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諧波為什么會(huì)損傷濾波兼無(wú)功補(bǔ)償裝置?

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當(dāng)負(fù)荷是變頻器、中頻爐、直流電機(jī)等諧波源時(shí),常常出現(xiàn)濾波兼無(wú)功補(bǔ)償裝置燒毀的情況。特別是,隨著變頻器在電機(jī)節(jié)電領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,諧波電流對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置的影響日益突出。這已經(jīng)成為企業(yè)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造中不可回避的問(wèn)題。節(jié)能改造中大量使用變頻器,而變頻器產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波電流。這些諧波電流對(duì)原來(lái)的無(wú)功補(bǔ)償裝置造成了不同程度的損壞,常見(jiàn)的現(xiàn)象包括:


1、無(wú)功補(bǔ)償裝置不能投切:這一般發(fā)生在無(wú)功補(bǔ)償控制器中包含諧波保護(hù)裝置的場(chǎng)合,當(dāng)檢測(cè)到諧波電流過(guò)大時(shí),裝置進(jìn)入保護(hù)狀態(tài),同時(shí)會(huì)顯示諧波過(guò)大的提示信息;

2、無(wú)功補(bǔ)償裝置中的保險(xiǎn)絲燒斷:這是流過(guò)補(bǔ)償裝置的電流過(guò)大導(dǎo)致的;

3、無(wú)功補(bǔ)償裝置中的電容損壞(鼓肚):這是流過(guò)補(bǔ)償電容的電流過(guò)大,導(dǎo)致電容過(guò)熱引起的。


諧波電流造成這些危害的根本原因是諧波電流在濾波兼無(wú)功補(bǔ)償裝置與變壓器構(gòu)成的回路中發(fā)生了諧振。


電路諧振的原理與機(jī)械諧振的原理相同。機(jī)械諧振是指物體在外力的作用下以其固有的振蕩頻率振動(dòng),當(dāng)外力作用的頻率與物體的固有振蕩頻率相同時(shí),物體的振幅變得越來(lái)越大,即使較小的外力也能夠?qū)е潞艽蟮恼穹?,這就是諧振現(xiàn)象。秋千的道理就是如此,只要游戲者按照秋千擺動(dòng)的頻率施加外力,秋千的擺動(dòng)幅度就會(huì)越來(lái)越大。有些物體,當(dāng)振動(dòng)幅度過(guò)大時(shí),就發(fā)生了損壞。圖1所示的是一座橋梁在風(fēng)力的作用下,產(chǎn)生諧振,然后發(fā)生坍塌的情況,這座橋梁投入使用僅僅幾個(gè)月的時(shí)間。


專家講堂-文章配圖1


圖1 機(jī)械諧振現(xiàn)象



在電力系統(tǒng)中,變壓器與無(wú)功補(bǔ)償電容構(gòu)成了一個(gè)LC并聯(lián)電路,如圖2所示。這個(gè)電路有一個(gè)固有的振蕩頻率f0,當(dāng)f0與諧波的頻率相同時(shí),就會(huì)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象,在電容和變壓器回路中產(chǎn)生很強(qiáng)的諧波電流,導(dǎo)致電容甚至變壓器燒毀。


專家講堂-文章配圖2


圖2 補(bǔ)償裝置與變壓器構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路




解決這個(gè)問(wèn)題的方法有兩個(gè),一個(gè)是將濾波兼無(wú)功補(bǔ)償裝置改為抗諧波類型的,具體方法是在補(bǔ)償電容上串聯(lián)電抗器,是LC串聯(lián)支路的諧振頻率低于可能出現(xiàn)的Z低諧波頻率。


另一個(gè)方法是在諧波源負(fù)載的電源線輸入端安裝一個(gè)諧波濾波器,減小向電網(wǎng)注入的諧波電流。實(shí)際上,企業(yè)在進(jìn)行節(jié)能改造時(shí),只要對(duì)節(jié)電柜提出諧波電流的限制要求,就能夠回避這種風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)節(jié)電柜的諧波電流的限制要求可以采用GB17625標(biāo)準(zhǔn)。只要接入電網(wǎng)的設(shè)備全部滿足GB17625標(biāo)準(zhǔn),就能夠徹底避免諧波電流帶來(lái)的危害。


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