NBF是一种最佳的3次谐波解决方案

谐波治理各方案比较分析

谐波治理各方案比较分析谐波治理的目的包括：1. 满足电力公司对谐波电流发射的限制要求2. 释放变压器的有效容量，提高变压器的效率3. 提高配电系统(包括无功补偿装置、继电保护器、电缆等)的可靠性4. 为企业内的各类设备提供质量优良的电能，保证制造系统的稳定运行人们对谐波的危害已经十分熟悉，很多企业也开始重视谐波的治理。

谐波治理的目的不同，所采取的方案也是不同的。

因此，在确定谐波治理的方案之前，要明确谐波治理的目的。

企业在谐波治理方面投资，要达到的目的如图所示。

满足电力公司的要求是企业进行谐波治理的首要动机。

为电力用户提供合格的电能，是电力公司的责任。

因此，电力公司要对那些可能污染电网的用户的提出谐波治理的要求。

随着越来越多的企业对电能质量的要求提高，电力公司将对电力用户进行更严格的要求。

在目前阶段，出于后面几个目的而进行谐波治理的企业较少。

企业仅在出现了故障现象后，才开始考虑谐波治理的问题。

其中，谐波导致无功补偿装置烧毁的情况最为常见。

无论谐波治理的最终目的是什么，其本质就是减小负载(可能是一组负载)向电网注入的谐波电流，因为谐波电流是谐波问题的根源。

只不过，针对不同的目的，控制谐波电流的位置不同，也就是采用的谐波治理方案不同。

谐波治理的策略按照谐波治理的位置，可以有三个策略。

第一：在高压母线上治理，采用的设备是SVC、SVG等。

第二：在变压器的下端，低压母线上治理谐波。

采用无援滤波器、有源滤波器等。

无源滤波器往往会发出额外的容性无功，这在有些场合是不允许的。

第三：在设备的电源入口处治理谐波。

这称为就地治理。

就地治理是最理想的谐波治理策略。

因为，这样相当于将非线性负载转变成了线性负载，谐波导致的一切问题都迎刃而解。

大部分发达国家按照这个策略开展谐波治理。

达到这个目的的管理措施就是，要求电气电子设备满足相应的电磁兼容标准(例如，GB17625)要求，电磁兼容标准对谐波电流发射进行了明确的规定。

传统的谐波治理策略传统的谐波治理项目大多采用策略1和策略2。

什么是三次谐波三次谐波产生原因？

什么是三次谐波?三次谐波产生原因在物理学和电类学科中都有三次谐波的概念 f(t)=∑(k=1,n)cos(kwt+ak) 任何一个波函数都可以进行傅里叶分解如上的形式当k=1时的分量f(t)=cos(wt+a)成为基波分量以此类推当k=3时f(t)=cos(3wt+a3)称为三次谐波。

三次谐波污染主要存在于低压配电网中，以建筑系统较为严重。

其对电网的危害主要有：功率损耗增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、电网过热等；对配电站会造成电子器件误动作、电容器损坏、附加磁场、中性线过载和电缆着火。

文章主要介绍了消除三次谐波的各种方法及性能比较。

在电力系统中，正常供电频率是50HZ，所谓“三次谐波”，就是在50HZ的电路中，夹杂有150HZ的交流正弦波，这个150HZ的交流正弦波由于是50HZ 的三倍，于是称之为三次谐波。

输电及配电系统规定：在频率恒定情况下，电压和电流均以正弦波波形运行。

然而在非线性负荷接入系统时，产生的附加的谐波电流会引起电流和电压畸变。

产生三次谐波的非线性单相负荷主要有（不考虑暂态及非正常工作状态）：（1）荧光灯、节能灯及其镇流器；①市场调查表明，国内市场绝大多数的荧光灯电子镇流器三次谐波电流含量高达80%～90%；②高档的电子镇流器三次谐波电流含量分三种标准：标准：其谐波电流含量<37%；标准：其谐波电流含量<30%；带灯丝预热控制的电子镇流器其谐波电流含量<10%。

市场上的商品实际上达不到标准要求；③节能型电感镇流器标准规定<20%，其中三次谐波电流含量占主要成分。

（2）电弧焊接设备（电弧的非线性类负荷）；（3）计算机开关型电源及显示器（大型显示屏幕）；（4）彩色电视机及监视器，如证券公司、体育场馆、商业中心和新闻中心的电视墙的显示幕墙。

