三次谐波——电气火灾的隐患

1、安全技术三次谐波电气火灾的隐患 三次谐波主要存在于低压配电网中。近年来，随着电网中各种产生谐波的电子设备数量大量增长，如镇流器、电子节能灯、开关电源、UPS电源等，造成低压电网中谐波的成分大大增加，其中尤为突出的是三次谐波，其对低压电网的危害主要有：设备功率损耗增加，寿命缩短，接地爱护功能失常，遥控功能失常，导线过热等。对配电站，谐波还会造成电子器件误动作，电容器损坏，附加磁场、中性线过热和电缆着火。 一、三次谐波的产生 在抱负的电力系统中，电流和电压都是纯粹的正弦波。所谓谐波，即在沟通电网中，由于大量非线性电气设备的投入运行，其电压电流波形已不是完全的正弦波波形，而是不同程度发生了畸变。依据

2、数学中的傅里叶级数分析，非正弦波的周期量可分解成基波重量和具有基波频率整数倍的谐波重量。例如基频为50Hz的沟通电，其二次谐波为100Hz的沟通电，三次谐波为150Hz，四次谐波为200Hz，以此类推。在上述各次谐波中，三次谐波所占成分较大且对电气线路的危害最为明显。 产生三次谐波的设备主要有：节能灯、荧光灯、计算机、变频空调、微波炉、镇流器、焊接设备、UPS电源等。如节能荧光灯，灯管本身含有电弧，其负阻特性产生谐波电流，其中主要是三次谐波电流，含有率为12%至13%，与灯管配套的电子镇流器也产生谐波电流，目前国内高档电子镇流器三次谐波成分在10%以下，中档产品三次谐波成分在20%左右，低档产

3、品三次谐波成分可达60%至80%(见表1)。 表1 国内电子镇流器谐波成分表 产品档位 高档 中档 低档 谐波成分 10% 20%30% 60%80% 在上述非线性设备集中使用的地区，如工厂车间，计算机中心、网吧、写字楼、酒店商厦等，由于大量谐波电流的存在而影响线路和其他电器，造成电源质量明显下降。 二、三次谐波与火灾的关系 1.中性线过热引起火灾 在低压三相电力系统中，各相线电压相互有120的相位差，依据矢量相加方法，当每相所载电流相等时，在中性线(零线)上的电流为零;当三相负荷不均衡时，只有去掉均衡值以后的电流才流过中线，一般都小于相线上电流。利用这一特点，中性线导线截面一般比相线削减一半

4、或与相线相同，以利节省材料。然而各相线所产生的谐波电流不肯定能在中性线上抵消利用数学方法可推算出偶次谐波电流在中性线上可被相互抵消，而各相中的奇次谐波因其相位相同，不仅不能抵消，反而会相互累加后以3倍于相线的电流通过中性线，使中性线电流大大超过其平安电流值造成过负荷。在使用大量谐波设备的场所，如高校计算机中心、照明设备集中的大型场馆等，经过测量，有时中性线上的电流最高可达相电流的两倍，这种状态下就有可能造成导线过热引起线路四周可燃装修材料起火或中性线熔断，造成各相电压不平衡，烧坏线路中接入的电器设备进而引发火灾。 2.电压畸变触发电器故障 谐波电压畸变造成设备的工作状态不稳定，可使配电用低压电

5、器设备(断路器、漏电爱护器、接触器、热继电器等)发生故障。谐波电流使低压电器设备铁损、铜损增加，集肤效应加剧，从而产生特别发热、误动作等故障。 3.对变压器和感应电动机的影响 (1)变压器 三次谐波会增大在变压器的绕组和铁芯上的损耗，铁芯中的环流不做有用功，但会引起额外的损耗并增加绕组的温度，更高频率的谐波会使磁损及涡流损耗加大。 (2)感应电动机 和变压器中的道理一样，谐波畸变会加大电动机中的损耗。对电动机而言，每个谐波重量都有自身的相序(正序、逆序、零序)，它表示旋转的方向(在感应电动机中相对于基波磁场的正向而言)如下： 谐波次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 相

6、序 + - 0 + - 0 + - 0 + - 0 三次谐波属零序谐波，零序谐波(即"3N'次谐波)产生不变的磁场，但是由于谐波频率较高，故磁性损耗大大增高而将谐波能量以热的方式放出。负序的谐波产生反方向旋转的磁场(相对于基波而言)，而使电机的力矩下降，并和零序谐波一样，产生更多的损耗。正序谐波产生正向旋转磁场来加大力矩，它和负序重量一起，可造成电机的振动而降低电机寿命。 三、防范措施 1.在大量使用非线性电子设备的电气回路中，中性线的截面应当是每相导线截面的两倍，实际运用时可采纳五芯电缆，每相用一个芯线而中性线则用两个芯线。也可每相用各自不同的中性线。 2.加装谐波滤波器。

7、对已建建筑物来说，加装谐波滤波器是最好的也是较经济的方法。谐波滤波器可安装在每一个用电设备支路中，这样既可阻挡支路产生的谐波注入电网，亦可过滤去电网中包含的谐波成分。 3.加装隔离变压器。隔离变压器是一种作用于电源或负载削减谐波的滤波设备。对于存在电源质量问题的地方，加装这种设备也是一种技术改造的方法。 4.加装按谐波量标定的断路器和配电屏。谐波产生的过热现象是危急的，选用提高参数的器件可对整个线路中的设备起到爱护作用。 5.将敏感设备与其他设备分开。敏感设备如计算机、激光打印机和传真机等，至少在末端配电箱上设单独回路。在某些场合，更好的做法是给敏感设备从低压配电室单独配电柜上引出的单独回路来供电。中性线和接地线也应分开。专用回路内包括单独的相线、单独的