谐波的产生的原因及其危害

谐波的产生的原因及其危害

谐波的产生主要源于非线性负载,其危害包括降低设备效率、影响设备正常工作、引发谐振、导致保护装置误动及干扰通信系统等,具体分析如下:

在电力系统中,谐波产生的根本原因在于非线性负载。当电流流经负载时,若电流与所加电压不呈线性关系,就会形成非正弦电流,即电路中产生谐波。根据傅立叶分析原理,任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。这些谐波频率是基波频率的整倍数,例如基波为50Hz时,2次谐波为100Hz,3次谐波为150Hz,以此类推。

非线性负载类型

电力电子装置:如整流器、逆变器、变频器等,这些装置在电力电子技术飞速发展的今天应用日益广泛,成为主要的谐波源。

阻感负载:如异步电动机、变压器、荧光灯等,虽然它们主要消耗无功功率,但在某些情况下也会产生谐波。

谐波的分类

奇次谐波与偶次谐波:谐波可以区分为偶次与奇次性,第3、5、7次编号的为奇次谐波,而2、4、6、8等为偶次谐波。在平衡的三相系统中,由于对称关系,偶次谐波通常被消除,只有奇次谐波存在。

特定次数的谐波:对于三相整流负载,出现的谐波电流是6n±1次谐波,例如5、7、11、13、17、19等。变频器则主要产生5、7次谐波。

谐波对电力系统和其他用电设备的危害是多方面的,主要包括以下几点:

降低设备效率

谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗,如变压器、电机等设备的铁损和铜损增加,从而降低了发电、输电及用电设备的效率。

特别是大量的3次谐波流过中性线时,会使线路过热,甚至引发火灾。

影响设备正常工作

谐波对电机的影响除引起附加损耗外,还会产生机械振动、噪声和过电压,影响电机的正常运行。

谐波还会使变压器局部严重过热,加速绝缘老化,缩短使用寿命。

对于电容器、电缆等设备,谐波会导致其过热、绝缘老化、寿命缩短,甚至损坏。

引发谐振

谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振,使谐波放大,从而加剧了上述降低设备效率和影响设备正常工作的危害。

谐振还可能导致设备损坏,甚至引发严重事故。

导致保护装置误动

谐波会改变继电保护和自动装置的动作特性,导致其误动作或拒动作,影响电力系统的安全运行。

谐波还会使电气测量仪表计量不准确,影响电力系统的经济运行和管理。

干扰通信系统

谐波会对邻近的通信系统产生干扰,轻者产生噪声,降低通信质量;重者导致信息丢失,使通信系统无法正常工作。

在电力线载波通信等场合,谐波的干扰尤为严重,需要采取特殊措施进行抑制。