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建筑物內(nèi)電子設(shè)備諧波問題的探討

時間:2023-03-18 21:45:51 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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建筑物內(nèi)電子設(shè)備諧波問題的探討

摘要:建筑物內(nèi)的電子元件和設(shè)備已成為低壓電網(wǎng)中不可忽視的諧波源。本文根據(jù)幾組檢測數(shù)據(jù),對最常用的電子設(shè)備和元件的諧波及其影響進(jìn)行了分析,提出相應(yīng)的對策。
關(guān)鍵詞:電子設(shè)備諧波問題對策
隨著小區(qū)和建筑樓宇智能化的興起和信息處理技術(shù)的普及,電子計(jì)算機(jī)、彩色電視機(jī)和電子節(jié)能照明光源等電子設(shè)備和元件已廣泛進(jìn)入到我們的學(xué)習(xí)、工作、生活中。這些元件和設(shè)備屬于非線性負(fù)載,在大量集中使用的建筑物或居民小區(qū)中,其非線性產(chǎn)生的諧波電流,如果不加以抑制,會使低壓電網(wǎng)的電壓電流波形產(chǎn)生畸變,影響電能質(zhì)量。
一、電子設(shè)備的諧波現(xiàn)象及原因
電子設(shè)備的電源一般是整流電源,只在交流電壓接近峰值時,整流管才導(dǎo)通有輸入電流。由于在一周期內(nèi)導(dǎo)通的時間很短,又必須維持設(shè)備正常的工作電流,所以輸入電流呈脈沖狀。這種脈沖狀輸入電流的基波含量小,而諧波含量大,且工作電流越大,脈沖電流的幅值就越大,形成嚴(yán)重的畸變電流注入低壓電網(wǎng),成為不可忽視的諧波源。
電子計(jì)算機(jī)和電視機(jī)的諧波電流含量大,諧波電流總畸變率高。這樣高含量的負(fù)載諧波電流在負(fù)荷使用高峰期注入低壓電網(wǎng),會造成電網(wǎng)電壓和電流總諧波畸變率升高,對電能質(zhì)量產(chǎn)生影響,如果超過國標(biāo)規(guī)定的限值,還可能造成危害。
據(jù)有關(guān)資料,在家用電器(主要是電視機(jī))集中使用的居民小區(qū),對低壓電網(wǎng)的電壓質(zhì)量有明顯的影響。在負(fù)荷高峰時,電壓的總畸變率和3次、5次諧波均已達(dá)到或超過國標(biāo)規(guī)定的限值,而且還有進(jìn)一步增加的趨勢。
二、諧波對電力系統(tǒng)設(shè)備的影響
電網(wǎng)諧波使電網(wǎng)波形受到污染,供電質(zhì)量惡化,附加損失增加,傳輸能力下降,是電網(wǎng)的公害。其對系統(tǒng)和設(shè)備的影響主要表現(xiàn)在幾方面。
1.對變壓器和電動機(jī),諧波電壓使鐵芯渦流損耗增加,諧波電流使銅損增加,溫度上升,絕緣加速老化,降低了效率和利用率,縮短使用壽命。目前為了抑制3次諧波,常用Dyn11接線的變壓器,使3次諧波在三角形連接繞組中形成環(huán)流,盡量不注入電網(wǎng)。但應(yīng)注意,當(dāng)諧波含量較大時,這些環(huán)流也可能引起變壓器繞組過熱。
2.在諧波電壓作用下,電容器會產(chǎn)生額外的功率損耗,加快絕緣介質(zhì)的老化。更為嚴(yán)重的是,大量諧波電流很可能引發(fā)電容器和系統(tǒng)其他元件之間的并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振,造成對某次諧波電流的放大和諧波電壓的增高。這種危險(xiǎn)的諧波過電壓和過電流,不僅會使電容器超載而損壞,也會使與電容器聯(lián)接的配電回路中所有線路、設(shè)備因電壓閃變超壓過負(fù)荷而損壞。據(jù)統(tǒng)計(jì),70%以上的諧波故障發(fā)生在電容器裝置上。
3.對電力電纜和配電線路,諧波電流頻率增高引起明顯的集膚效應(yīng),導(dǎo)線電阻增大,線損加大,發(fā)熱增加,絕緣過早老化,容易發(fā)生接地短路故障,形成潛在的火災(zāi)隱患。同時,3次諧波使三相平衡負(fù)荷的N線電流顯著增加。在配電回路負(fù)荷主要是大量集中使用電子計(jì)算機(jī)和大面積采用電子節(jié)能氣體光源照明的場合,N線電流甚至達(dá)到相線電流的兩倍,致使N線過熱、燒毀,甚至導(dǎo)致火災(zāi)。
4.配電回路的諧波電流含量高會使斷路器遮斷能力降低。這是因?yàn)榛冸娏鬟^零點(diǎn)時,電弧電流隨時間的變化率要比工頻正弦電流大,電弧電壓的恢復(fù)要迅速得多,使電弧容易重燃。事實(shí)表明,空氣電磁斷路器不能遮斷其分?jǐn)嗄芰Ψ秶鷥?nèi)波形畸變率超過50%的故障電流,還會導(dǎo)致斷路器損壞。
