孔小麗

(泰州機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 泰州 225300)

1 諧波的產(chǎn)生

在理想情況下，電力系統(tǒng)的電壓和電流都是純正弦波，非正弦電流的形成是因為電流流過與外加電壓沒有線性關(guān)系的負(fù)載。電流與外加電壓在線性元件如電容、電感、電阻的簡單電路中成正比關(guān)系，如果外加電壓是正弦的，那么電流也是正弦的，如圖1所示。負(fù)載線表示施加的負(fù)載和電壓產(chǎn)生的電流之間的關(guān)系，圖1所示的電壓波形和電流波形對應(yīng)于線性負(fù)載。需要注意的是，在無功元件的情況下，功率因數(shù)變低，電流和電壓波形之間存在相移，但線路仍然是線性的。

圖2是當(dāng)負(fù)載是簡單的電容器和全波整流器時的情況。在這種情況下，電流流動僅在電源電壓超過存儲電容器上存儲的電壓時發(fā)生，即接近晶體正弦波電壓的峰值，如負(fù)載線的形狀所示。

圖1 電壓波形和電流波形對應(yīng)于線性負(fù)載Tab.1 Linear load of voltage waveform and current waveform

圖2 電容器和全波整流器時的負(fù)載情況Tab.2 Loading condition of capacitor and full-wave rectifier

實際上，負(fù)載線(這里指的是電流波形)比本例中提到的要復(fù)雜得多，它可以是轉(zhuǎn)彎、滯環(huán)或某種不對稱的形狀。斜率也是任何隨負(fù)載變化的周期波形可以分解為基頻正弦加上多個諧波頻率正弦?；l的整數(shù)倍正是諧波頻率。例如，當(dāng)基頻為50赫茲時，二次諧波為100赫茲，三次諧波為150赫茲。諧波電流需要分別研究，因為其在供電系統(tǒng)和設(shè)備中產(chǎn)生問題，其影響是不同的[1]。

2 諧波對建筑電氣設(shè)計的影響

2.1 對變壓器的影響

諧波對建筑電氣設(shè)計特別是對變壓器的影響很大。諧波會產(chǎn)生集膚效應(yīng)，嚴(yán)重影響電壓的輸入和輸出，其結(jié)果是變壓器的內(nèi)標(biāo)參數(shù)會發(fā)生一定程度的變化，變壓器電壓的正常輸出和輸入受到嚴(yán)重影響。諧波作為電流疊加在變壓器上，使變壓器受到巨大沖擊，降低了變壓器的使用壽命，增加了變壓器的工作強(qiáng)度，增加了建筑電氣設(shè)計的負(fù)擔(dān)。變壓器增加了運(yùn)行負(fù)荷同時損耗也增大，諧波影響了變壓器的正常運(yùn)行。

2.2 對導(dǎo)體的影響

諧波在建筑電氣設(shè)計中對導(dǎo)體也有很大的影響。它影響了導(dǎo)體電源的質(zhì)量，增加了導(dǎo)體的損耗，很容易使導(dǎo)體發(fā)生短路或斷路情況。諧波的影響也會波及到導(dǎo)體，對導(dǎo)體產(chǎn)生不良的影響和巨大損耗，對整個電力系統(tǒng)的影響都很大。諧波的產(chǎn)生也影響了中性線，在一定程度上會導(dǎo)致線路損耗，發(fā)生相線過載，對整個電力系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響。

2.3 對電容器的影響

諧波的出現(xiàn)對于電容器的影響也非常大。由于電容器在測試過程中存在過載和附加損耗，導(dǎo)致整個電氣設(shè)計系統(tǒng)的故障。諧波的存在會對整個電氣系統(tǒng)產(chǎn)生大面積的影響，使電氣設(shè)計系統(tǒng)中的電容器和氣壓元件產(chǎn)生共振，與電容器相連的設(shè)備、系統(tǒng)、線路最嚴(yán)重時會出現(xiàn)燒毀的情況，對電容器的影響是非常嚴(yán)重的。

