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電纜輸送高次諧波電力的危害

2015年02月27日 10:01天津市電纜總廠橡塑電纜廠點(diǎn)擊量:2821

  電纜是輸送電力的載體,電纜輸出的高次諧波是由于變頻器輸出和輸入產(chǎn)生的,研究變頻器諧波特點(diǎn)和危害,才能設(shè)計并應(yīng)用合適的電力電纜。
  
  2.1變頻器產(chǎn)生高次諧波
  
  變頻器內(nèi)存在大量非線性電子組件,使變頻器輸出與輸入的電力不是連續(xù)的正弦波,因而就產(chǎn)生了大量高次諧波。根據(jù)法國數(shù)學(xué)家傅立葉(M.Fourier)分析原理證明,任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。諧波可以區(qū)分為偶次性與奇次性。在平衡的三相系統(tǒng)中,由于對稱關(guān)系,偶次諧波已經(jīng)被消除了,只有奇次諧波存在,奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大,常見奇次諧波為3、5、7、9倍諧波,以5倍諧波危害zui為嚴(yán)重,如圖1所示。
  
  2.2變頻電力電纜產(chǎn)生高次諧波的輻射危害
  
  變頻器的輸出電壓和電流波形如圖2所示。在變頻條件下電力電纜是傳輸經(jīng)變頻器電力“加工”的具有高次諧波的電力,高次諧波的輻射危害主要有:
  
  (1)增加輸、供和用電設(shè)備的額外附加損耗,使設(shè)備的溫度過熱;
  
  (2)引起繼電保護(hù)及自動裝置誤動或拒動,使其動作失去選擇性,可靠性降低,容易造成系統(tǒng)事故,嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的安全運(yùn)行;
  
  (3)對通訊系統(tǒng)工作產(chǎn)生干擾,影響通信線路通話的清晰度,甚至還會威脅著通信設(shè)備和人員的安全;
  
  (4)對用電設(shè)備的影響很大,電力諧波會使電視機(jī)、計算機(jī)的圖形畸變,使計算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤,嚴(yán)重時甚至損害機(jī)器;
  
  此外,電力諧波還會對測量和計量儀器的指示造成不準(zhǔn)確及對裝置等產(chǎn)生不良影響,它已經(jīng)成為當(dāng)前電力系統(tǒng)中影響電能質(zhì)量的大公害。

  3 電力電纜阻抗振蕩輻射
  
  電纜產(chǎn)生輻射的機(jī)理有兩種,一種是電纜中的電流(差模電流)回路產(chǎn)生的差模輻射,另一種是電纜中的導(dǎo)線(包括屏蔽層)上的共模電流產(chǎn)生的。電纜的輻射主要來自共模輻射。共模輻射是由共模電流產(chǎn)生的,共模電流的環(huán)路面積是由電纜與大地(或鄰近其它大型導(dǎo)體)形成的,因此具有較大的環(huán)路面積,會產(chǎn)生較強(qiáng)的輻射,而且頻率越高產(chǎn)生的輻射越強(qiáng)。
  
  逆變器輸出的高頻脈沖在電纜傳輸時產(chǎn)生反射波電壓,主要是因?yàn)檩敵鲭娎|和電動機(jī)的阻抗不匹配引起的。如果傳輸線和接收端的阻抗不匹配,那么輸出的電流和zui終的穩(wěn)定狀態(tài)將不同,這就引起在接收端產(chǎn)生反射,這個反射將傳回發(fā)射端并再次反射回來。隨著能量的減弱,反射電流的幅度將減小,直到電壓和電流達(dá)到穩(wěn)定,這種效應(yīng)被稱為振蕩。
  
  電力電纜的阻抗包括交流電阻和電抗部分,在高頻運(yùn)行時,電纜電抗將隨頻率的倍數(shù)而增加,而大量高次諧波的產(chǎn)生,電纜的損耗大大增加,使無功功率增加,功率因數(shù)減小
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