諧波治理不僅僅針對(duì)一般的3、5、7、9次諧波,同時(shí)應(yīng)該針對(duì)2K以上的高次諧波。
按照諧波產(chǎn)生及危害的領(lǐng)域:
* 可分為電力側(cè)諧波與用戶(hù)側(cè)諧波。
* 電力側(cè)諧波領(lǐng)域主要研究由于電力傳輸、配電、變壓器等諧波的發(fā)生、傳輸、測(cè)量、危害及抑制,其諧波次數(shù)范圍一般為2≤n≤40。
* 用戶(hù)側(cè)諧波領(lǐng)域主要研究由于工業(yè)、商業(yè)用戶(hù)的變頻器、計(jì)算機(jī)、開(kāi)關(guān)
電源等產(chǎn)生的諧波的發(fā)生、傳輸、測(cè)量、危害及抑制,其諧波次數(shù)范圍一般為40≤n。
電力側(cè)諧波與用戶(hù)側(cè)諧波的區(qū)別如下:
|
電力側(cè)諧波 |
用戶(hù)側(cè)諧波 |
諧波次數(shù) |
2≤n≤40
即0.1KHz—2KHz |
40≤n
即2KHz—10MHz |
能量大小 |
大 |
小 |
危害范圍 |
電力變壓器,配電設(shè)施等 |
工業(yè)、商業(yè)用戶(hù)的計(jì)算機(jī)、PLC、控制設(shè)備等 |
危害特點(diǎn) |
對(duì)設(shè)備有明顯物理?yè)p傷,不干擾控制設(shè)備 |
對(duì)設(shè)備的物理?yè)p傷小,干擾控制設(shè)備 |
治理方法 |
諧波保護(hù)器-有源方式 |
諧波保護(hù)器-無(wú)源方式 |
對(duì)應(yīng)產(chǎn)品 |
HPD2000 |
HPD1000 |
2.諧波的危害
電源電壓波形畸變?cè)斐呻娋W(wǎng)諧波污染,使電力系統(tǒng)的發(fā)供用電設(shè)備出現(xiàn)許多異,F(xiàn)象和故障。諧波的危害是多方面的,就劇場(chǎng)電氣系統(tǒng)而言,主要來(lái)有以下幾個(gè)方面:
2.1. 對(duì)供配電線路的危害
三相配電線路中,相線上的3的整數(shù)倍諧波在中性線上會(huì)疊加,使中性線的電流值可能超過(guò)相線上的電流。相同頻率的諧波電壓與諧波電流要產(chǎn)生同次諧波的有功功率與無(wú)功功率,從而降低電網(wǎng)電壓,浪費(fèi)電網(wǎng)的容量。 繼電器在諧波影響下不能全面有效地起到保護(hù)作用,產(chǎn)生誤動(dòng)或拒動(dòng),將嚴(yán)重威脅供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運(yùn)行。
隨著諧波次數(shù)高頻率的上升,電纜導(dǎo)體趨膚效應(yīng)越發(fā)明顯,從而導(dǎo)致導(dǎo)體的交流電阻增大,使得電纜的允許通過(guò)電流減小。另外,電纜的電阻、系統(tǒng)母線側(cè)及線路感抗與系統(tǒng)串聯(lián),提高功率因數(shù)用的電容器及線路的容抗與系統(tǒng)并聯(lián),在一定數(shù)值的電感與電容下可能發(fā)生諧振。
2.2. 對(duì)電力設(shè)備的危害
當(dāng)電網(wǎng)存在諧波時(shí),投入電力電容器后其端電壓增大,通過(guò)電容器的電流增加得更大,使電容器損耗功率增加,加速絕緣介質(zhì)老化。在諧波嚴(yán)重的情況下,還會(huì)使電容器鼓肚、擊穿或爆炸。尤其是電容器投入在電壓已經(jīng)畸變的電網(wǎng)中時(shí),還可能使電網(wǎng)的諧波加劇,即產(chǎn)生諧波擴(kuò)大現(xiàn)象。
諧波使電力變壓器的銅耗增大,其中包括電阻損耗、導(dǎo)體中的渦流損耗與導(dǎo)體外部因漏磁通引起的雜散損耗都要增加。諧波還使變壓器的鐵耗增大,這主要表現(xiàn)在鐵心中的磁滯損耗增加。同時(shí)由于以上兩方面的損耗增加,因此要減少變壓器的實(shí)際使用容量,或者說(shuō)在選擇變壓器額定容量時(shí)需要考慮留出電網(wǎng)中的諧波含量。
