電能質量小常識
2022-03-01
作者:
作者:
瀏覽量:
瀏覽量:
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?shù)膶Ь€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(guī)定時限。屬于基波有功問題,它與電力系統(tǒng)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。會使變壓器內產(chǎn)生環(huán)流(及過熱),并可使電動機的效率降低。發(fā)生三相不平衡即與用戶負荷特性有關,同時與電力系統(tǒng)的規(guī)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(wǎng)絡的運行方式、結構參數(shù)、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(wǎng),就會產(chǎn)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(guī)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(wǎng)絡的運行方式、參數(shù)及無功補償類型對該問題也有相當影響。產(chǎn)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(tǒng)有感的閃爍現(xiàn)象。
供電中段:持續(xù)停電達1分鐘以上。
停電原因是由于發(fā)電機或配電裝置的事故、輸電線路的故障、或者系統(tǒng)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。
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(xiàn)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(tǒng)的諧波是怎么定義的?
電力系統(tǒng)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(chǎn)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(shù)展開,就是人們稱的電力諧波。
供電系統(tǒng)諧波的定義是對周期性非正弦電量進行傅立葉級數(shù)分解,除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量,還得到一系列大于電網(wǎng)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(shù)。電網(wǎng)中有時也存在非整數(shù)倍諧波,稱為非諧波(Non-harmonics)或分數(shù)諧波。諧波實際上是一種 干擾量,使電網(wǎng)受到“污染”。電工技術領域主要研究諧波的發(fā)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(wǎng)諧波造成電網(wǎng)污染,正弦電壓波形畸變,使電力系統(tǒng)的發(fā)供用電設備出現(xiàn)許多異常現(xiàn)象和故障,情況日趨嚴重。諧波的危害電力系統(tǒng)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(wěn)定運行
供配電系統(tǒng)中的電力線路與電力變壓器一般采用電磁式繼電器、繼電器或晶體管繼電器予以檢測保護,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繼電器對 10%以下含量高達40%時又導致繼電保護誤動作,因而在諧波影響下不能全*有效地起到保護作用。晶體管繼電器雖然具有許多優(yōu)點,但由于采用了整流取樣電路,容易受諧波影響,產(chǎn)生誤動或拒動。這樣,諧波將嚴重威脅供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運行。
( 2) 影響電網(wǎng)的質量
電力系統(tǒng)中的諧波能使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變。如民用配電系統(tǒng)中的中性線,由于熒光燈、調光燈、計算機等負載,會產(chǎn)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(shù)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(chǎn)生同次諧波的有功功率與無功功率,從而降低電網(wǎng)電壓,浪費電網(wǎng)的容量。
2. 對電力設備的危害
對電力電容器的危害
當電網(wǎng)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(fā)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(jīng)畸變的電網(wǎng)中時,還可能使電網(wǎng)的諧波加劇,即產(chǎn)生諧波擴大現(xiàn)象。另外,諧波的存在往往使電壓呈現(xiàn)尖頂波形,尖頂電壓波易在介質中誘發(fā)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(xiàn)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(wǎng)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(shù)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(fā)出金屬聲。
對電力電纜的危害
由于諧波次數(shù)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(tǒng)母線側及線路感抗與系統(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。
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(chǎn)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(chǎn)生機械振動,發(fā)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(fā)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(shù)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(fā)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(chǎn)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(fā)熱,出現(xiàn)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。
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(fā)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(wǎng)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(chǎn)生的?
電網(wǎng)諧波來自于 3個方面:
一是發(fā)電源質量不高產(chǎn)生諧波:
發(fā)電機由于三相繞組在制作上很難做到對稱,鐵心也很難做到均勻一致和其他一些原因,發(fā)電源多少也會產(chǎn)生一些諧波,但一般來說很少。
二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波:
輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(wǎng)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(wǎng)吸收的是缺角的正弦波,從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波,從而給電網(wǎng)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(jīng)統(tǒng)計表明:由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%,這是*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(shù)次諧波外,還含有分數(shù)次諧波,這類裝置的功率一般較大,隨著變頻調速的發(fā)展,對電網(wǎng)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(wěn)定,引起三相負荷不平衡,產(chǎn)生諧波電流,經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。其中主要是 2 7次的諧波,平均可達基波的8% 20%,*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(wǎng)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(chǎn)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(shù)量龐大,也是諧波的主要來源之一。
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(chǎn)生的諧波電流,現(xiàn)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(yōu)點是能做到適時補償,且不增加電網(wǎng)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(xiàn)容性,正好滿足無功補償要求,不必另裝并聯(lián)電容器補償裝置,這種方法經(jīng)濟、簡便,國內外廣泛采用。
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*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(tǒng)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。