普通型彩色电视机可达127%，三次谐波电流含量高达90%；（5）晶闸管调压电源（如加热器、调光器、电化学电源等）；（6）晶闸管调功电源（如加热器、电化学电源等）；（7）整流电源（如电器的工作电源、充电器、直流传动及电化学电源等）；（8）开关型稳压电源及；（9）变频器①变频的家用电器，如空调、洗衣机、风机、泵、微波炉；②工业及建筑用的调速电动机；③中频电源。

轻松化解零线电流过大造成的危害

轻松化解零线电流过大造成的危害某商场的装修中，处处体现了现代高科技的成果，大量的 LED 节能灯照明，大尺寸的 LED 显示屏，既呈现了富丽堂皇的现代气息，又似乎充满了绿色环保的氛围，让人感叹现代科技的成果。

但是在投入运行后，发现配电系统中存在着巨大的安全隐患。

这就是，零线电流很大，达到了相线电流的1.7 倍左右。

大家知道，电气线路一旦超过额定的负荷，就会严重发热，形成火灾。

因此人们为了安全，在线路上安装了一些过流保护装置。

当线路上的电流超过额定值时，过流保护装置会自动切断线路，避免火灾的发生。

但是，电气安装规范上规定，在零线上不安装过流保护装置。

因此，如果零线电流超过相线电流，就会在相线上的过流保险还没有动作之前，零线已经发热严重，从而会导致火灾，或者零线被烧断的后果。

零线断开时，会导致电网上的电器设备损坏。

虽然增加零线的截面积可以消除这种隐患，但是施工的难度、成本和工期都是需要考虑的问题，对项目承担公司而言这是一个令人头疼的难题。

英特网救急在百般无奈的情况下，项目技术人员求助于英特网。

在信息化的今天，似乎没有什么问题不能从英特网上获得答案。

在“百度”上，输入“零线电流过大”的关键词后，果然出现了很多信息。

其中一条“NBF零线谐波电流阻断器”的信息吸引了他们的目光。

沿着这条线索，项目人员终于找到了解决的方法：只要在开关柜的零线上安装一台LB3NBF，就能够轻松解决它所面临的问题，而费用远远低于加粗零线的费用，并且仅需半天的施工时间。

与NBF的厂商联系后，厂商马上通知附近的经销商，送来一台LB3NBF实验。

结果，在某个开关的配电柜处试装后，效果十分显著。

该配电柜处，原来的相线电流 50A，零线电流85A，安装NBF后，零线电流降低到5A。

更为神奇的是，相线电流居然也降到42A，这意味着，LB3NBF还具有显著的节电效果。

【传统治理方法】传统上解决三次谐波问题的方法是安装并联型滤波器来吸收消减3次谐波电流，但是无论是能精确消减的有源滤波器、还是粗略消减的无源滤波器，都仅能够解决滤波器接入点上游网侧的三次谐波问题。

NBF

图4
分配电柜 2
分配电柜 3
NBF 接在分配电柜零线上
NBF 滤波器在 TN-C-S， TN-S 和 TN –C 系统的连接方式不同，分别如图 5~7 所示。 NBF 滤波器不可以连接在 PE 线上。
图 5 TN-C-S 系统 NBF 连接方式
航天绿电
图 6 TN-S 系统 NBF 连接方式
图 7 TN-C 系统 NBF 连接方式
(a)壁挂结构
(b)落地结构图 1 NBF 实物图
航天绿电
(a)壁挂结构图2 型号宽 A（mm） NBF-20G NBF-30G NBF-40G NBF-50G NBF-60G NBF-100G NBF-30 NBF-50 NBF-100 NBF-150 NBF-200 NBF-400 设计上图方法：电路符号： 420 420 420 420 420 500 450 450 450 500 1100 1200 NBF 结构尺寸
(b)落地结构
外形尺寸厚 C（mm） 260 260 260 260 260 300 320 320 350 390 460 460 高 B（mm） 820 820 820 820 820 970 850 850 960 1100 900 930
安装尺寸宽 A1 （mm）高 B1 （mm） 200 200 200 200 200 300 ------------------------------------------760 760 760 760 760 900 -------------------------------------------
零线谐波电流阻断器系统图：
NBF-50
NBF 连接在变压器输出零线上，如图 3 所示。NBF 连接在分配电柜上，如图 4 所示。

