谐波对电器设备的影响分析
日期: 2021/2/22 浏览: 2 来源: 学海网收集整理 作者: 泰州机电高等职业技术学校 孔小丽 江苏泰州 225300
摘要：在电气设备的正常运行中，谐波是较为常见的主要影响因素之一，其可以引起电气设备的电压不稳定和断路器的跳闸，对于电气设备中的中心线也会引起过热的现象，这些因素对于电气设备的使用寿命将造成严重的影响，无法发挥电气设备的最大功效，因此，分析谐波对电气设备的影响具有重要意义。
关键词：谐波；电气设备；影响
谐波电流供电系统已出现多年，开关电源、电子镇流器、高频电源等电力设备广泛应用于电子行业，家用电器、荧光灯等电气设备广泛应用于日常生活，以及大功率负荷运行的冶金、化工、熔炉、矿山以及整流设备等企业使用的变频调速设备，都会导致大负荷谐波电流注入电网，导致正弦波失真和电能质量严重下降。这不仅是对广大用户的严重威胁，也是对电力系统一些主要供电设备安全运行的严重威胁[1]。
一、谐波的产生
电力系统在理想的情况下，电压和电流都是纯正弦波。事实上，非正弦电流的形成事因为电流流过与外加电压没有线性关系的负载。电流与外加电压在只包含线性元件，如电容、电感和电阻的简单电路中是成正比关系，所以如果外加电压是正弦的，那么电流也是正弦的，如图1所示。负载线表示施加的负载和电压产生的电流之间的关系，图1所示的电压波形和电流波形对应于线性负载。需要注意的是，在无功元件的情况下，功率因数变低，电流和电压波形之间存在相移，但线路仍然是线性的。
图1
图2是当负载是简单的电容器和全波整流器时的情况。在这种情况下，电流流动仅在电源电压超过存储电容器上存储的电压时，即接近晶体正弦波电压的峰值，如负载线的形状所示。
图2
实际上，负载线（这里指的是电流波形）比本例中提到的要复杂得多。它可以是转弯、滞环的和某种不对称的形状，而且斜率也是任何随负载变化的周期波形，可以分解为基频正弦加上多个谐波频率正弦。基频的整数倍正是谐波频率。例如，当基频为50赫兹时，二次谐波为100赫兹，三次谐波为150赫兹。谐波电流需要分别研究，因为其在供电系统和设备中产生问题，其影响是不同的[2]。
二、谐波对建筑电气设计的影响
（1）对变压器的影响
谐波对建筑电气设计，特别是对变压器的影响很大。谐波会产生集肤效应，严重影响电压的输入和输出，其结果是变压器的内标参数会发生一定程度的变化，变压器电压的正常输出和输入受到严重影响。而且，谐波作为电流叠加在变压器上，使变压器受到巨大冲击，降低了变压器的使用寿命，增加了变压器的工作强度，增加了建筑电气设计的负担。变压器增加了运行负荷，同时也损耗增大，因此谐波影响变压器的正常运行。
（2）对导体的影响
谐波在电气设计中，对导体也有很大的影响。首先，它影响了电源的质量，增加了导体的损耗，特别是电容器介质的选择，不能成为理想的材料，很容易使导体容易发生短路或者断路情况。因此，谐波的影响也会波及到导体，从而导致对导体产生不良的影响，损耗是巨大的，对整个电力系统的影响都很大。其次，由于谐波的产生，也影响了中性线，它在一定程度上会导致线路损耗，进而发生相线过载，对整个电力系统产生巨大的影响。
（3）对电容器的影响
谐波的出现，对于电容器的影响也是非常大。由于电容器在测试过程中存在过载和附加损耗，容易造成一定的损耗，导致整个电气设计系统的故障。而由于谐波的存在，对整个电气系统产生大面积的影响，会使电气设计系统中的电容器和气压元件产生共振，与电容器相连的设备、系统、线路的最严重会出现烧毁的情况，影响严重。因此，谐波对电容器的影响是非常严重的。
（4）对继电器的影响
