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電能質(zhì)量
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3次諧波的特殊危害及其解決辦法

返回列表來源：領步電能質(zhì)量發(fā)布時間：2017-03-30分享加入收藏關注：-

專家講堂3

一、3次諧波問題的產(chǎn)生

在處理諧波問題時，3次諧波電流需要引起特別的關注。3次諧波電流之所以危害很大，是因為3次諧波電流在零線上疊加，會導致零線電流過大，造成火災隱患。下圖是3次諧波導致零線電流過熱的情況。實際上，20年前在歐美發(fā)達國家，很多火災是零線過熱導致的?，F(xiàn)在，歐美國家對電子設備的3次諧波電流進行了嚴格的限制，并在工程中特別關注，零線過熱的現(xiàn)象已經(jīng)很少出現(xiàn)。

3次諧波電流主要產(chǎn)生與單相整流電路。這個問題之所以重要，是因為電氣負荷重但象征六器負荷大量增加?，F(xiàn)代社會中，大部分單相負荷都以整流器為輸入電路的設備，小到手機充電器，大道變頻器等功率驅(qū)動設備。在中國，電子信息設備迅速普及，3次諧波問題也迅速顯現(xiàn)出來。

下面是幾個例子：

（1）網(wǎng)吧中大約有200臺計算機，物業(yè)公司發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)吧營業(yè)時，零線電流超過相線電流；

（2）某建筑物周圍的廣告燈箱圍墻，使用電子鎮(zhèn)流器的熒光燈照明，燈箱點亮時，發(fā)現(xiàn)零線電流超過相線電流；

（3）某建材城的大屏幕顯示屏，采用200余臺開關電源供電，工作時導致建材城配電柜跳閘，檢查后發(fā)現(xiàn)零線電流超過相線電流；

（4）某科研樓配電柜突然起火，檢查發(fā)現(xiàn)是零線電流過熱導致電纜早期老化，短路所致；

（5）某飯店以經(jīng)營火鍋（使用電磁爐）為主，發(fā)現(xiàn)客人多時，頻繁跳閘，檢查發(fā)現(xiàn)零線電流超過相線電流。

可以預見，3次諧波電流帶來的問題會越來越普遍。

二、從電流波形角度分析零線電流過大原因

當負載是線性負載時，電流的波形與電壓的波形是相同的，仍然是正弦波。如果三相負載完全相同，則三相電流在香味上頁相差120度，幅度相同。三相電流在零線上矢量疊加，由于它們的相位相差120度后，幅度相同，因此在零線上的總電流為零。安裝配電線路時，盡量使三相負荷平衡已經(jīng)成為電工操作中的一條規(guī)范。

當三相負荷不平衡時，零線上會有電流，Z嚴重的情況是只有一相有負荷，這是零線電流等于相線電流。因此，在進行線路設計時，零線導體的界面劑只要與相線導體的截面積相同，就能夠確保配電系統(tǒng)的安全，不會出現(xiàn)零線過熱的現(xiàn)象。

對于傳統(tǒng)的用電方式，上述理論完全正確。但是“三相負荷平衡，零線電流為零”這個結論基于一個重要的假設，這就是負荷是線性負載。如果負荷是非線性負載，情況可能就完全不同了。Z典型的非線性負載是計算機等信息設備，這時零線電流Z大可能達到相線電流的1.7倍。下圖是非線性負載導致零線電流過大時的電流波型。

信息設備之所以造成零線電流很大，是因為信息設備的電源輸入端為整流電路。單相整流電路的電流施脈沖狀的電流，由于脈沖很窄（小于60度），因此當?shù)谝幌嗌铣霈F(xiàn)電流時，第二相和第三項上的電流為0，因此在零線上不會發(fā)生抵消，相線上出現(xiàn)的每個電流脈沖狀也會出現(xiàn)在零線上。這種現(xiàn)象解釋了當負載為計算機時，即使負載平衡，零線上仍然有電流的現(xiàn)象。零線上電流會達到相線的1.7倍。如果整流電路的電流的脈寬大于60度，就會在零線上發(fā)生重疊現(xiàn)象，這時零線上的一部分電流發(fā)生抵消，實際的零線電流會小于相線電流的1.7倍。

現(xiàn)在，建筑物中幾乎所有的負載都是以整流電路為代表的非線性負載，因此零線電流過大的問題十分普遍。下圖為單相整流電路的電流波型。

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隨著節(jié)能燈、信息設備、大型LED顯示屏、家用電器的大量使用，電氣負荷幾乎都是非線性負載，它們工作時產(chǎn)生嚴重的3次諧波電流，從而引起零線電流過大的現(xiàn)象。零線電流過大之所以危害極大，是因為零線上沒有保護裝置。配電線路的保護裝置一般安裝在相線上，因此，相線上一旦出現(xiàn)過大的電流，保護裝置會動作，避免線路過熱。而零線上，誒呦保護裝置，電流過大時只能任其過熱。

現(xiàn)在經(jīng)濟的高速發(fā)達，進入信息化，電子化時代，非線性負載設備的幾句增加，導致3次諧波電流的問題日益顯現(xiàn)出來。3次諧波電流本身并不可怕，可怕的是認識不到這種危害，不加以防范。

三、解決方法

1.有源濾波器（LBAPF）
當對電壓畸變率有較高的要求時，可以使用有源濾波器。需要注意的是，有源濾波器僅對其安裝位置的上游有作用，對于下游沒有任何效果。因此要注意安裝的位置。不能安裝在變壓器的下端，這樣僅能夠降低變壓器的溫度，對于降低零線溫度沒有任何作用。
2.三次諧波零線濾波器

如果對于電壓畸變率沒有嚴格的要求，僅是為了消除3次諧波電流的種種不良影響，使用零線諧波電流阻斷器是性價比Z高的方法。只要在變壓器的次級安裝一臺LB3NBF，就能夠保護整個系統(tǒng)免受三次諧波電流的危害。但是LB3NBF作用僅在于消除3次諧波電流的影響，對于改善整個系統(tǒng)的電能質(zhì)量效果較小。

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