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为何3次谐波导致零线电流偏大?

来源:瀚尔爵

发布:2024-05-14    浏览:237次

一、何为3次、5次、7次谐波?

在正常电力系统中,具有线性阻抗变化特性的电气设备工作时不会对频率为50Hz、呈现标准正弦波形的供电电源造成影响。但随着电力电子技术的发展,具有非线性阻抗特性的电气设备(非线性负荷)越来越多,这些非线性负荷工作时会造成电力系统供电频率、波形发生畸变,从中可以分解出不同频率的正弦波形,被分解出来的非50HZ交流正弦波统称为谐波(harmonic)。其中频率为50Hz三倍,即150Hz的谐波称为3次谐波;频率为50Hz五倍,即250Hz的谐波称为5次谐波;频率为50Hz七倍,即350Hz的谐波称为7次谐波。

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二、灯光产生的谐波有哪些危害?

LED节能灯、LED显示屏、充电器、加热器、变频器、消毒器、PC终端等采用单相二极管整流方式的非线性负荷在运行时,会产生比较严重的奇次谐波电流,其中3次谐波最大,为主要谐波成分,5次、7次、11次等谐波也明显偏高,但3次谐波电流不仅不能像基波及5次、7次、11次等其他频次谐波电流那样在零线上进行矢量抵消掉绝大部分,而是以360度矢量角完全叠加到零线上,导致零线上3次谐波电流为相线上的3倍左右;因此当单相整流负载产生的3次谐波电流含量达到35%以上时,零线电流就会异常增高超过相线电流。

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广东某陶瓷生产车间布置的大量LED灯

很多情况下零线电流异常增高到相线电流的2倍左右,给低压配电系统造成了极大危害,主要包括四方面:

A、零线过流:导致电缆发热老化断裂,烧坏用电设备,诱发难以防控的火灾隐患;

B、配电保护异常跳闸:即使线路上的负荷没有达到配电设计值,也会出现零序保护跳闸;

C、变压器过温:大量零线谐波电流回流到变压器,导致变压器发热升温、噪声增大;

D、电能浪费:配电系统中的3次谐波电流会直接增加负载设备与供电设备的电能消耗。

三、为何3次谐波会如此之大?

在正常的三相四线制配电系统中,假设三相负荷平衡,零线中的电流应该很小。但是某建筑物四周的广告灯箱,采用电子镇流器的荧光灯照明;三相线路的负荷均衡,每相电流大约为60A,但是零线电流达到90A,这是为什么呢?

答:这是由于整流电路导致的。

当相线的电流波形为正弦波时,如果它们相差120,并且幅度相同,在零线上矢量叠加的结果是总和为0;但是如果相线上的电流是脉冲状的,并且相差120,则他们在中线上会叠加;零线上的脉冲电流是相互错开的,无法抵消;数一下零线上的脉冲电流个数,在一个周期内有三个,因此零线上的电流是各相线电流的总和。

如今电气负荷大多数为整流电路负载,因此即使三相负荷平衡,零线上也会有较大的电流。零线电流过大的危害主要有两个方面的原因:

A、 零线的截面积并不比相线大,超过相线的电流必然会导致零线过热;

B、 零线上没有保险装置,不能像相线那样在过流的清况下自动断开。

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瀚尔爵HDA-UPQS产品的相线、零线的铜牌截面积对比

四、如何治理三次谐波?

3次谐波电流之所以危害很大,是因为3次谐波电流在中线上叠加,会导致中线电流过大,从而造成火灾隐患。如今,大部分单相负荷都是以整流器为输入电路的设备,小到手机充电器,大到变频器等功率驱动设备,3次谐波的问题迅速显现。近几年,许多商场对于零线电流值有店铺工程验收指标值,因此零线电流治理势在必行。

在配电柜的母线上安装中线安防保护器HDA-SNP70-0.4/B、终端电气综合治理保护系统HDA-NTPS、有源滤波器HDA-APF-100/400H-4LM是解决这类问题的理想方法。设备根据检测到相线上的谐波电流,向相线注入相位相反的谐波电流,以消除母线上的谐波电流。需要注意的是,设备的作用是保证滤波器的上游满足谐波要求,因此在安装时要选择合理的安装位置,避免滤波器的下游残留谐波造成危害。


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