控制和保护设备是根据在电气工作时，所施加的电流或电压的正弦波和工业频率来设计的。谐波的产生，会导致工作条件受到严重干扰，甚至是造成操作失误、停产，严重的会造成安全事故。继电保护的动作特性受到谐波的影响，对于继电保护的影响是降低或者失真，从而导致保护装置经常的误动或是拒动。谐波的影响根据不同类型继电器的工作原理和设计性能，所影响的程度也是有差别的。其一是整流继电器，在某些条件下，如由于电流中的谐波分量较大，致使输电线路对地短路，导致整流型保护装置拒动。其二是感应继电器，动作速度慢，可动部分惯性大，因此谐波对其影响并不是很大。在磁场的作用下，继电器中的圆盘或圆筒会产生感应电流。该电流会与空间中的另一个磁场相互作用，产生电磁转矩，驱动圆柱体或磁盘旋转。其三是电流继电器，谐波的存在对于电流继电器来说，阻抗大，线圈多，会引起保护拒动，其动作值总是大于基波的整定值，因此欠电流继电器可能误动作，电流继电器会拒绝动作。其四是静态型继电器，也常被称为固态继电器和静态继电器，主要是由没有机械运动的电子器件组成。由于其良好的抗干扰和消谐效果，静电保护越来越受到人们的重视[3]。
三、解决谐波对建筑电气设计中的影响对策
（1）减少谐波出现的频次
要从源头上来控制和减少谐波的出现，对电力系统的设计影响大大的降低，这也是减少影响的最主要的措施和原因。首先，首先，我们可以改善电力供应，以抑制谐波对电力系统的影响。在此过程中，通过增加电源，可以将电缆的截面进行改善，避免集肤效应的产生和出现，这样可以很有效的遏制谐波的产生。其次，因为谐波对变压器的影响很大，要结合实际情况，及时更换新的变压器，使用和设定专用的变压器能够有效抑制谐波的产生，减少对电气设计的影响。
（2）谐波器检查
滤波器的检测也是减少谐波对电气设计影响的有效途径。根据滤波器的特点，可以分为有源滤波器、无源滤波器和混合滤波器。首先，谐波的产生可以用有源电力滤波器快速检测出，这也是其较为突出的特点，并能迅速做出反应。它在整个电气系统中，对整个非线性负荷系统进行了全面的测试，与非线性负载相连，以保证谐波能被及时滤除，减少谐波对电力系统的影响。其次，将无源滤波器与滤波器和电容器相结合，可以实现检测和分析某些谐波。最后，采用有源滤波器和无源滤波器相结合的混合滤波器，可以保证系统的正常运行，避免系统烧毁。它可以通过设备对谐波进行滤波和控制。
（3）电力系统采用滤波保护装置
在电力系统设计过程中，电力系统是最为重要的组成部分。因此，对于易受谐波影响的电力系统，有必要安装滤波保护装置，来对谐波进行控制，减少影响。首先，滤波保护器能保证电力系对统的正常运行，有效降低电力系统谐波的不利影响，这是电力系统稳定运行的前提保证。其次，选择合适的磁场作为有效磁场来处理谐波，减少谐波对电力系统的影响，利用磁场来进行相互作用。最后采用超微晶吸收和消除谐波，以此材料作为主体，来保护滤波装置[4]。
结束语
谐波的产生对于供电系统的运行和从设计到照明等，都有着严重的影响，所以建筑电气设计的内容非常复杂的。谐波不仅对电气系统的压力增加，而且在一定程度上回促使电压升高。以此，对于谐波所造成的的影响有必要采取有效的措施来应对。谐波的解决可以通过降低谐波的次数和频率，减少谐波的发生，也可以利用谐波家呢装置来抑制谐波的发生，还可以通过滤波保护装置，来讲谐波滤除，减少谐波对建筑电气的影响，保护电气装置和系统。
参考文献：
[1]庄双勇,赵伟,何学农,黄松岭.超谐波引发的电能质量问题及相关研究[J].电测与仪表,2019,56(01):41-52.
[2]李秋硕,肖勇,李鹏,蒋仲明,刘卫涛,刘浩,刘博.用于NILM的电器设备谐波特征研究[J].南方电网技术,2016,10(10):73-78.
[3]杨敏杰,王增明.电网谐波对电器设备危害研究及抑制对策[J].内蒙古煤炭经济,2007(05):40+37.
[4]王勇军,岳超源.谐波对电力成本的影响及谐波电价研究[J].东北电力技术,2001(08):1-6.
