三次諧波

三次諧波污染主要存在於低壓配電網中，以建築系統最為嚴重。其對電網的危害主要有：功率損耗增加、設備壽命縮短、接地保護功能失常、遙控功能失常、電網過熱等；對配電站會造成電子器件誤動作、電容器損壞、附加磁場、中性線過載和電纜著火。

在電力系統中，正常供電頻率是50HZ，所謂“三次諧波”，就是在50HZ的電路中，夾雜有150HZ的交流正弦波，這個150HZ的交流正弦波由於是50HZ的三倍，於是稱之為三次諧波。

輸電及配電系統規定：在頻率恆定情況下，電壓和電流均以正弦波波形運行。然而在非線性負荷接入系統時，產生的附加的諧波電流會引起電流和電壓畸變。

產生三次諧波的非線性單相負荷主要有（不考慮暫態及非正常工作狀態）：

（1）熒光燈、節能燈及其鎮流器；

①市場調查表明，國內市場絕大多數的熒光燈電子鎮流器三次諧波電流含量高達80%～90%；

②高檔的電子鎮流器三次諧波電流含量分三種標準：標準：其諧波電流含量<37%；標準：其諧波電流含量<30%；帶燈絲預熱控制的

電子鎮流器其諧波電流含量<10%。市場上的商品實際上達不到標準要求；

③節能型電感鎮流器標準規定<20%，其中三次諧波電流含量佔主要成分。

（2）電弧焊接設備（電弧的非線性類負荷）；

（3）計算機開關型電源及顯示器（大型顯示屏幕）；

（4）彩色電視機及監視器，如證券公司、體育場館、商業中心和新聞中心的電視牆的顯示幕牆。普通型彩色電視機可達127%，三次諧波電流含量高達90%；

（5）晶閘管調壓電源（如加熱器、調光器、電化學電源等）；

（6）晶閘管調功電源（如加熱器、電化學電源等）；

（7）整流電源（如電器的工作電源、充電器、直流傳動及電化學電源等）；

（8）開關型穩壓電源及；

（9）變頻器

①變頻的家用電器，如空調、洗衣機、風機、泵、微波爐；

②工業及建築用的調速電動機；

③中頻電源。 2 三次諧波的影響

各次諧波在電路中的作用是不相同的，諧波的疊加與相序有關。同一電路中的某些諧波相互作用時，會相互減弱或相互抵消。但在更多的場合往往相互疊加，使波形發生明顯的畸變。

（10）諧波勵磁

在同步發電機的定子槽中嵌入一獨立的繞組，利用氣隙磁場中的三次諧波分量感應出三次諧波電動勢，經可控整流后供給轉子勵磁電流的一種勵磁方式。

相線與中性線之間的非線性負荷產生三次諧波電流，並在中性線進行疊加。

由於三次諧波及其倍數次諧波呈零序特徵，因此中性線上的三次諧波電流是三相中三次諧波電流的代數和，會引起過載風險使所有的諧波電流造成電流和電壓畸變，還形成150的電磁場，對其周圍的電子控制、保護及通信設備和系統產生干擾，主要表現為：

（1）因為三次諧波的零序性，低壓母線上的三次諧波電壓主要與中性線的三次諧波電流有關；

①當變壓器接法為Y - 0時，零序性的三次諧波電流將成為勵磁電流，在此零序勵磁電抗上產生較大的壓降，即三次諧波電壓，很容易造成低壓母線上的電壓總畸變率超標；

②當變壓器接法為△－0時，側的變壓器繞組形成三次諧波電流流通的迴路，該迴路阻抗為變壓器漏抗，遠較零序勵磁阻抗小為20倍左右，從而不會在低壓母線產生很大的三次諧波電壓。

（2）如果低壓三相的三次諧波電流不平衡，則存在正序和負序的三次諧波分量：

①如果配電變壓器為接線，低壓側正序和負序的三次諧波電流會在高壓側繞組感應出三次諧波電壓，對高壓側產生影響；

②如果配電變壓器為△－11接線，低壓側正序和負序的三次諧波電流在高壓側繞組感應出的三次諧波電流在△繞組形成環流，對高壓側產生的三次諧波影響要比變壓器為接線時小，但增加了變壓器高壓繞組的損耗。

（3）由於中性線中三相負荷不平衡引起的工頻電流和三次諧波電流的疊加有可能大於相電流，當三相的三次諧波平衡時，由於接線的變壓器鐵芯中零序的三次諧波無通路，磁通只能經鐵心、空氣和外殼等構成迴路，產生附加損耗和局部過熱；而在接線中，△繞組為三次諧波電流提供通路，它所產生的三次諧波磁通將抵消鐵芯中的原三次諧波磁通，從而使鐵心中的合成磁通基本上呈正弦波，減少了附加損耗，但諧波電流的存在使因子因諧波發熱而降低變壓器輸送能力，正常值為1．0和電流波峰係數增大，造成供電變壓器的利用率下降或過載；

（4）由於中性線中電流過大，使配電系統中性線的電纜、導線出現過負荷引起絕緣老化加速，增加了火災隱患。主要原因有：

①國內普遍選取中性線導體的截面積是相線的50%；

②已運行的許多按老標準設計製造的電纜中，中性線導體的截面積是相線的33%；

③已運行的許多按新標準設計製造的電纜中，中性線導體的截面積是相線的50%；

④中性線與相線導體選取相同截面積，無論工程設計、材料製造、安裝、投入使用所佔的比例都很小。

（5）由於電流和電壓畸變，增加了供電系統中其他設備和材料的損耗，引起附加發熱、加速絕緣老化、減少使用壽命；

（6）由於電流和電壓畸變，增加了供電系統中設備和材料的振動和噪音；

（7）由於電流和電壓畸變，使無功補償電容器組由於並聯諧振而損壞，電動機等繞組類設備絕緣擊穿而損壞；

（8）電流和電壓畸變及150電磁場：引起測量精確度異常，對控制所需要的同步信號的捕捉與鎖相條件惡化、干擾增加，從而使電子控制、測量、保護及通信設備運行不正常；

（9）對用供電的廣播電視節目錄製及播放系統產生附加背景雜訊，並損壞設備；

（10）使照明光源閃爍而損壞；圖像顯示設備頻閃，顯示失真；

（11）三次諧波電流對其他設備和器材的負面影響要大於其對產生三次諧波電流的諧波源的影響。

根據對以上處理三次諧波問題的各種方法分析比較，結論如下：

（1）使用並聯型三次諧波濾波器可有效降低三次諧波電流，同時降低三次諧波電壓；

（2）使用串聯型三次諧波濾波器雖可降低中性線三次諧波電流，但卻增大了三次諧波電壓；

（3）使用三相四線式的並聯型有源濾波器可有效濾除中性線的三次諧波電流，降低三次諧波電壓；

（4）使用三相三線式的並聯型有源濾波器根本無法濾除中性線的諧波電流，不可使用；

（5）使用改變Satons變壓器繞組接法只能降低高壓側的三次諧波，但要求三相負荷必須完全相同，條件高、較難實現。

同時諧波電流流經變壓器，增加了變壓器的負擔，加大了變壓器的損耗，即使各種條件符合，在低壓側仍然存在大量的三次諧波電流，危害依然存在。