电网谐波对用电设备的影响及其抑制

近年来，随着各种整流和换流设备、电子设备、电弧炉、变频器、日用电器和照明设备的大量应用，使电网的电压和电流发生了畸变，电网产生了大量的高次谐波。本文旨在论述谐波对工厂用电设备的影响及其抑制措施。

一、谐波的影响

1、变压器

对变压器而言，谐波电流可导致铜损和杂散铜损增加，谐波电压则会增加铁损。与纯正基本波运行的正弦电流和电压相比较，谐波对变压器的整体影响是温升较高。必须注意的是：这些由谐波所引起的额外损失将与电流和频率的平方成比例上升，进而导致变压器的基波负载容量下降。而且谐波也会导致变压器噪声增加。

2、电力电缆

在导体中非正弦波电流所产生的热量与具有相同均方根值的纯正弦波电流相比较，则非正弦波会有较高的热量。该额外温升是由众所周知的集肤效应和邻近效应所引起的，而这两种现象取决于频率及导体的尺寸和间隔。这两种效应如同增加导体交流电阻，进而导致I2Rac损耗增加。

3、电动机

谐波对电动机的主要影响是引起附加损耗，其次是产生机械振动、噪声和谐波过电压。当电动机的谐波电流增大时，电动机的磁饱和程度增加，其所引起的电动机的附加损耗和发热的增加，要比单纯由谐波本身引起的损耗和发热大得多。对于旋转电动机设备，与正弦磁化相比，谐波会增加噪音量。像五次和七次这种谐波源，在电动机负载系统上，可产生六次谐波频率的机械振动。机械振动是由振动的扭矩引起的，而扭矩的振动则是由谐波电流和基波频率磁场所造成的，如果机械谐振频率与电器励磁频率重合，会发生共振而产生很高的机械应力，导致机械损坏的危险。

4、开关

像其它设备一样，谐波电流会引起开关之外额外温升并使基波电流负载能力降低。温升的提高对某些绝缘组件而言会降低其使用寿命。

5、电子设备

计算机及部分电设备，如可编程控制器（PLC），通常要求总谐波电压畸变率（THD）小于5%，且个别谐波电压畸变率低于3%，较高的畸变量可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断，导致较大的经济损失。

二、谐波与功率损失

在电网电压、电流波形畸变的情况下，视在功率S与有功功率P和无功功率Q之间的关系变为：S2 > P2 + Q2，视在功率中除去有功功率后，余下的功率包括两部分。现用C表示余下的其中一部分，称之为畸变功率。这样，视在功率就成为三向量之和，即：S2 = P2 + Q2 + C2 ，畸变功率C具有无功功率的性质。因此，谐波电流的存在可看作是无功功率的增加，畸变功率也就可称为谐波无功功率。它与电磁无功功率在电网中流动时一样，会增加线路和变压器的铜损耗，并使电网的功率因数降低。

三、抑制谐波的措施

1、改变供电系统的运行方式；

2、合理选择供电电压；

3、设法减少谐波源的谐波注入量；

4、设置交流滤波器；

5、设置有源滤波器。

在这些措施中，措施1、2、3的实施是不现实或极其困难的，措施4效果也不是很好，措施5有源滤波器滤波效益可观，并且技术日趋成熟，目前已逐步开始普及。有源滤波器目前全部为智能化控制，可以做到免调试。不仅能有效地滤除电网的各次谐波，而且还可以提高用电设备的功率因数，从而取得非常满意的节电效果。因为通常采用功率因数提高措施，虽然可以大幅度降低基波无功电流，但是必然会出现谐波放大现象。这时，供电电流和电流中谐波电流大幅增加，谐波无功功率也相应增加，使器件由于超温和过压而损坏，供电变压器温升加大。所以有源滤波器这一功能是非常必要的。现在，该类滤波器已实现了平均无故障时间十年的要求，可以用于所有感性负载。只要是根据现场电气参数准确来配备，其在滤除谐波提高功率因数的同时，还可以起到可观的节电