NBF的节电效果分析

NBF的主要功能是降低了系统中的三次谐波电流。

而三次谐波电流是导致线路能量损耗的主要原因，这部分能量损耗属于有功功率。

因此，只要节省掉这部分损耗，就达到了节省电费的目的。

我们的思路是，先计算系统中包含三次谐波电流时，线路上的有功功率损耗。

然后，再计算系统中没有三次谐波电流时，系统线路上的有功功率损耗，两者之差就是三次谐波电流产生的损耗。

而这也是NBF能够节省的有功功率。

1.系统中有三次谐波电流时产生的损耗我们用图1所示的电路模型来进行分析。

在分析中作以下假设：①三次谐波电流占基波电流的80%(这符合电脑、节能灯、LED屏等情况)②不考虑其他次数谐波电流的影响③不考虑趋肤效应对导线电阻的影响(3次谐波的频率为150Hz，趋肤效应不明显)④零线导体的截面积与相线导体的截面积相等⑤单路线路(不考虑回流线)电阻按照5%电压降(额定电流下)，因此，也就是：R =0.05(U/I)，U是额定电压(220V)，I是线路的额定电流。

⑥系统的相移功率因数为1，也就是有功功率P=IU。

图1 三次谐波电流在系统中的损耗三次谐波造成的损耗包括四个部分：P0：3次谐波电流在变压器上的损耗，P1：3次谐波电流在相线上产生的损耗P2：3次谐波电流在分零线上产生的损耗P3：3次谐波电流在公共零线上产生的损耗总的损耗P为：P= P0 + P1 + P2 + P3P0的计算：暂时忽略不计。

P1的计算：包含三次谐波电流时，总电流有效值为：I (12 + 0.82)1/2 = 1.28I它在相线上产生的功耗为：P1 = (1.28I)2X0.05(U/I) = 0.082(IU)也就是，每根相线上的功耗为单相额定功率8.2%。

对于三相系统，需要考虑三根相线的损耗，但是这个比例不变。

P2的计算：如果分开的零线较短，电阻较小，可以忽略。

P3的计算：如果没有三次谐波电流，公共零线上的电流为0A。

当三次谐波电流存在时，三次谐波电流在零线上叠加。

原来不重视三次谐波,会给企业带来这么大的亏损!

三次谐波有什么危害？又该如何治理呢？随着现代生活用电设备的增多，我们经常能遇到一些用电设备的故障，然而在这些故障里三次谐波“功不可没”，今天就将带领大家了解一下三次谐波的危害，以及如何治理电路中的三次谐波。

一、导致过载保护装置误动作这是因为三次电流谐波成分导致电流成为脉冲状的电流，然而这种电流为了达到相同的功率，峰值一定会很大。

如果过载保护装置是通过检测电流峰值来工作的话，那么就会引起一系列的误动作。

二、导致电缆过热导致电缆过热的原因有俩个：一是谐波电流的趋肤效应，另一个则是三次谐波在零线上叠加所导致的。

在现实生活中，这俩个因素后者比前者带来的危害要严重的多。

三、导致变压器过热第一使得变压器过热的原因是谐波电流流过变压器内部绕组，使得变压器的铜损（导线的损耗）以及铁损（铁芯的损耗）增大，产生很大的热量。

其二是由于谐波电流经过变压器的初级绕组，所产生“环流”所致。

一般的变压器都是将中压（10kv）转换成低压（220v），这种变压器的特点就是，负载产生的三次谐波感应到初级绕组，在其中形成环流，不会流出变压器初级，这就说明三次谐波不会流向公共电网，在之前这种特点被认为是变压器的一个优点。

但是当负载产生的三次谐波量很大的话，这个优点就是导致意外的问题，这就是来自负载的大量三次谐波在绕组中环流，从而产生巨大的热量。

这里就给大家介绍这几点由于电路中存在三次谐波所带来的电能质量潜在问题，既然上面谈论到了问题，那么接下来为大家解答，如何解决电路中的三次谐波！一、电路中安装三次谐波滤波器（LB-APF）针对三次谐波的治理问题，北京领步凭借优秀的团队、丰富的现场经验研制出针对三次谐波等奇次谐波的治理产品（LB-APF），再通过有源滤波器进行谐波消除时，将有源滤波器（LB-APF）与设备并联的方式，通过自身产生与三次谐波大小相等、方向相反的电流，将电路中的三次谐波相“抵消”掉，起到滤波的效果。

二、安装相线滤波器（LB-3TBF）根据上述三次谐波会在零线上面叠加，从而使得零线发热，跟着思路走如果是因为三次谐波所引起的零线电流过大或者零线发热等现象。

解决三次谐波的方法

1、对于3次谐波电流可以采取哪些办法控制?答：由于3次谐波的危害很大，人们想了很多办法来控制它。

目前常用的方法如表5-1所示：表5-1：控制谐波电流的方法方法安装方式优点缺点有源滤波器并联能够滤除各次谐波电流仅对安装位置上游的线路有效果价格较高要解决3次谐波电流导致的所有问题，需要在下游配电箱处安装单相滤波器串联在设备的电源输入端能够解决3次谐波导致的各种问题仅能安装在单相整流设备的电源输入端零线谐波阻断器串联安装在零线上能解决安装位置下游的所有谐波电流问题电压畸变较大，负载对电压畸变率的要求较高时慎用曲折变压器并联安装能够解决3次谐波导致的各种问题体积大，损耗大，制作精度要求高，设计难度大综合各方面的因素，我们推荐有源滤波器和零线谐波电流阻断器两种方法。

