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                              電力諧波對柴油發電機組電氣設備的影響

                              一、諧波是如何產生的 



                              在理想干凈的電力系統中,電流和電壓都是純粹的正弦波,但實際上,當電流流過與所加電壓不呈線性關系的負荷時,就形成非正弦電流。在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡單電路里,流過的電流和施加的電壓成正比。所以如果所加電壓是正弦的話,流過的電流就是正弦的。應指明,在無功元件的場合,在電壓和電流波形之間有一個相位移動,功率因數變低了,但線路仍然是線性的。當負荷為簡單的全波整流器及電容器的情況下電流只有在電源電壓超過存貯電容器上存的電壓時才能流通。 



                              實際上在電力電網中傳播的電流波形比上述所說的要復雜得多,可以是某種非對稱的,磁滯形的以及轉折性的,并且斜率也是隨負荷而變的,任何周期性波形均可分解為一個基頻正弦加上許多諧波頻率的正弦。諧波頻率是基頻的整數倍,例如基頻為50Hz時,二次諧波為100Hz,而三次諧波則為150Hz。諧波電流在供電系統及設備內部均會造成問題,其效果不一,需要分別加以考慮。 



                              二、諧波對電力設備的影響及應對方法 



                              (1)電壓畸變 



                              因為供電系統有內阻抗,所以諧波負荷電流將造成電壓波形的諧波電壓畸變。此阻抗有兩個組成部分:公共耦合點(PCC)的內部電纜走線的阻抗以及在PCC上供電系統的固有阻抗,以就地供電變壓器為例,由非線性負荷形成的畸變的負荷電流在電纜的阻抗上產生一個畸變的電壓降。合成的畸變電壓波形加到與此同一電壓相連的全部其它的負荷上去,而形成諧波電流在其上流過,甚至它們是線性的負荷時也是如此。 



                              問題的解決辦法是把產生諧波的負荷的供電線路和對諧波敏感的負荷的供電線路分開,線性負荷和非線性負荷從公共連接點用獨立的電路饋電,以便使非線性負荷產生的電壓畸變不會達到線性負荷上去。 



                               


                              (2)中性導線的過熱 


                              在三相系統中每個相線對星形接法的中點電壓有120°的相位移動,故每相的負荷相等時,在中線上的電流為零。但當三相負荷不均衡時,只有去掉均衡值以后的電流流入中線。安裝人員利用這一特點可把中線導線容量減少一半,但是,雖然基波電流可相互抵消,但諧波電流則不是這樣的――事實上它們都是三次諧波,有奇數位(“3N倍”)的諧波在中線上的適量相加。通過研究表明相電流為100A時,中線電流竟達150A。中性電流可輕易地接近相電流的兩倍。所以在有諧波電流的情況下,中線的截面應該是每相導線截面的兩倍,用五芯電纜可以方便地實現這一方案。 




                              (3)諧波對變壓器的影響

                                


                              三相變壓器對高次諧波的影響狀況取決于所用的連接方式。 



                              對于星/星(Y/Y)接法,相電流的任何不平衡結果會使相線對中線電壓不相等。3N倍的諧波電流在一次及二次的相線對中線的電壓上均造成諧波電壓并使星點電壓脈動。如果一次是四線制的(即星點連接中線),電壓就不會有畸變,但是一次中線上要流過諧波電流,就會引起電源系統的畸變。解決方法就是加上第三個三角形接法的繞組便可以克服這個問題(容量為變壓器額定值的30%),它給循環不平衡的及3N次諧波提供通路,可以防止它們傳回入配電系統。 


                                


                              對于三角形/星形(Δ/Y)接法,不平衡電流和3N次諧波電流只在一次繞組循環流動而不會傳到電源系統中去.這種接法是配電變壓器中常用的一種。 




                              (4)集膚效應 



                              交流電流趨向于在導體外表面流動,即眾所周知的集膚效應,它在高頻方面更為顯著。通常因為集膚效應在電網工頻下影響很小而被忽略,但是大約在300Hz以上(即其次諧波及以上時),集膚效應將變為顯著而導致附加的損耗和過熱。因此在有諧波電流的場合,設計者應考慮集膚效應并適當降低電纜的額定容量。例如采用多芯電纜或分層的母線來克服這個問題。 



                              三、結束語



                              柴油發電機廠家介紹,近年來,產生諧波的設備類型及數量在急劇增長并將繼續增長。諧波負荷電流是由所有的非線性符合產生的,了解諧波的產生及對設備造成的影響,為我們消除、減少諧波對人們生產、生活所帶來的不利影響提供了依據和保證。


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