3次谐波的特殊危害及其解决办法

返回列表来源：领步电能质量发布时间：2017-03-30分享加入收藏关注：-

           一、3次谐波问题的产生

在处理谐波问题时，3次谐波电流需要引起特别的关注。3次谐波电流之所以危害很大，是因为3次谐波电流在零线上叠加，会导致零线电流过大，造成火灾隐患。下图是3次谐波导致零线电流过热的情况。实际上，20年前在欧美发达国家，很多火灾是零线过热导致的。现在，欧美国家对电子设备的3次谐波电流进行了严格的限制，并在工程中特别关注，零线过热的现象已经很少出现。

 

3次谐波电流主要产生与单相整流电路。这个问题之所以重要，是因为电气负荷重但象征六器负荷大量增加。现代社会中，大部分单相负荷都以整流器为输入电路的设备，小到手机充电器，大道变频器等功率驱动设备。在中国，电子信息设备迅速普及，3次谐波问题也迅速显现出来。

下面是几个例子：

（1）网吧中大约有200台计算机，物业公司发现，网吧营业时，零线电流超过相线电流；

（2）某建筑物周围的广告灯箱围墙，使用电子镇流器的荧光灯照明，灯箱点亮时，发现零线电流超过相线电流；

（3）某建材城的大屏幕显示屏，采用200余台开关电源供电，工作时导致建材城配电柜跳闸，检查后发现零线电流超过相线电流；

（4）某科研楼配电柜突然起火，检查发现是零线电流过热导致电缆早期老化，短路所致；

（5）某饭店以经营火锅（使用电磁炉）为主，发现客人多时，频繁跳闸，检查发现零线电流超过相线电流。

              可以预见，3次谐波电流带来的问题会越来越普遍。

           二、从电流波形角度分析零线电流过大原因

           当负载是线性负载时，电流的波形与电压的波形是相同的，仍然是正弦波。如果三相负载完全相同，则三相电流在香味上页相差120度，幅度相同。三相电流在零线上矢量叠加，由于它们的相位相差120度后，幅度相同，因此在零线上的总电流为零。安装配电线路时，尽量使三相负荷平衡已经成为电工操作中的一条规范。

           当三相负荷不平衡时，零线上会有电流，Z严重的情况是只有一相有负荷，这是零线电流等于相线电流。因此，在进行线路设计时，零线导体的界面剂只要与相线导体的截面积相同，就能够确保配电系统的安全，不会出现零线过热的现象。

           对于传统的用电方式，上述理论完全正确。但是“三相负荷平衡，零线电流为零”这个结论基于一个重要的假设，这就是负荷是线性负载。如果负荷是非线性负载，情况可能就完全不同了。Z典型的非线性负载是计算机等信息设备，这时零线电流Z大可能达到相线电流的1.7倍。下图是非线性负载导致零线电流过大时的电流波型。

信息设备之所以造成零线电流很大，是因为信息设备的电源输入端为整流电路。单相整流电路的电流施脉冲状的电流，由于脉冲很窄（小于60度），因此当第一相上出现电流时，第二相和第三项上的电流为0，因此在零线上不会发生抵消，相线上出现的每个电流脉冲状也会出现在零线上。这种现象解释了当负载为计算机时，即使负载平衡，零线上仍然有电流的现象。零线上电流会达到相线的1.7倍。如果整流电路的电流的脉宽大于60度，就会在零线上发生重叠现象，这时零线上的一部分电流发生抵消，实际的零线电流会小于相线电流的1.7倍。

现在，建筑物中几乎所有的负载都是以整流电路为代表的非线性负载，因此零线电流过大的 问题十分普遍。下图为单相整流电路的电流波型。

随着节能灯、信息设备、大型LED显示屏、家用电器的大量使用，电气负荷几乎都是非线性负载，它们工作时产生严重的3次谐波电流，从而引起零线电流过大的现象。零线电流过大之所以危害极大，是因为零线上没有保护装置。配电线路的保护装置一般安装在相线上，因此，相线上一旦出现过大的电流，保护装置会动作，避免线路过热。而零线上，诶呦保护装置，电流过大时只能任其过热。 

            现在经济的高速发达，进入信息化，电子化时代，非线性负载设备的几句增加，导致3次谐波电流的问题日益显现出来。3次谐波电流本身并不可怕，可怕的是认识不到这种危害，不加以防范。

      三、解决方法

           1.有源滤波器（LBAPF）
            当对电压畸变率有较高的要求时，可以使用有源滤波器。需要注意的是，有源滤波器仅对其安装位置的上游有作用，对于下游没有任何效果。因此要注意安装的位置。不能安装在变压器的下端，这样仅能够降低变压器的温度，对于降低零线温度没有任何作用。
           2.三次谐波零线滤波器

           如果对于电压畸变率没有严格的要求，仅是为了消除3次谐波电流的种种不良影响，使用零线谐波电流阻断器是性价比Z高的方法。只要在变压器的次级安装一台LB3NBF，就能够保护整个系统免受三次谐波电流的危害。但是LB3NBF作用仅在于消除3次谐波电流的影响，对于改善整个系统的电能质量效果较小。

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