對(duì)于配電用斷路器來(lái)說(shuō),受諧波電流的影響,導(dǎo)體的集膚效應(yīng)與鐵耗增加而引起發(fā)熱,使得額定電流降低與脫扣電流降低,可能因諧波產(chǎn)生誤動(dòng)作。
2.3.對(duì)弱電系統(tǒng)設(shè)備的干擾
對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信、有線電視、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與樓宇
自動(dòng)化等弱電設(shè)備,電力系統(tǒng)中的諧波通過(guò)電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)與傳導(dǎo)方式耦合到這些系統(tǒng)中,產(chǎn)生干擾。其中電磁感應(yīng)與靜電感應(yīng)的耦合強(qiáng)度與干擾頻率成正比,傳導(dǎo)則通過(guò)公共接地耦合,有大量不平衡電流流入接地極,從而干擾弱電系統(tǒng)。
3.劇場(chǎng)電氣諧波抑制措施及解決方案:
為抑制電網(wǎng)諧波污染應(yīng)采取一定的措施:
通過(guò)分析和測(cè)試找到了諧波源,于是現(xiàn)場(chǎng)的工程師使用ELECON公司的全系列的HPD諧波保護(hù)器(HPD2000+HPD1000),安裝上后諧波有了明顯的改善,如下圖所示:

HPD(Harmonic Protective Device)諧波保護(hù)器正是針對(duì)用戶(hù)側(cè)高次諧波(2kHz-10MHz)的污染,為用電設(shè)備提供諧波保護(hù),改善越來(lái)越惡劣的電能質(zhì)量的設(shè)備。
HPD諧波保護(hù)器采用了超微晶合金材料與創(chuàng)新科技的特別電路,對(duì)用電設(shè)備產(chǎn)生的隨機(jī)高次諧波和高頻噪聲、尖峰脈沖、電涌等干擾具有抑制和吸收作用;隨時(shí)跟蹤電壓波形,瞬時(shí)濾除電源中的尖峰、浪涌(雷電)、雜波,矯正因諧波影響而產(chǎn)生畸變的電壓波形;對(duì)噪聲進(jìn)行消化,矯正電網(wǎng)波形,使電網(wǎng)電源波形變得光滑清潔,既提高了電網(wǎng)質(zhì)量,又保證了儀器設(shè)備的正常運(yùn)行。
3.1 HPD諧波保護(hù)器的作用
HPD諧波保護(hù)器在消除了諧波的同時(shí),減少了導(dǎo)體的集膚效應(yīng),避免了導(dǎo)體的溫度升高,使變壓器的銅損、鐵損大為降低,減少了不必要的能耗。同時(shí),HPD諧波保護(hù)器還消除了對(duì)用電設(shè)備極具破壞性的浪涌電壓、尖峰信號(hào)等雜波,從而使各相電路中的電流、電壓趨于平衡,相位差保持一致,充分發(fā)揮了各類(lèi)設(shè)備的設(shè)計(jì)功能,以達(dá)到不浪費(fèi)電能的目的。
HPD諧波保護(hù)器采用高科技產(chǎn)品超微晶合金材料,既可以降低由于儀器設(shè)備產(chǎn)生的高頻率諧波和高頻噪聲,防止用電設(shè)備產(chǎn)生的污染進(jìn)入到電網(wǎng)中,同時(shí)又能防止電網(wǎng)中高頻率諧波、和高頻噪聲、浪涌(雷電)、尖峰瞬變等污染進(jìn)入到儀器設(shè)備,干擾儀器設(shè)備的運(yùn)行。在2kHz~10MHz頻段內(nèi)有較好的濾波吸收效果,除對(duì)電源中的干擾噪聲有濾波作用外,還對(duì)電源波形有矯正作用,把有用的電能返還到
電源,達(dá)到提高電能質(zhì)量的效果。
3.2 高次諧波的主要危害有
(1)引起串聯(lián)諧振及并聯(lián)諧振,放大諧波,造成危險(xiǎn)的過(guò)電壓或過(guò)電流;
(2)產(chǎn)生諧波損耗,使用電設(shè)備效率降低;
