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電能質量小常識   2008-7-24   [7420]
 

電壓偏差:長時間的偏離額定電壓。

    該問題屬于基波無功的范疇,主要與電能傳輸的導線直徑、供電距離、潮流分布、調壓方式、無功補償容量等因素有關。欠電壓可導致設備工作不正常,例如鼠籠型電動機過熱和接觸器吸引線圈釋放。過電壓可使多種電子和電氣設備永久性的(絕緣)損壞。

    頻率偏差:電壓的頻率超出額定頻率規定時限。屬于基波有功問題,它與電力系統有功儲備有關,和電壓偏差一樣是電力部門認識較早、研究較成熟、控制方式與手段較完善的電能質量指標。

    三相不平衡:三相電源各相的電壓不對稱。是各相電源所加的負荷不均衡所致,屬于基波負荷配置問題?;崾貢溲蠱髂誆妨鰨骯齲?,并可使電動機的效率降低。發生三相不平衡即與用戶負荷特性有關,同時與電力系統的規劃、負荷分配也有關。

    諧波:電壓波形畸變。屬于負荷特性問題,是非線性負荷造成的,與非線性負荷所固有的特性有關。與供電質量關系不大,網絡的運行方式、結構參數、儲能設備的配置對諧波問題有重要影響。只要有非線性負荷接入電網,就會產生諧波。其結果造成變壓器中由于渦流及磁滯損耗的加大而過熱、電動機過熱和轉矩下降,以及中性線和補償電容器過熱。
  
   電壓閃變:電壓短時間超出規定范圍的擺動或擾動,屬于無功沖擊問題,與負荷的啟動特性有關,但網絡的運行方式、參數及無功補償類型對該問題也有相當影響。產生的原因有,如大電機重負荷啟動及切斷過程,在極端情況下可使設備斷電或設備損壞,例如照明系統有感的閃爍現象。

    供電中段:持續停電達1分鐘以上。

    停電原因是由于發電機或配電裝置的事故、輸電線路的故障、或者系統過負荷時的其切斷負載。其明顯的結果是全部用電設備完全斷電?!?/P>

 

常見問答

Q:電容器在安裝和使用過程中應注意什么?
    電容在裝入電路前要檢查它有沒有短路、斷路和漏電等現象,并且核對它的電容值。安裝的時候,要使電容的類別、容量、耐壓等符號容易看到,以便核實。
    電容在電路中實際要承受的電壓不能超過它的耐壓值。在濾波電路中,電容的耐壓值不要小于交流有效值的1.42倍。使用電解電容的時候,還要注意正負極不要接反。

Q:什么是諧波?供電系統的諧波是怎么定義的?
    電力系統中有非線性(時變或時不變)負載時,即使電源都以工頻50HZ供電,當工頻電壓或電流作用于非線性負載時,就會產生不同于工頻的其它頻率的正弦電壓或電流,這些不同于工頻頻率的正弦電壓或電流,用富氏級數展開,就是人們稱的電力諧波。
    供電系統諧波的定義是對周期性非正弦電量進行傅立葉級數分解,除了得到與電網基波頻率相同的分量,還得到一系列大于電網基波頻率的分量,這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn/f1) 稱為諧波次數。電網中有時也存在非整數倍諧波,稱為非諧波(Non-harmonics)或分數諧波。諧波實際上是一種 干擾量,使電網受到“污染”。電工技術領域主要研究諧波的發生、傳輸、測量、危害及抑制,其頻率范圍一般 為2≤n≤40。

Q:諧波有什么危害?
    電網諧波造成電網污染,正弦電壓波形畸變,使電力系統的發供用電設備出現許多異常現象和故障,情況日趨嚴重。諧波的危害電力系統中諧波的危害是多方面的,概括起來有以下幾個方面:

1. 對供配電線路的危害
( 1) 影響線路的穩定運行
    供配電系統中的電力線路與電力變壓器一般采用電磁式繼電器、感應式繼電器或晶體管繼電器予以檢測?;?,使得在故障情況下保證線路與設備的安全。但由于電磁式繼電器與感應式繼電器對 10%以下含量高達40%時又導致繼電?;の蠖?,因而在諧波影響下不能全面有效地起到?;ぷ饔?。晶體管繼電器雖然具有許多優點,但由于采用了整流取樣電路,容易受諧波影響,產生誤動或拒動。這樣,諧波將嚴重威脅供配電系統的穩定與安全運行。

