照明系统中三次谐波产生的原因、危害及解决方法

照明系统中三次谐波产生的原因、危害及解决方法

【摘要】结合多年电气照明工程施工的实践经验，对照明工程中零线电流过大产生的原因、危害及解决方法进行了深入地分析，提出了自己的一些见解，谨供大家作参考之用。

【关键词】照明工程；零线电流；三次谐波

1 概述

我们在长期的照明工程的实践中，经常发现零线电流过大，大约等于相线电流，有时达相线电流的1.7倍；传统的电工理论告诉我们，当三相电路的负荷平衡时，零线上的电流为零，或者很小。为什么现在这个理论不对了呢？其实这是因为3次及与3次成倍数的谐波电流在零线上的叠加，本文就照明线路中三次谐波产生的原因、危害及解决方法做了详细的分析。

2 三次谐波产生的原因

一般来说，理想的交流电源应是纯正弦波形，但因现实世界中的输出阻抗及非线性负载的原因，，导致电源波形失真。若电压频率是50Hz，，将失真的电压经傅立叶转换分析后，可将其电压组成分解为除了基频（50Hz）外，倍频（100Hz，150Hz，…..）成份的组合。其倍频的成份就称为谐波。

照明工程中大规模使用高强度气体放电灯、LED灯、荧光灯等，造成大量的谐波电流，因而只要电流波形不是正弦波，其中就包含了谐波电流的成分。

3 三次谐波电流在零线的叠加

当三条相线上的电流波形为正弦波，并且它们相差120度，在零线上矢量叠加，其结果如平衡为零，如不平衡就是它们的矢量和，其最大值只能等于相线电流。但我们在实际照明工程中，最后运行电流检测时发现零线电流大于相线电流，同时，检查三相电流是平衡的，为此我们通过下面的三相电流波形图就能理解三次谐波在零线上是叠加的。

其他次数的谐波电流在零线上会有抵消的效果，唯有三次不会。由于三相电的每相基波电流之间相位相差120度，3次谐波电流的相位相差为360度，意味它们是同相位的。

因此，3次谐波电流在零线上是算数叠加的。这就是三次谐波的特殊性。

通常一台单相负荷不会产生很大的谐波电流，但照明工程中经常是多个相同照明灯并联运行，谐波电流叠加，从而引发许多干扰问题，例如功率损失，导体发热起火，故障跳闸等。

在零线中，3次谐波电流在零线中的叠加是三次谐波的三倍，而不是相线电流的3倍，但当负载使电流波形严重变形，三次谐波分量很大，在零线的电流叠加就会很大，在照明工程中，我们就检测到，三相电流基本平衡的情况下，零线电流达到相线的1.2倍。其实实际中还有更高的。

4 三次谐波的危害

信息化和节能降耗是现代社会的主旋律，信息设备和各种节能设备的普及带来的一个严重后果就是谐波污染问题。其中3次谐波的危害尤其严重，会导致变压器过热、配电系统不稳定（频繁跳闸）、零线电流过大、对电子设备形成电磁干扰、污染电磁环境（导致人体亚健康状态）、增加能耗、导致零线过热等问题。

在3次谐波导致的各种危害当中，零线过热的问题最为严重。这是因为电流流过导体时要产生热量，热量与电流的平方成正比，当电流达到相线电流的1.5倍时，零线的发热量会达到相线2.25倍！

主要现象原因后果

2. 精密仪器工作异常

过流保护装置误动作3次谐波电流导致电流检测电路误动作 1. 频繁跳闸

2. 影响正常的工作

5 三次谐波电流的故障现象

当遇到以下这些故障现象，就可以初步判定是3次谐波电流的问题：

（1）变压器的初级绕组温度很高，尽管变压器还没有达到额定的功率。这是由于3次谐波电流在初级绕组中形成环流所致。

（2）过流保护装置意外动作，虽然实际电流并没有达到保护的阈值，这是由于包含3次谐波的电流在同样有效值的条件下具有更大的峰值。

（3）零线电流超过相线电流，尽管3相的负荷平衡，往往导致零线过热。

6 解决三次谐波危害的方法

解决三次谐波的危害的方法是对3次谐波形成高阻抗，使3次谐波不在零线上流通，实现消除三相四线制负载产生的零序电流，解决零线电流过大带来的过流过载发热问题，减小电气火灾的隐患。

我们在实际工程中使用零线谐波电流阻断器，解决了三次谐波得危害，达到了很好的效果。

他的工作原理是从电网上检测谐波电流，然后向电网上注入与谐波源产生的谐波电流大小相等，但是相位相反的谐波电流，使两者相互抵消。