对于普通的场合，我们推荐零线谐波电流阻断器的方法。

这种方法实施简单，性价比高。

2、为什么传统的陷波电路型滤波器不适用于现代建筑中的3次谐波电流控制?答：因为传统的陷波电路型滤波器会产生较大的容性无功功率，而单相整流电路并不需要这些容性无功功率。

传统的3次谐波滤波电路如图6-1所示，它对3次谐波电流形成很低的阻抗，从而防止3次谐波电流进入配电系统，对配电系统起到保护作用。

图6-1 陷波电路型的3次谐波滤波器但是这种电路中的电容较大，会发出较大的容性无功功率。

过去，人们很欢迎这种电路，因为过去的负荷大部分是感性负荷，他们需要补偿容性无功。

而这种电路在滤波的同时能够补偿容性无功。

但是现在，这是一个缺点，因为过大的容性无功会导致系统不稳定。

3、什么是有源滤波器?答：顾名思义，有源滤波器本身就是一个谐波源。

有源滤波器并联安装在线路上，向供电线路上注入与谐波源产生的谐波电流大小相当，但是相位相反的谐波电流，使两者相互抵消，如图7-1所示。

图7-1 有源谐波滤波器的原理读者需要注意的是：有源滤波器仅能够保证安装位置上游的谐波电流达到预定控制目标，对于下游的谐波电流没有任何控制效果。

变频器的三谐波问题及其解决方案

变频器的三谐波问题及其解决方案注：本文无需节数，文章排版采用分段、段间留白的格式，便于阅读。

变频器的三谐波问题及其解决方案随着现代工业技术水平的提高，变频器在工业控制中得到了广泛应用。

变频器可以将电源频率转换为变频输出，灵活运行。

但是，变频器也会随之带来问题，其中之一就是三谐波问题。

1. 三谐波问题的原因在电气系统中，三相电源不平衡会导致电流谐波。

而变频器作为一种电源负载，接收电网电源后形成电源谐波。

当这两种谐波叠加时，就会产生电流三次谐波，称为三谐波。

三谐波的频率是电源频率的三倍，会对变频器和电气系统带来一系列问题。

2. 三谐波问题的表现(1) 变频器工作不稳定：三谐波会使变频器内部产生干扰，降低变频器正常工作的效率。

(2) 电气系统温度升高：由于三谐波引起的能量损耗，电气系统内部温度会升高。

(3) 电气设备寿命减少：三谐波对电气设备的绝缘层、继电器触点等产生局部电弧放电，加速设备老化，缩短设备使用寿命。

(4) 产生振动和噪声：三谐波会引起电机震动和噪声，影响设备运行和人体健康。

3. 三谐波问题的解决方案(1) 安装滤波器：滤波器是解决三谐波问题的有效手段。

滤波器通过对三谐波信号的滤波，有效减少三谐波的影响。

(2) 采用电容补偿：电容器可以吸收电源三谐波电流，补偿容性反抗，从而减少三谐波的影响。

(3) 改善电气设备绝缘：在设计电气设备时，增加设备的绝缘强度，可以减少局部电弧放电，降低三谐波的影响。

(4) 采用三谐波电流限制器：三谐波电流限制器能够使电流通过设备时保持在安全范围内，从而减少设备受到的三谐波影响。

4. 结论如今的现代工业环境已经不可避免的使用了变频器，但三谐波问题可能会引起电气系统的许多问题。

为了解决三谐波问题，可以采取上述措施，有效控制三谐波，从而提高设备的运行稳定性和使用寿命，同时降低环境污染，保障工人的身体健康。

三次谐波及危害

4) 电能明显浪费：配电系统中存在比较大的三次谐波电流，会直接消耗掉额外的电能，造成电能的浪费。
【传统治理方法】
传统上解决三次谐波问题的方法是安装并联型滤波器来吸收消减3次谐波电流，但是无论是能精确消减的有源滤波器、还是粗略消减的无源滤波器，都仅能够解决滤波器接入点上游网侧的三次谐波问题。例如：在变压器的出线端安装一台有源或无源滤波器，都仅能减小进入变压器的谐波电流，而接入点下游负载侧谐波电流基本不受影响，因此三次谐波对负载侧的各类设备的危害依然存在，要全面解决整个配电系统上的三次谐波问题，必须安装在谐波源负载设备端全部安装与负载数量对应的大批量滤波器，成本将数倍增加大多用户都难以承受。
三次谐波及危害