( 2) 影響電網的質量
    電力系統中的諧波能使電網的電壓與電流波形發生畸變。如民用配電系統中的中性線,由于熒光燈、調光燈、計算機等負載,會產生大量的奇次諧波,其中 3次諧波的含量較多,可達40%;三相配電線路中,相線上的3的整數倍諧波在中性線上會疊加,使中性線的電流值可能超過相線上的電流。另外,相同頻率的諧波電壓與諧波電流要產生同次諧波的有功功率與無功功率,從而降低電網電壓,浪費電網的容量。 

2. 對電力設備的危害

對電力電容器的危害
    當電網存在諧波時,投入電容器后其端電壓增大,通過電容器的電流增加得更大,使電容器損耗功率增加。對于膜紙復合介質電容器,雖然允許有諧波時的損耗功率為無諧波時損耗功率的 1.38倍;對于全膜電容器允許有諧波時的損耗功率為無諧波時的1.43倍,但如果諧波含量較高,超出電容器允許條件,就會使電容器過電流和過負荷,損耗功率超過上述值,使電容器異常發熱,在電場和溫度的作用下絕緣介質會加速老化。尤其是電容器投入在電壓已經畸變的電網中時,還可能使電網的諧波加劇,即產生諧波擴大現象。另外,諧波的存在往往使電壓呈現尖頂波形,尖頂電壓波易在介質中誘發局部放電,且由于電壓變化率大,局部放電強度大,對絕緣介質更能起到加速老化的作用,從而縮短電容器的使用壽命。一般來說,電壓每升高10%,電容器的壽命就要縮短1/2左右。再者,在諧波嚴重的情況下,還會使電容器鼓肚、擊穿或爆炸。

對電力變壓器的危害
    諧波使變壓器的銅耗增大,其中包括電阻損耗、導體中的渦流損耗與導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,這主要表現在鐵心中的磁滯損耗增加,諧波使電壓的波形變得越差,則磁滯損耗越大。同時由于以上兩方面的損耗增加,因此要減少變壓器的實際使用容量,或者說在選擇變壓器額定容量時需要考慮留出電網中的諧波含量。除此之外,諧波還導致變壓器噪聲增大,變壓器的振動噪聲主要是由于鐵心的磁致伸縮引起的,隨著諧波次數的增加,振動頻率在 1KHZ左右的成分使混雜噪聲增加,有時還發出金屬聲。

對電力電纜的危害
    由于諧波次數高頻率上升,再加之電纜導體截面積越大趨膚效應越明顯,從而導致導體的交流電阻增大,使得電纜的允許通過電流減小。另外,電纜的電阻、系統母線側及線路感抗與系統串聯,提高功率因數用的電容器及線路的容抗與系統并聯,在一定數值的電感與電容下可能發生諧振。

對用電設備的危害 對電動機的危害
    諧波對異步電動機的影響,主要是增加電動機的附加損耗,降低效率,嚴重時使電動機過熱。尤其是負序諧波在電動機中產生負序旋轉磁場,形成與電動機旋轉方向相反的轉矩,起制動作用,從而減少電動機的出力。另外電動機中的諧波電流,當頻率接近某零件的固有頻率時還會使電動機產生機械振動,發出很大的噪聲。

對低壓開關設備的危害
    對于配電用斷路器來說,全電磁型的斷路器易受諧波電流的影響使鐵耗增大而發熱,同時由于對電磁鐵的影響與渦流影響使脫扣困難,且諧波次數越高影響越大;熱磁型的斷路器,由于導體的集膚次應與鐵耗增加而引起發熱,使得額定電流降低與脫扣電流降低;電子型的斷路器,諧波也要使其額定電流降低,尤其是檢測峰值的電子斷路器,額定電流降低得更多。由此可知,上述三種配電斷路器都可能因諧波產生誤動作。  
    對于漏電斷路器來說,由于諧波匯漏電流的作用,可能使斷路器異常發熱,出現誤動作或不動作。對于電磁接角器來說,諧波電流使磁體部件溫升增大,影響接點,線圈溫度升高使額定電流降低。對于熱繼電器來說,因受諧波電流的影響也要使額定電流降低。在工作中它們都有可能造成誤動作。  

對弱電系統設備的干擾
    對于計算機網絡、通信、有線電視、報警與樓宇自動化等弱電設備,電力系統中的諧波通過電磁感應、靜電感應與傳導方式耦合到這些系統中,產生干擾。其中電感應與靜電感應的耦合強度與干擾頻率成正比,傳導則通過公共接地耦合,有大量不平衡電流流入接地極,從而干擾弱電系統。

影響電力測量的準確性
    目前采用的電力測量儀表中有磁電型和感應型,它們受諧波的影響較大。特別是電能表(多采用感應型),當諧波較大時將產生計量混亂,測量不準確。

