電網(wǎng)諧波造成電網(wǎng)污染,正弦電壓波形畸變,使電力系統(tǒng)的發(fā)供用電設(shè)備出現(xiàn)許多異?,F(xiàn)象和故障,情況日趨嚴(yán)重。諧波的危害電力系統(tǒng)中諧波的危害是多方面的,概括起來有以下幾個方面:
1.諧波對供配電線路的危害
(1)影響線路的穩(wěn)定運行
供配電系統(tǒng)中的電力線路與電力變壓器一般采用電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器或晶體管繼電器予以檢測保護(hù),使得在故障情況下保證線路與設(shè)備的安全。但由于電磁式繼電器與感應(yīng)式繼電器對10%以下含量高達(dá)40%時又導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動作,因而在諧波影響下不能**有效地起到保護(hù)作用。晶體管繼電器雖然具有許多優(yōu)點,但由于采用了整流取樣電路,容易受諧波影響,產(chǎn)生誤動或拒動。這樣,諧波將嚴(yán)重威脅供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運行。
(2)影響電網(wǎng)的質(zhì)量
電力系統(tǒng)中的諧波能使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變。如民用配電系統(tǒng)中的中性線,由于熒光燈、調(diào)光燈、計算機等負(fù)載,會產(chǎn)生大量的奇次諧波,其中3次諧波的含量較多,可達(dá)40%;三相配電線路中,相線上的3的整數(shù)倍諧波在中性線上會疊加,使中性線的電流值可能超過相線上的電流。另外,相同頻率的諧波電壓與諧波電流要產(chǎn)生同次諧波的有功功率與無功功率,從而降低電網(wǎng)電壓,浪費電網(wǎng)的容量。
2.諧波對電力設(shè)備的危害
當(dāng)電網(wǎng)存在諧波時,投入電容器后其端電壓增大,通過電容器的電流增加得更大,使電容器損耗功率增加。對于膜紙復(fù)合介質(zhì)電容器,雖然允許有諧波時的損耗功率為無諧波時損耗功率的1.38倍;對于全膜電容器允許有諧波時的損耗功率為無諧波時的1.43倍,但如果諧波含量較高,超出電容器允許條件,就會使電容器過電流和過負(fù)荷,損耗功率超過上述值,使電容器異常發(fā)熱,在電場和溫度的作用下絕緣介質(zhì)會加速老化。尤其是電容器投入在電壓已經(jīng)畸變的電網(wǎng)中時,還可能使電網(wǎng)的諧波加劇,即產(chǎn)生諧波擴大現(xiàn)象。另外,諧波的存在往往使電壓呈現(xiàn)尖頂波形,尖頂電壓波易在介質(zhì)中誘發(fā)局部放電,且由于電壓變化率大,局部放電強度大,對絕緣介質(zhì)更能起到加速老化的作用,從而縮短電容器的使用壽命。一般來說,電壓每升高10%,電容器的壽命就要縮短1/2左右。再者,在諧波嚴(yán)重的情況下,還會使電容器鼓肚、擊穿或Boom。
3.諧波對電力變壓器的危害
諧波使變壓器的銅耗增大,其中包括電阻損耗、導(dǎo)體中的渦流損耗與導(dǎo)體外部因漏磁通引起的雜散損耗都要增加。諧波還使變壓器的鐵耗增大,這主要表現(xiàn)在鐵心中的磁滯損耗增加,諧波使電壓的波形變得越差,則磁滯損耗越大。同時由于以上兩方面的損耗增加,因此要減少變壓器的實際使用容量,或者說在選擇變壓器額定容量時需要考慮留出電網(wǎng)中的諧波含量。除此之外,諧波還導(dǎo)致變壓器噪聲增大,變壓器的振動噪聲主要是由于鐵心的磁致伸縮引起的,隨著諧波次數(shù)的增加,振動頻率在1KHZ左右的成分使混雜噪聲增加,有時還發(fā)出金屬聲。
4.諧波對電力電纜的危害
由于諧波次數(shù)高頻率上升,再加之電纜導(dǎo)體截面積越大趨膚效應(yīng)越明顯,從而導(dǎo)致導(dǎo)體的交流電阻增大,使得電纜的允許通過電流減小。另外,電纜的電阻、系統(tǒng)母線側(cè)及線路感抗與系統(tǒng)串聯(lián),提高功率因數(shù)用的電容器及線路的容抗與系統(tǒng)并聯(lián),在一定數(shù)值的電感與電容下可能發(fā)生諧振。
5.諧波對電動機的危害
諧波對異步電動機的影響,主要是增加電動機的附加損耗,降低效率,嚴(yán)重時使電動機過熱。尤其是負(fù)序諧波在電動機中產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場,形成與電動機旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩,起制動作用,從而減少電動機的出力。另外電動機中的諧波電流,當(dāng)頻率接近某零件的固有頻率時還會使電動機產(chǎn)生機械振動,發(fā)出很大的噪聲。
6. 諧波對低壓開關(guān)設(shè)備的危害
對于配電用斷路器來說,全電磁型的斷路器易受諧波電流的影響使鐵耗增大而發(fā)熱,同時由于對電磁鐵的影響與渦流影響使脫扣困難,且諧波次數(shù)越高影響越大;熱磁型的斷路器,由于導(dǎo)體的集膚次應(yīng)與鐵耗增加而引起發(fā)熱,使得額定電流降低與脫扣電流降低;電子型的斷路器,諧波也要使其額定電流降低,尤其是檢測峰值的電子斷路器,額定電流降低得更多。由此可知,上述三種配電斷路器都可能因諧波產(chǎn)生誤動作。
對于漏電斷路器來說,由于諧波匯漏電流的作用,可能使斷路器異常發(fā)熱,出現(xiàn)誤動作或不動作。對于電磁接角器來說,諧波電流使磁體部件溫升增大,影響接點,線圈溫度升高使額定電流降低。對于熱繼電器來說,因受諧波電流的影響也要使額定電流降低。在工作中它們都有可能造成誤動作。
7.諧波對弱電系統(tǒng)設(shè)備的干擾
對于計算機網(wǎng)絡(luò)、通信、有線電視、報警與樓宇自動化等弱電設(shè)備,電力系統(tǒng)中的諧波通過電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)與傳導(dǎo)方式耦合到這些系統(tǒng)中,產(chǎn)生干擾。其中電感應(yīng)與靜電感應(yīng)的耦合強度與干擾頻率成正比,傳導(dǎo)則通過公共接地耦合,有大量不平衡電流流入接地極,從而干擾弱電系統(tǒng)。
8.諧波影響電力測量的準(zhǔn)確性
目前采用的電力測量儀表中有磁電型和感應(yīng)型,它們受諧波的影響較大。特別是電能表(多采用感應(yīng)型),當(dāng)諧波較大時將產(chǎn)生計量混亂,測量不準(zhǔn)確。
9.諧波諧波對人體有影響
從人體生理學(xué)來說,人體細(xì)胞在受到刺激興奮時,會在細(xì)胞膜靜息電位基礎(chǔ)上發(fā)生快速電波動或可逆翻轉(zhuǎn),其頻率如果與諧波頻率相接近,電網(wǎng)諧波的電磁輻射就會直接影響人的腦磁場與心磁場。