降低谐波含量是低压配电设计必须考虑的因素,本文介绍用电设备谐波电流对配电线路的影响及照明系统降低谐波电流导致线损的措施,让大家充分认识高次谐波的危害。
信息技术产业快速发展并被广泛应用,遍及工业、民用建筑、社会生活各个领域,给信息化、智能化乃至智慧城市建设,带来极大好处。然而,电子设备广泛应用的副作用之一就是导致波形畸变,产生不同程度的高次谐波,对配电系统造成多种危害。
高次谐波的危害是多方面的,一是加大了电能损耗,包括对配电线路、变压器、电动机及其他用电设备的损耗;二是对通信系统、导航设备等的干扰,可能导致系统的谐波谐振,影响计量仪表的准确性,导致继电保护和自动装置的误动作等。因此,国家标准中对各类用电设备规定了谐波电流发射限值,凡接入配电系统的用电设备必须遵守这些标准规定,采取有效措施,限制谐波电流。
用电设备谐波电流对配电线路的影响
1、谐波电流加大了相导体电流,增加了线路损耗
若相电流基波电流为I1,则叠加谐波电流后的相电流I′按下面的公式计算为
.......................公式1
公式1中:I1为相电流基波电流均方根值,A;I′为含有谐波的相电流均方根值,A;Ih为第h次谐波电流均方根值,A。
从上面的公式看,各次谐波电流越大,则I值越大。以照明灯(包括气体放电灯和LED灯)为例,按国家标准规定的谐波限值,对于灯功率P>25W者,其相导体损耗约增加11%(计算略);对于灯功率P≤25W者,相导体损耗可增加达2倍之多。
2、3次谐波(含3的奇次倍谐波)对三相四线制线路的中性导体(N)会产生更大的影响,产生更大的损耗
①当三相负荷平衡时,3次谐波电流在N导体中呈3倍叠加,可按下面公式计算
................................公式2
公式2中:为3次谐波在N导体中的电流均方根值,A;HRI3为3次谐波电流均方根值和相导体基波电流均方根值的比值,定义为“3次谐波含有率,%”。
从公式2可知,I'随3次谐波电流的增加而急剧增大,致使其在N导体中产生的线路损耗更急剧加大,足见降低3次谐波对节电的意义。
②仍以照明灯为例,按GB17625.1-2012《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤16A)》中C类(照明设备)规定的谐波限值及影响如下:
a、当照明灯功率P>25W时,3次谐波电流不应大于基电流的30λ%(λ为功率因数),9次谐波电流不应大于5%,15次谐波电流不应大于3%。
设λ为0.95,忽略9次和15次谐波电流的影响,代入公式得
线路损耗与电流的平方成正比,N导体的线损达到相导体线损的(85.5%)2,即72%。
b、当照明灯功率P≤25W时,3次谐波电流不应大于基波电流的86%,忽略9次和15次谐波电流的影响,代入公式得
N导体的线损达到相导体线损的(258%)2,即6.656倍,必须采取措施降低损耗。
照明系统降低谐波电流导致线损的措施
谐波电流增大线路损耗最突出的是功率P≤25W的照明灯,由于GB17625.1-2012中对P≤25W灯的3次谐波限值规定过宽,将可能导致很严重的后果,必须有应对措施。
照明系统降低谐波电流的措施如下:
1、减少选用25W及以下照明光源,主要是指LED灯和荧光灯。目前在家庭、宾馆、办公场所、学校等建筑中仍存在大量应用25W及以照明光源的情况,应予改变。
2、选用低谐波的照明灯和其他用电设备,总谐波含有率不应超过30%。
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