諧波對人體有影響  
    從人體生理學來說,人體細胞在受到刺激興奮時,會在細胞膜靜息電位基礎上發生快速電波動或可逆翻轉,其頻率如果與諧波頻率相接近,電網諧波的電磁輻射就會直接影響人的腦磁場與心磁場。

Q:諧波是怎么產生的?
電網諧波來自于 3個方面:

一是發電源質量不高產生諧波:
    發電機由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱,鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因,發電源多少也會產生一些諧波,但一般來說很少。

二是輸配電系統產生諧波:
    輸配電系統中主要是電力變壓器產生諧波,由于變壓器鐵心的飽和,磁化曲線的非線性,加上設計變壓器時考慮經濟性,其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上,這樣就使得磁化電流呈尖頂波形,因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結構形式、鐵心的飽和程度有關。鐵心的飽和程度越高,變壓器工作點偏離線性越遠,諧波電流也就越大,其中 3次諧波電流可達額定電流的0.5%。

三是用電設備產生的諧波:
    晶閘管整流設備。由于晶閘管整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關電源等許多方面得到了越來越廣泛的應用,給電網造成了大量的諧波。我們知道,晶閘管整流裝置采用移相控制,從電網吸收的是缺角的正弦波,從而給電網留下的也是另一部分缺角的正弦波,從而給電網留下的也是另一部分缺角的正弦波,顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路,在接感性負載時則含有奇次諧波電流,其中 3次諧波的含量可達基波的30%;接容性負載時則含有奇次諧波電壓,其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器,變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流;如果是12脈沖整流器,也還有11次及以上奇次諧波電流。經統計表明:由整流裝置產生的諧波占所有諧波的近40%,這是最大的諧波源。
    變頻裝置。變頻裝置常用于風機、水泵、電梯等設備中,由于采用了相位控制,諧波成份很復雜,除含有整數次諧波外,還含有分數次諧波,這類裝置的功率一般較大,隨著變頻調速的發展,對電網造成的諧波也越來越多。  
    電弧爐、電石爐。由于加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料,使得燃燒不穩定,引起三相負荷不平衡,產生諧波電流,經變壓器的三角形連接線圈而注入電網。其中主要是 2 7次的諧波,平均可達基波的8% 20%,最大可達45%。
    氣體放電類電光源。熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。分析與測量這類電光源的伏安特性,可知其非線性十分嚴重,有的還含有負的伏安特性,它們會給電網造成奇次諧波電流。
    家用電器。電視機、錄像機、計算機、調光燈具、調溫炊具等,因具有調壓整流裝置,會產生較深的奇次諧波。在洗衣機、電風扇、空調器等有繞組的設備中,因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小,但數量巨大,也是諧波的主要來源之一。

Q:諧波標準?
    1. GB/T 14549—93 《電能質量 公用電網諧波》該標準對不同電壓等級各次諧波允許注入值都作了具體規定(略),其規定公用電網諧波電壓(相電壓)限值

電網標稱電壓( KV)

電壓總諧波畸變率( %)

各次諧波電壓含有率( %)

奇次

偶次

0.38

5.0

4.0

2.0

6

4.0

3.2

1.6

10

35

3.0

2.4

1.2

66

110

1.0

1.6

0.8


    2. 2) 諧波治理就是在諧波源處安裝濾波器,就近吸收諧波源產生的諧波電流,現在廣泛采用的濾波器為無源濾波器,另外有利用時域補償原理的有源濾波器,這種濾波器的優點是能做到適時補償,且不增加電網的容性元件,但造價較高。無源濾波裝置,吸收高次諧波,而所有濾波支路對基波呈現容性,正好滿足無功補償要求,不必另裝并聯電容器補償裝置,這種方法經濟、簡便,國內外廣泛采用。
    濾波器的種類。濾波器大致分為以下六種類型,如圖

3) (a)— 單調諧波濾波器; (b)— 雙調諧濾波器;
    (c)— 一階高通濾波器; (d)— 二階高通濾波器;
    (e)— 三階高通濾波器; (f)—“c” 式高通濾波器。
    單調諧濾波器通頻帶窄,濾波效果好,損耗小,調諧容易,是使用最多的一種類型。
    雙調諧濾波器可替代兩個單調諧濾波器,只有一個電抗器( L1 )承受全部沖擊電壓,但接線復雜,調諧困難,僅在超高壓系統中使用。
    一階高通濾波器因基波損耗大,一般不采用。
    二階高通濾波器通頻帶很寬,濾波效果好,既可調諧振點,又可調諧曲線銳度,并可防意外共振與放大,因此也有以二階寬通帶做低次濾波器。
    三階高通濾波器一般用電弧爐濾波。
    “C” 式高通濾波器,用于電弧爐濾波,對二次諧波特別有效。

 

 
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