諧波電流在電源系統內以及裝置內均會造成問題。但其影響和解決措施非常不一樣,需要分別處理;適用于消除諧波在裝置內不良影響的辦法并不能減少諧波在電源系統內造成的畸變,反之亦然。
裝置內的諧波問題及解決措施:有幾個常見多發的問題是由諧波引起的:電壓畸變、過零噪聲、中性線過熱、變壓器過熱、斷路器的誤動作等。
①電壓畸變:因為電源系統有內阻抗,所以諧波負荷電流將造成電壓波形的諧波電壓畸變(這是產生"平頂"波的根源)。此阻抗有兩個組成部分:電源接口(PCC)以后的電氣裝置內部電纜線路的阻抗和PCC以前電源系統內的阻抗,用戶處的供電變壓器即是PCC的一例。
由非線性負荷引起的畸變負荷電流在電纜的阻抗上產生一個畸變的電壓降。合成的畸變電壓波形加到與此同一電路上所接的全部其他負荷上,引起諧波電流的流過,即使這些負荷是線性的負荷也是如此。
解決的辦法是把產生諧波的負荷的供電線路和對諧波敏感的負荷的供電線路分開,線性負荷和非線性負荷從同一電源接口點開始由不同的電路饋電,使非線性負荷產生的畸變電壓不會傳導到線性負荷上去。
②過零噪聲:許多電子控制器要檢測電壓的過零點,以確定負荷的接通時刻。這樣做是為了在電壓過零時接通感性負荷不致產生瞬態過電壓,從而可減少電磁干擾(EMI)和半導體開關器件上的電壓沖擊。當在電源上有高次諧波或瞬態過電壓時,在過零處電壓的變化率就很高且難于判定從而導致誤動作。實際上在每個半波里可有多個過零點。
③中性線過熱:在中性點直接接地的三相四線式供電系統中,當負荷產生3N次諧波電流時,中性線上將流過各相3N次諧波電流的和。如當時三相負荷不平衡時,中性線經的電流會更大。近研究實驗發現中性線電流會可能大于一相的相電流。造成中性線導線發熱過高,增加了線路損耗,甚至會燒斷導線。
現行的解決措施是增大三相四線式供電系統中中性線的導線截面積,低要求要使用與相線等截面的導線。國際電工委員會(IEC)曾提議中性線導線的截面應為相線導線截面的200%。
④變壓器溫升過高:接線為Yyn的變壓器,其二次側負荷產生3N次諧波電流時,其中性線上除有三相負荷不平衡電流總和外,還將流過3N次諧波電流的代數和,并將諧波電流通過變壓器一次側流入電網。解決上述問題簡單的辦法是采用Dyn接線的變壓器,使負荷產生的諧波電流在變壓器△形繞組中循環,而不致流入電網。
無論諧波電流流入電網與否,所有的諧波電流都會增加變壓器的電能損耗,并增加了變壓器的溫升。
⑤引起剩余電流斷路器的誤動作:剩余電流斷路器(RCCB)是根據通過零序互感器的電流之和來動作的,如果電流之和大于額定的限值它就將脫扣切斷電源。
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