在电力系统中，具有线性阻抗变化特性的常规电气设备工作时不会对电力系统提供的频率50Hz的正弦波形造成干扰影响，但随着现代电力电子技术的飞速发展，具有非线性阻抗特性的电气设备(又称为非线性负荷)应用得越来越多，这些非线性负荷工作时会造成电力系统供电频率与波形发生畸变，可以分解出不同频率的正弦波形，这部分被夹着的非50HZ交流正弦波被称为谐波，其中频率为50Hz三倍即150步引进航天科工技术开发成功的LB3NBF系列三次谐波电流滤波器，不仅是当前市场中能从源头上彻底治理3次谐波电流的独特产品，也是对三相四线制配电系统中相线和零线上的3次谐波电流能同时全面精确治理的专用滤波装置，该装置已经在消除3次谐波电流引发的零线电流异常增高、母排发热振荡、变压器过温异响等谐波危害方面得到了广泛的应用。
而电脑、节能灯、LED屏、直流风机等包含单相整流电路的非线性负荷在运行时都会产生比较严重的三次谐波，在低压配电系统造成的危害也越来越常见，主要的现象包括以下几方面：
1) 零线电流过大：导致电缆发热老化，成为诱发火灾的重点隐患；

三次谐波治理方案

三次谐波治理方案
现代大量LED灯、LED屏使用，而其电源为开关电源。

开关电源的输入端为整流电路，整流是典型的的谐波源，其中单相桥式整流电路的谐波电流有3次、5次、7次、9次等。

这里面就涉及到我们所谈的三次谐波治理方案。

三次谐波电流在零线上会进行矢量叠加，由于相位关系，无法做到相互抵消，这时在零线上三次谐波电流就是三条相线叠加而成！三次谐波治理迫在眉睫。

现在市场上治理三次谐波的设备为零线滤波器、零线消除器等名称，因为目前大多数的三次谐波问题都集中在零线上！
LBNPF零线消除器可以有效解决零线三次谐波电流90%以上，直接采用50-75A小容量模块化产品设计，单套治理设备最大容量可达1500A以上，容量调整增减都非常方便且调整精确性高！
LBNP是直接加在零线上，当工作时，直接消除零线上90%的零线三次谐波电流，所以实际通过LBNPF的三次谐波电流只有10%，这时对比发现治理前后的散热与损耗都是大幅降低的。

因此该设备无需外加通风散热装置，能够在有效节约成本的同时，达到良好的三次谐波治理效果。

零线电流过大的解决方案

零线电流过大的解决方案——三次谐波治理方法当三相负荷平衡时，仍然会出现零线电流过大的现象，并且零线电流是相线电流的1.5倍以上，这种情况经常出现在以下场合中：电脑集中的建筑物中大屏幕显示屏大面积的广告牌舞台调光设备等当零线电流过大时，常见的问题包括：零线过热、跳闸、变压器过热等。

这时必须设备解决零线电流过大的问题。

简单的增加零线的截面积（例如再铺设一根零线），仅能够解决零线过热的问题，不能消除跳闸、变压器过热的现象。

目前领步（北京）电能质量设备有限公司，成功研发了一款专门解决零线电流过大的装置，即LB3NBF系列线电流阻断器，它能够有效的解决电网系统中零线过热、跳闸、变压器过热等问题。

LB3NBF零线电流阻断器的安装方法如图1所示。

它对于减小零线上的三次谐波电流效果十分显著，可以将零线电流减小为原来的20%以下。

例如，某广告灯箱（使用电子镇流器），每相电流90A，三相平衡，零线电流为160A，安装LB3NBF后，零线电流小于10A。

使用LB3NBF虽然能够有效减小零线上的3次谐波电流，但如果安装位置不注意的话，容易出现零线电压偏离0V，出现三相电压不平衡的现象。

解决这个问题的方法，如图2所示，将接地点从变压器移到配电柜，零线在变压器端的地线断开。

需要注意的是：选用LB3NBF时，要按照相线电流的最大值选择。

也就是，当只有一相负荷时，全部相线电流流过零线，也就是流过LB3NBF。

例如，相线电流最大为100A时，就要选择额定电流为100A的LB3NBF。

【LB3NBF特点与功能】√有效滤除整条零线上谐波电流√减小谐波电流带来的电气火灾隐患√可以滤除零线上85%的3次谐波电流√可以减小相线电流√具有节能的效果√采用专用滤波电容，可靠性高√结构简单，安装方便，运行稳定√减小电磁干扰。