5.諧波對電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)、計(jì)量儀表以及通信系統(tǒng)的設(shè)備、信號產(chǎn)生干擾和損害。
三、國家諧波標(biāo)準(zhǔn)限值
為了抑制諧波污染,保證電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,近幾年來國家先后制定了一系列電磁兼容和安全的國家標(biāo)準(zhǔn),對諧波的限值作出了明確的規(guī)定。在《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》(GB/T14549-93)中,對0.38KV低壓電網(wǎng)諧波電壓和諧波電流限值的規(guī)定如表三、表四:
這些標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施,為電子設(shè)備產(chǎn)品的生產(chǎn)和檢測,供配電設(shè)計(jì)以及供用電的監(jiān)督管理提供了依據(jù)。四、減小諧波影響的措施
1.在民用建筑低壓配電設(shè)計(jì)中,尤其是對用電負(fù)荷主要為單相用電設(shè)備供電的配電干線,中性線(N)的截面積不應(yīng)小于相線截面積。而對大量集中使用計(jì)算機(jī)、電視機(jī)等電子設(shè)備供電的場合,TN系統(tǒng)配電回路的N(PEN)線的截面積不應(yīng)小于相線截面積的2倍,以增加N線載流量,避免導(dǎo)線過載發(fā)熱而損壞。
2.對應(yīng)用電子設(shè)備和元件較多的配電線路保護(hù),應(yīng)選用有中性線過流保護(hù)的開關(guān)電器,并且應(yīng)適當(dāng)加大斷路器的斷流容量,防止短路故障時因斷流容量不足損壞開關(guān)和設(shè)備。
3.為防止電力電容器對諧波的放大,以致引起諧振過電壓或過電流,對電容器的設(shè)置要注意以下幾點(diǎn):①適當(dāng)調(diào)整電容器的安裝位置,以改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。②根據(jù)可能產(chǎn)生諧振的諧波次數(shù),確定電容器的容量,或調(diào)整電容器投切分組容量,以避開諧振點(diǎn)。③在電容器回路中串聯(lián)適當(dāng)?shù)目招碾娍蛊,限制電容器支路的諧波電流。例如,為限制3~5次諧波電流,可安裝相當(dāng)于電容器容量4%~6%的串聯(lián)電抗器。
4.在系統(tǒng)中并聯(lián)裝設(shè)交流濾波器。交流濾波器有無源與有源之分,由于民用建筑中負(fù)荷類型變化不大,電子設(shè)備產(chǎn)生的諧波次數(shù)相對比較固定,因此多采用無源濾波器。
對低次數(shù)(13次以下)諧波,因次數(shù)較低,含量較大,可分別設(shè)置單一頻率的單調(diào)諧無源濾波器濾除。單調(diào)諧濾波器由電容器串聯(lián)諧波電抗器組成,基本原理是將需濾除的諧波頻率作為理想的調(diào)諧點(diǎn),在此頻率上濾波器產(chǎn)生串聯(lián)諧振,形成低阻通路吸收大部分諧波電流。
對較高次數(shù)(13次及以上)諧波因其幅度小,可選一共同的高通濾波器濾除。最常用的高通濾波器是二階高通濾波器,由電抗器、電阻和電容器混聯(lián)連接構(gòu)成。對某一次(如13次)諧波頻率以上的各次諧波,濾波器的阻抗是一個小于其電阻值的低阻通路,使次數(shù)較高的諧波電流被有效地吸收。
現(xiàn)在有的廠家(諾基亞、深圳海億達(dá)等)已可提供有源濾波器。有源濾波器基本原理是作為一個電流源,與負(fù)載諧波源并聯(lián),以極快的響應(yīng)速度,送出與負(fù)載諧波電流幅值相等,相位相同,方向相反的電流,使兩者相互抵消,電源側(cè)的總諧波電流為零。有源濾波器還可補(bǔ)償無功功率和三相不對稱電流。目前由于價格較高,補(bǔ)償容量較小(單臺補(bǔ)償電流100A以下),所以僅適用于對供電質(zhì)量要求很高(如重要建筑物的中央監(jiān)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等)的場所使用。
5.加強(qiáng)對電子產(chǎn)品生產(chǎn)的管理、檢測和監(jiān)督,鼓勵廠家采用有源功率因數(shù)校正等新技術(shù),生產(chǎn)低諧波值的電子產(chǎn)品。從源頭對諧波污染進(jìn)行治理,這是最根本的措施。
參考文獻(xiàn)
1.薩本永《諧波電流引起零線電流偏大過熱問題探討》安全與電磁兼容2001年第2期
2.林海雪、孫樹勤編著《電力網(wǎng)中的諧波》中國電力出版社1998論文出處(作者):
數(shù)控機(jī)床維修改造技術(shù)
基于單片機(jī)和大容量存儲器組合的特定消諧式電動車用變壓

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