(3)加速電氣設(shè)備絕緣老化,使其容易擊穿,從而縮短它們的使用壽命;
(4)使設(shè)備(如PLC、音響、醫(yī)療設(shè)備、繼電保護(hù)、測(cè)量?jī)x表、電力電子器件、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、精密儀器等)運(yùn)轉(zhuǎn)不正;虿荒苷_操作;
(5)干擾通訊系統(tǒng),降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量,破壞信號(hào)的正確傳遞,甚至損壞通信設(shè)備。
3.3 采用HPD諧波保護(hù)器解決了設(shè)備遇到的眾多問(wèn)題
3.3.1 自動(dòng)保護(hù)用電設(shè)備。
由于設(shè)備自身產(chǎn)生的接地電流在設(shè)備和真實(shí)地之間會(huì)引發(fā)一個(gè)電壓降,當(dāng)噪聲頻率比較高的時(shí)候,很容易造成計(jì)算機(jī)電子設(shè)備、PLC、電機(jī)電器等電腦死機(jī)。
HPD能自動(dòng)消除具有破壞性的高次諧波,高頻噪聲、浪涌、尖峰瞬變等,確保了用電設(shè)備的使用壽命。
HPD諧波保護(hù)器具有很強(qiáng)的抑制和消除能力,最高可消除99%的因各種諧波引起的電壓、電流的畸變,防止諧波引發(fā)的計(jì)算機(jī)屏幕頻閃,以及由于開(kāi)關(guān)、短路、負(fù)載變化引起的燈光頻閃。
3.3.3 提高IT設(shè)備諧波環(huán)境,防止數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)堵塞。
IT設(shè)備是精密型的設(shè)備,對(duì)各種頻率的干擾十分敏感,由高次諧波引起的電壓畸變將嚴(yán)重影響IT設(shè)備質(zhì)量,使通信線路比特錯(cuò)誤率大大提高,甚至可以高到使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。
3.3.4 保護(hù)功率因數(shù)補(bǔ)償設(shè)備。
高次諧波頻率可能和雜散的電網(wǎng)電感及功率因數(shù)補(bǔ)償(PFC)設(shè)備組合的諧波頻率形成并聯(lián)諧振回路,諧振電路引起的諧波放大使電壓和電流波形畸變更為嚴(yán)重,從而導(dǎo)致設(shè)備過(guò)早出現(xiàn)故障。HPD消除了諧波污染,確保了功率因數(shù)補(bǔ)償設(shè)備的使用壽命
3.3.5 防止保護(hù)裝置的誤跳閘。
諧波電流會(huì)導(dǎo)致斷路器誤跳閘或是在該跳閘的時(shí)候根本不跳。
4.結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)代劇場(chǎng)中的諧波污染對(duì)設(shè)備造成了大量危害。強(qiáng)大的脈沖干擾會(huì)導(dǎo)致電子器件、設(shè)備的損壞,對(duì)計(jì)算機(jī)及應(yīng)用計(jì)算技術(shù)的儀表導(dǎo)致程序錯(cuò)誤,存儲(chǔ)丟失甚至系統(tǒng)的損壞。在實(shí)際工作中,因?yàn)樗哂卸喟l(fā)性、隨機(jī)性和不可重復(fù)性,使設(shè)備性能下降、無(wú)法工作的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。為保證現(xiàn)代劇場(chǎng)中各種不同類(lèi)型設(shè)備和計(jì)算機(jī)及精密電子裝置正常、可靠、高效地運(yùn)行,必須要采取相應(yīng)措施,消除對(duì)用電設(shè)備具有破壞性的高次諧波,高頻噪聲、浪涌、尖峰瞬變等,防止計(jì)算機(jī)電子設(shè)備、PLC、EIB、電機(jī)電器等電腦死機(jī),確保用電設(shè)備的使用壽命。