谐波的产生原因和治理方式

谐波的产生原因和治理方式供电系统中的谐波在供电系统中谐波电流的出现已经有许多年了。

过去，谐波电流是由电气化铁路和工业的直流调速传动装置所用的，由交流变换为直流电的水银整流器所产生的。

近年来，产生谐波的设备类型及数量均已剧增，并将继续增长。

所以，我们必须很慎重地考虑谐波和它的不良影响，以及如何将不良影响减少到最小。

1 谐波的产生在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。

在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。

在实际的供电系统中，由于有非线性负荷的存在，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就形成非正弦电流。

任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。

谐波频率是基频的整倍数，例如基频为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波则为150Hz。

因此畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波……可能直到第三十次谐波组成。

2 产生谐波的设备类型所有的非线性负荷都能产生谐波电流，产生谐波的设备类型有：开关模式电源(SMPS)、电子荧火灯镇流器、调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家用电器如电视机等。

(1)开关模式电源(SMPS)：大多数的现代电子设备都使用开关模式电源(SMPS)。

它们和老式的设备不同，它们已将传统的降压器和整流器替换成由电源直接经可控制的整流器件去给存贮电容器充电，然后用一种和所需的输出电压及电流相适合的方法输出所需的直流电流。

这对于设备制造厂的好处是使用器件的尺寸、价格及重量均可大幅度地降低，它的缺点是不管它是哪一种型号，它都不能从电源汲取连续的电流，而只能汲取脉冲电流。

此脉冲电流含有大量的三次及高次谐波的分量。

(2)电子荧光灯镇流器：电子荧光灯镇流器近年被大量采用。

它的优点是在工作于高频时可显著提高灯管的效率，而其缺点是其逆变器在电源电流中产生谐波和电气噪声。

使用带有功率因数校正的型号产品可减少谐波，但成本昂贵。

NBF零线谐波电流阻断器

航天绿电标NBF零线谐波电流阻断器消除火灾隐患增加系统容量降低电力消耗改善电磁环境增进人体健康成就绿色楼宇航天科工集团第二研究院七O六所二O一二年七月一现代建筑中的新问题1、现代建筑物与传统建筑物有什么不同？答：电气负荷的性质发生了根本的变化。

过去的建筑物中，负荷基本是电阻性和电感性的，而现代建筑物中的负荷大部分是整流电路负荷。

整流电路就是将电网的交流电变换成直流电的装置。

任何电子设备，小到手机充电器、节能灯，大到复杂的通信设备、电子医疗设备、科学实验设备，都包含整流电路。

因为任何电子线路都必须使用直流电工作，需要整流电路完成供电的任务。

传统的电气负荷从电网吸取正弦波电流，整流电路从电网吸取脉冲状的电流，如图1-1所示。

由于整流电路从电网吸取脉冲电流，因此，这些电流在零线上不会相互抵消，而是叠加。

这就导致了零线电流远大于相线电流的现象。

三相脉冲电流在零线上叠加这种现象是现代建筑物中最常见的一种异常现象。

这是很大的火灾隐患。

请读者记住：整流电路从电网吸取脉冲电流是导致现代建筑物中各种问题的根源。

图1-2 电脑负荷导致零线电流超过相线电流A B C N传统负荷：电流的波形与电压的波形相同现代负荷：电流的波形与电压的波形不同2、什么是谐波电流？答：谐波电流就是那些频率是基波频率50Hz整倍数的电流成分。

谐波电流是现代建筑中最严重的问题之一。

发电厂或者发电机发出的电压波形是标准的正弦波波形，他的频率、幅度等特征是一定的，我国规定的交流电频率是50Hz。

如果负荷的电阻是固定，那么当电压是正弦波时，电流也是正弦波。

这通过欧姆定律容易证明。

对于电阻R，如果电压是U，则：电流I=U/R。

显然，I的波形与U是相同的。

但是，如果负荷的电阻不是固定的，而是随着U变化，则电流的波形就不再是正弦波，这时我们就说电流发生了畸变。

从数学上可以证明，一个非正弦波的波形可以分解为若干个不同频率的正弦波之和。

这些不同频率的正弦波中，频率最低的叫基波，其他频率的叫谐波。

三次谐波

当电力系统稳态运行时，其主要是奇次谐波，而没有偶次谐波，其原因何在？这里我们暂不从整流装置、电弧炉、牵引机车等的非线性来讨论，而主要讨论变压器的非线性以及变压器的接线方式引起的谐波种类。

