詳解三次諧波以及其危害和解決方案

這個(gè)圖中所顯示的是一臺1500W的設備，按照正弦波電流計算，電流的有效值應該為7A左右，峰值電流為10A左右，但是，這里的峰值達到了60A。

這就會(huì )導致通過(guò)檢測峰值電流工作的保護裝置誤動(dòng)作。

案例1：

某火鍋城，使用電磁爐加熱，當客人較多時(shí)，頻繁跳閘。而配電箱的設計容量已經(jīng)留出了2倍的余量。

案例2：

某軟件公司，使用數百臺電腦，頻繁出現跳閘現象。

三次諧波引起變壓器過(guò)熱

諧波電流在流過(guò)變壓器時(shí)，會(huì )造成變壓器的損耗增加，從而導致變壓器的溫度過(guò)高。其中，三次諧波電流造成變壓器過(guò)熱的情況最為嚴重。當負載全部為信息設備和節能燈時(shí)，變壓器的容量往往僅能達到銘牌上標稱(chēng)容量50%。

造成這種現象的原因是變壓器的結構。三相四線(xiàn)制配電系統中的變壓器的結構都是Δ/Υ結構。當變壓器的負載端有三次諧波電流時(shí)，三次諧波電流會(huì )耦合到變壓器的初級側。這種結構的變壓器不會(huì )將三次諧波電流發(fā)射到上游電網(wǎng)(這可能是一個(gè)優(yōu)點(diǎn))，但是，三次諧波電流也并不抵消，而是在變壓器的初級Δ繞組中形成環(huán)流，這種環(huán)流的幅度會(huì )很大，從而產(chǎn)生很大的熱量。

為了防止變壓器的溫度過(guò)高，很多人采用K因子變壓器，這種變壓器實(shí)際就是一種冗余量很大的變壓器，通過(guò)增大變壓器的容量來(lái)降低溫度。

歐美國家開(kāi)始采用消諧波變壓器，這是通過(guò)消除三次諧波環(huán)流來(lái)實(shí)現的。不僅能夠降低變壓器的溫度，并且具有顯著(zhù)的節能效果。從上圖中可以看出，消諧波變壓器的溫度遠低于普通變壓器，減少的發(fā)熱量就是節省的電能。

三次諧波引起零線(xiàn)過(guò)熱

三次諧波電流引起的另一種典型故障就是零線(xiàn)過(guò)熱。

圖中所示的是開(kāi)關(guān)柜中零線(xiàn)電流過(guò)大導致過(guò)熱的情況。上面的一組是可見(jiàn)光照片，可以看到零線(xiàn)過(guò)熱的情況。左面的是零線(xiàn)的絕緣層嚴重老化，右面的是零線(xiàn)的接線(xiàn)銅排嚴重氧化。這都說(shuō)明零線(xiàn)處于高溫下。

下面的圖中，展示了紅外線(xiàn)圖象。右面的圖像為可見(jiàn)光照片，雖然零線(xiàn)仍然完好，但是左面的圖像告訴我們，他的溫度已經(jīng)超過(guò)了相線(xiàn)。長(cháng)時(shí)間的高溫，會(huì )加速絕緣層老化。

造成零線(xiàn)過(guò)熱的原因就是零線(xiàn)電流過(guò)大。零線(xiàn)不同于相線(xiàn)，他沒(méi)有過(guò)流保護裝置，因此在電流過(guò)大的情況下，不會(huì )進(jìn)行保護，只能任憑發(fā)熱。

變壓器過(guò)熱的情況容易引起維護人員的警覺(jué)，并且可以通過(guò)增大變壓器的容量，或者增加外部散熱的方式進(jìn)行降溫。而零線(xiàn)過(guò)熱的問(wèn)題往往被維護人員忽略。

電纜過(guò)熱往往是電氣火災的隱患。因此，對于零線(xiàn)過(guò)熱的情況必須足夠重視。