建筑物内电子设备谐波问题的探讨
3次谐波使三相平衡负荷的N线电流显著增加。在配电回路负荷主要是大量集中使用电子计算机和大面积采用电子节能气体光源照明的场合,N线电流甚至达到相线电流的两倍,致使N线过热、烧毁,甚至导致火灾。
4.配电回路的谐波电流含量高会使断路器遮断能力降低。这是因为畸变电流过零点时,电弧电流随时间的变化率要比工频正弦电流大,电弧电压的恢复要迅速得多,使电弧容易重燃。事实表明,空气电磁断路器不能遮断其分断能力范围内波形畸变率超过50%的故障电流,还会导致断路器损坏。
5.谐波对电力系统的继电保护、计量仪表以及通信系统的设备、信号产生干扰和损害。
三、国家谐波标准限值
为了抑制谐波污染,保证电网和电气设备的安全经济运行,近几年来国家先后制定了一系列电磁兼容和安全的国家标准,对谐波的限值作出了明确的规定。在《电能质量公用电网谐波》(GB/T14549-93)中,对0.38KV低压电网谐波电压和谐波电流限值的规定如表三、表四:
这些标准的实施,为电子设备产品的生产和检测,供配电设计以及供用电的监督管理提供了依据。
四、减小谐波影响的措施
1.在民用建筑低压配电设计中,尤其是对用电负荷主要为单相用电设备供电的配电干线,中性线(N)的截面积不应小于相线截面积。而对大量集中使用计算机、电视机等电子设备供电的场合,TN系统配电回路的N(PEN)线的截面积不应小于相线截面积的2倍,以增加N线载流量,避免导线过载发热而损坏。
2.对应用电子设备和元件较多的配电线路保护,应选用有中性线过流保护的开关电器,并且应适当加大断路器的断流容量,防止短路故障时因断流容量不足损坏开关和设备。
3.为防止电力电容器对谐波的放大,以致引起谐振过电压或过电流,对电容器的设置要注意以下几点:①适当调整电容器的安装位置,以改变网络参数。②根据可能产生谐振的谐波次数,确定电容器的容量,或调整电容器投切分组容量,以避开谐振点。③在电容器回路中串联适当的空心电抗器,限制电容器支路的谐波电流。例如,为限制3~5次谐波电流,可安装相当于电容器容量4%~6%的串联电抗器。
4.在系统中并联装设交流滤波器。交流滤波器有无源与有源之分,由于民用建筑中负荷类型变化不大,电子设备产生的谐波次数相对比较固定,因此多采用无源滤波器。
对低次数(13次以下)谐波,因次数较低,含量较大,可分别设置单一频率的单调谐无源滤波器滤除。单调谐滤波器由电容器串联谐波电抗器组成,基本原理是将需滤除的谐波频率作为理想的调谐点,在此频率上滤波器产生串联谐振,形成低阻通路吸收大部分谐波电流。
对较高次数(13次及以上)谐波因其幅度小,可选一共同的高通滤波器滤除。最常用的高通滤波器是二阶高通滤波器,由电抗器、电阻和电容器混联连接构成。对某一次(如13次)谐波频率以上的各次谐波,滤波器的阻抗是一个小于其电阻值的低阻通路,使次数较高的谐波电流被有效地吸收。
现在有的厂家(诺基亚、深圳海亿达等)已可提供有源滤波器。有源滤波器基本原理是作为一个电流源,与负载谐波源并联,以极快的响应速度,送出与负载谐波电流幅值相等,相位相同,方向相反的电流,使两者相互抵消,电源侧的总谐波电流为零。有源滤波器还可补偿无功功率和三相不对称电流。目前由于价格较高,补偿容量较小(单台补偿电流[FS:PAGE]