变压器的励磁回路实质上就是具有铁芯线圈的电路。

在不计磁滞和铁芯未饱和时，它基本上是线性电路，铁芯饱和后，它就是非线性的，使励磁电流产生畸变，饱和程度愈深，电流畸变愈严重。

此时电流波形正、负半波相同，是半波对称的，则电流中只含有奇次谐波，其中主要是三次谐波。

当计及磁滞的影响时，铁芯磁化曲线变为上升和下降两条曲线，而不是一条曲线，电流波形出现扭曲，但电流波形还是对称的，所以它也只含有奇次谐波。

一般变压器往往有一侧接成三角形接线，零性谐波电流将在其中流通而不能进入电力系统，而三次谐波其实类似于零序，因为各相三次谐波电流是同相位的，因而三相变压器的谐波电流类似于六脉动整流回路，主要是（6k±1）次谐波，其中又以5、7次谐波为主要分量。

一些大型变压器由于三相磁路不对称，也有部分零序性谐波电流流入电力系统中。

因此，电力系统谐波源产生的谐波一般为奇次谐波，且5、7次谐波所占的比重量大，它们对电力系统的正常运行造成严重危害。

3次谐波含量一般情况下不是很大，但在有电弧炉或电力机车的电网中3次谐波较大（电极反复操作以及炉料在熔化过程中的崩落和滑动，使得三相谐波电流严重不平衡，即使电弧炉变压器有一侧是三角形接线，也不能阻止零序性的谐波电流注入电网，其也产生很大的偶次谐波，这是负载特性导致，不是电力系统本身引起），在选择并联电容器支路的串联电抗器电抗率时应引起注意，避免发生并联谐振和谐波严重放大现象１三次谐波源输电及配电系统规定：在频率恒定情况下，电压和电流均以正弦波波形运行。

然而在非线性负荷接入系统时，产生的附加的谐波电流会引起电流和电压畸变。

产生三次谐波的非线性单相负荷主要有（不考虑暂态及非正常工作状态）：（１）荧光灯、节能灯及其镇流器；①市场调查表明，目前国内市场绝大多数的荧光灯电子镇流器三次谐波电流含量高达８０％～９０％；②高档的电子镇流器三次谐波电流含量分三种标准：Ｌ标准：其谐波电流含量＜３７％；Ｈ标准：其谐波电流含量＜３０％；带灯丝预热控制的电子镇流器其谐波电流含量＜１０％。

如何消除三次谐波

如何消除三次谐波随着建筑物中的电气负荷以节能灯、信息设备等为主要负载，零线电流过大的现象十分普遍。

造成这种现象的根本原因是单相整流电路。

零线上的电流过大的危害极大，这是因为零线上没有保护装置。

配电线路的保护装置一般安装在相线上，因此，相线上一旦出现过大的电流，保护装置会动作，避免线路过热。

而零线上没有保护装置，电流过大时，只能任其过热，酿成火灾隐患。

因此，信息设备和节能灯集中的建筑物中，必须充分考虑这种火灾隐患。

实际上，20年前，在欧美发达国家，很多火灾是中线过热导致的。

现在，欧美国家对信息设备设备的谐波电流进行了严格限制，并在工程中特别关注，中线过热的现象已经很少见到。

中国刚开始进入信息化、电子化，各种电子设备（电脑、电视、变频空调、电磁炉等）的数量急剧增加，零线电流过大的问题日益显露出来。

零线电流多大的问题本身并不可怕，可怕的是几乎所有的人还没有认识到这种危害，因此没有防范措施，从设计开始就埋下了隐患。

三次谐波电流主要来自于单相整流电路。

图示的是一个典型的单相整流电路，电路中的电容是平滑电容，大部分整流电路中都包含这个电容，否则直流电压的纹波很大。

这个电容是导致三次谐波电流的主要原因。

熟悉电路的人都知道，平滑电容的电压被充电到交流电的峰值后，就维持在交流电峰值附近。

当交流电的电压低于电容上的电压时，电网上没有电流流入负载。

这时，负载的电流由电容供给，随着输出电流，电容的电压开始降低，在某个时刻，交流电的电压会高于电容上的电压，这时，电网上才会有电流流入电容（给电容充电，使电容上的电压升高）和负载中。