2.4 對繼電器的影響

控制和保護(hù)設(shè)備是根據(jù)電氣工作時所施加的電流、電壓的正弦波和工業(yè)頻率來設(shè)計的。諧波的產(chǎn)生會導(dǎo)致繼電器工作條件受到嚴(yán)重干擾，甚至造成操作失誤、停產(chǎn)，嚴(yán)重的還會造成安全事故。繼電保護(hù)的動作特性受到諧波的影響會降低或者失真，導(dǎo)致保護(hù)裝置經(jīng)常誤動或拒動。根據(jù)不同類型繼電器的工作原理和設(shè)計性能，諧波所影響的程度也是有差別的。對于整流繼電器，在某些條件下，由于電流中的諧波分量較大，致使輸電線路對地短路，導(dǎo)致整流型保護(hù)裝置拒動。對于感應(yīng)繼電器，因為其動作速度慢、可動部分慣性大，諧波對其影響并不是很大。在磁場的作用下，繼電器中的圓盤或圓筒會產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流會與空間中的另一個磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動圓柱體或磁盤旋轉(zhuǎn)。對于電流繼電器，諧波的存在會使阻抗變大、線圈增多，從而引起保護(hù)拒動，其動作值總是大于基波的整定值，因此電流繼電器可能誤動作或拒絕動作。對于靜態(tài)型繼電器(也常被稱為固態(tài)繼電器、靜態(tài)繼電器)，其主要是由沒有機(jī)械運(yùn)動的電子器件組成，由于良好的抗干擾和消諧效果，靜電保護(hù)越來越受到人們的重視[2]。

3 解決諧波對建筑電氣設(shè)計影響的對策

3.1 減少諧波出現(xiàn)的頻次

要從源頭上來控制和減少諧波的出現(xiàn)，這也是減少諧波影響的最主要措施。可以改善電力供應(yīng)，以抑制諧波對電力系統(tǒng)的影響。通過增加電源可以將電纜的截面進(jìn)行改善，避免集膚效應(yīng)的產(chǎn)生，這樣可以很有效地遏制諧波的產(chǎn)生。因為諧波對變壓器的影響很大，要結(jié)合實際情況，及時更換新的變壓器。使用和設(shè)定專用的變壓器能夠有效抑制諧波的產(chǎn)生，減少其對電氣設(shè)計的影響。

3.2 濾波器檢查

濾波器的檢測也是減少諧波對電氣設(shè)計影響的有效途徑。根據(jù)濾波器的特點，可以分為有源濾波器、無源濾波器和混合濾波器。諧波的產(chǎn)生可以用有源電力濾波器快速檢測出，這也是其較為突出的特點，并能迅速做出反應(yīng)。它在整個電氣系統(tǒng)中對非線性負(fù)荷系統(tǒng)進(jìn)行了全面的測試，與非線性負(fù)載相連，以保證諧波能被及時濾除，減少諧波對電力系統(tǒng)的影響。將無源濾波器與電容器相結(jié)合，可以實現(xiàn)檢測和分析某些諧波。采用有源濾波器和無源濾波器相結(jié)合的混合濾波器，可以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，避免系統(tǒng)燒毀，它可以通過設(shè)備對諧波進(jìn)行濾波和控制。

3.3 電力系統(tǒng)采用濾波保護(hù)裝置

在電力系統(tǒng)整體設(shè)計過程中，電力系統(tǒng)保護(hù)裝置是最為重要的組成部分。因此，對于易受諧波影響的電力系統(tǒng)，有必要安裝濾波保護(hù)裝置來對諧波進(jìn)行控制，減少其影響。濾波保護(hù)器能保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，有效降低電力系統(tǒng)諧波的不利影響，這是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提保證。選擇合適的磁場作為有效磁場來處理諧波，減少諧波對電力系統(tǒng)的影響，利用磁場來進(jìn)行相互作用。采用超微晶吸收和消除諧波，以此材料作為主體，來保護(hù)濾波裝置[3]。

4 結(jié)語

諧波不僅增加了電氣系統(tǒng)的壓力，而且在一定程度上會促使電壓升高。可以通過降低諧波的次數(shù)和頻率減少諧波的發(fā)生。也可以利用濾波器檢查，來抑制諧波的發(fā)生。還可以通過濾波保護(hù)裝置來將諧波濾除。