接法的中点电压间有

120°的相位移动,故当每相的负荷相等时,在中线上的合成电

流为零。当三相负荷不均衡时,只有不均衡的电流流入中线。设计人员利用这一点常常把中线导线截面减少一半。然而,虽然基波电流可互相抵消,但谐波电流则不是这样的

(3N倍”—事实上它们都是三次谐波的奇数倍“的谐波)在中

校正功率因数用的电容器是用来产生相位超前的电流,来抵消由像感应电动机那样的感性负荷所产生的相位滞后的电流。电容器的阻抗是与频率成反比例的,所以它对谐波电流就呈现非常低的阻抗,就好象它能“拱起”谐波电流似的。除非电容器是专门设计来适应这些高次谐波电流的,否则就会出现严重的损坏现象,通常会导致设备的灾难性的损坏。

第二个问题是电容器和供电变压器的漏感在某一谐波频率或接近这一频率时,发生谐振而导致大的电流或电压。

解决方法:在电动机的输入端,安装线路电抗器以减少谐波电流。或者,可以设计补偿网络使谐振系统解谐。

4　结语

线上相加。当相电流为100A时,中线电流竟达150A。中线电流接近相电流的两倍,因此在设计中,中线的截面应该是每相导线截面积的200%,而用五芯电缆可方便地实现这一方案;每相用一个芯线而中线则用两个芯线,所有芯线的截面均是相同的。或者是用一根两倍截面的电缆做中线。

313　变压器和感应电动机的过热

31311　变压器:在商业建筑中,经常使用Δ—Y接法的变压

器为单相插座供电。非线性负载接入这些插座中,可能产生三次序列谐波电流,并且这些序列的谐波电流在共用中性线中代数相加,当这些电流流入变压器,就会感应到一次侧的三角形绕组,并在其内产生环流,这种环流不做有用的功,但会引起额外的损耗并增加绕组的温度,使变压器过热,更高的谐波频率使磁损及涡流损耗加大,甚至烧坏变压器。

h=hmax

谐波是电能质量的一大问题,数据丢失、计算机误动作、短路器无故跳闸、设备过早失效和电气设备过热等等电气故障都是由谐波造成的。通常,在新建建筑中,谐波可以通过对建筑电气系统进行精心的设计而尽量避免。在现有的建筑物中,有时候也可以通过对电气系统进行简便而又省钱的调整来减轻或消除谐波的影响。一般在设计过程中,有以下规则可依循:

规则1:在有大量谐波的系统内,应装用K系数为K—4的变压器。

规则2:加大截面的相线以减小电压降,并且节约能源。在三相四线系统内,中性线截面取为正常截面的200%。

规则3:将提高功率因数的电容器与能使高频电流流入电容器的电气设备分离。

规则4:减少各分支回路中接负载的出线口的数量,将敏感负载接在的分支回路上。

规则5:设置分支回路的馈线,使三相感应电动机不被接入用于非线性负载的回路。

规则6:为避免谐波对照明系统的影响,减少每根穿线管中的导线根数,也可以安装新型的高性能镇流器,它不仅可以减少谐波电流,而且还可以改善功率因数。

规则7:电源系统内的电流畸变随系统参数的变化而变化。如果正常运行中的电压,总畸变率不超过5%,应尽量少采用防谐波危害的措施。

参考文献

[1]　林海雪,孙淑勤1电力网中的谐波[M]1北京:中国电力出版

变压器的涡流损耗为:Peh=Pef

式中:Peh—总的涡流损耗;Pef—基波的涡流损耗;h-谐波次数;

h=1

∑Ihh

22Ih—基波电流百分数表示h次谐波的方均根电流。

h=hmax

系数

h=1

∑

Ihh称为K-系数;K=1表示没有谐波,一

22

般典型的商业建筑中相电流的K值为4。

解决方法:①对于传统变压器而言,就是降低额定值或在低于额定负载条件下运行。②在负荷中心,采用谐波滤波器,以降低系统中的谐波电流。③使用耐谐波或K系数标定的变压器,其K值应尽可能接近满负荷时相电流的K值。

31312　感应电动机:与变压器中的道理相同,谐波畸变会加

大电动机中的损耗。这是由于激磁磁场的谐波会产生附加的损耗。每个谐波分量都有自身的相序(正序、零序、逆序),它表示旋转的方向。零序谐波产生不变动的磁场,但是因为谐波频率较高,故此损耗大大增高而将谐波的能量以热的方式放出。负序谐波因产生反方向旋转磁场,而使电机转矩下降。正序谐波因产生正向旋转磁场,而加大电机转矩。所有这些效应的综合,可造成电机的振动而降低电机的寿命。

解决方法:可以将电机与仅向线性负载供电的负荷中心相连接,以减少其供电端的电压畸变。也可以在谐波源安装谐波滤波器。

314　断路器的噪扰跳闸

社,1998,28～56

[2]　王兆安,杨君,刘进军1谐波抑制和无功功率补偿[M]1北京:

机械工业出版社

[3]　熊一权1线路谐波的危害及抑制[J]1黑龙江电力技术,1999,5

在供电系统中,谐波电流常常引起断路器的跳闸,一是因为谐波电流可以造成断路器的热磁开关因过热而过早跳闸,另外,由非线性负载产生的谐波电流,可以引起较高的电

　　[收稿日期]　2002-10-10

[作者简介]　刘晓峰,男,1969年3月,吉林怀德人,工程师,从

事建筑电气专业。