因此，电网仅在接近电压峰值的时刻向负载输入电流，电流的形状为脉冲状。

通过付立叶分析可知，这种脉冲状的波形包含丰富的三次谐波成分。

三次谐波的危害解决办法在谐波的处理问题上，3次谐波电流需要引起特别的关注。

三次谐波电流之所以危害很大，是因为三次谐波电流会在中线上叠加，导致中线电流过大，造成火灾隐患。

下图中是三系谐波导致零线过热的情况。

零线电流过大容易造成火灾隐患

零线上的电流超过相线电流是巨大的安全隐患。

零线上没有过流保护装置，因为电工规范中不允许在零线上安装保护装置。

因此，零线即使在电流过大的情况下，也不会出现保护，而是任凭零线发热。

在一般建筑物中，零线的截面积不会超过相线的截面积，甚至小于相线的截面积。

因此，如果零线上的电流超过相线电流，就会过热。

上面我们已经看到，零线上的电流最大会达到相线电流的1.73倍。

根据P=I2R的公式，零线上的功耗是相线功耗的1.732倍，也就是3倍!
如此大功耗，会导致零线温度很高，一个结果是将零线烧断，另一个后果是造成火灾隐患。

图3 三次谐波电流导致零线过热
NBF零线谐波阻断器航天科工集团706所针对现代建筑物中的3次谐波问题开发的新型设备。

将NBF串联在零线上，就能够减小系统中的3次谐波电流，如图4所示。

NBF对于3次谐波电流具有很高的阻抗，它能够阻止3次谐波电流流过零线。

由于相线与零线构成一个电流回路，因此在零线上阻断了3次谐波电流时，相线上的3次谐波电流也同时得到抑制。

因此，NBF能够减小整个配电系统中的3次谐波电流，也就消除了3次谐波电流带来的各种问题。

由于零线上的三次谐波电流减小，因此零线过热的问题自然得到解决。

由于相线上的3次谐波电流很小，反馈到变压器的初级的3次谐波电流也很小，因此变压器发热的问题就得到了解决。

由于相线电流中没有了3次谐波，电流虽然还是脉冲状的，但是脉冲的脉宽增加，峰值降低，这就解决了过流保护器误动作的问题。

关于三次谐波

三次谐波电流主要来自于单相整流电路。

图示的是一个典型的单相整流电路，电路中的电容是平滑电容，大部分整流电路中都包含这个电容，否则直流电压的纹波很大。

这个电容是导致三次谐波电流的主要原因。

熟悉电路的人都知道，平滑电容的电压被充电到交流电的峰值后，就维持在交流电峰值附近。

当交流电的电压低于电容上的电压时，电网上没有电流流入负载。

这时，负载的电流由电容供给，随着输出电流，电容的电压开始降低，在某个时刻，交流电的电压会高于电容上的电压，这时，电网上才会有电流流入电容(给电容充电，使电容上的电压升高)和负载中。

因此，电网仅在接近电压峰值的时刻向负载输入电流，电流的形状为脉冲状。

通过付立叶分析可知，这种脉冲状的波形包含丰富的三次谐波成分。

脉冲状的电流中包含了高次谐波成分，3次谐波电流最大。

传统负荷与现代符合的重要区别是，传统负荷大部分是线性负荷，现代负荷大部分是非线性负荷：1.通信设备、ＵＰＳ电源2.电脑为代表的信息设备、办公自动化设备3.大型医疗设备4.电视机为代表的家用电器，特别是变频空调、电磁炉等5.节能灯、调光灯等照明设备6.大尺寸的ＬＥＤ屏幕电视机和计算机电流波形调光灯和节能灯电流波形电视机和计算机的电流为很窄的脉冲波，这是很典型的单相整流电路的电流波形，实际上，任何使用开关电源作为直流电源的设备都。

会产生这种电流的波形。

这是三次谐波电流的主要来源。

目前大量使用的大尺寸LED屏幕，采用很多开关电源并联供电，因此LED 屏幕产生的3次谐波电流很大。

节能灯也是目前常见的负载，他的电流也是脉冲状的。

实际上，现代建筑物中，节能灯导致的三次谐波电流已经成为主要的危害。

三次谐波引起跳闸常识告诉我们，电流的持续时间短了，要保持一定的有效值，就必须具有更高的峰值。

这个图中所显示的是一台1500W的设备，按照正弦波电流计算，电流的有效值应该为7A左右，峰值电流为10A左右，但是，这里的峰值达到了60A。

这就会导致通过检测峰值电流工作的保护装置误动作三次谐波引起变压器过热普通变压器消谐波变压器谐波电流在流过变压器时，会造成变压器的损耗增加，从而导致变压器的温度过高。