現(xiàn)今，當輕微的電力問題變得明顯之前，工業(yè)設施配電系統(tǒng)就可能已經(jīng)接近奔潰了。其原因是不受控制的諧波電壓和諧波電流。諧波是非常有害的，它們會燒壞馬達和變壓器——甚至引起一些小的不起眼但卻與日俱增的損壞。諧波的累計效應只有當**癥狀出現(xiàn)時才會被注意到。

諧波的原因：非線性負載

諧波是指其頻率為基波頻率整數(shù)倍的電壓或電流。例如基波頻率為50Hz，則3次諧波為150Hz，5次諧波為250Hz.諧波是由非線性負載所造成的。例如PC機，打印機，熒光燈，調速馬達驅動，充電器以及電鍍設備等。這些設備將從電路中獲取躍變的脈沖波形電流而不是平滑的正弦波。結果是含有諧波的畸變電流回流到電力系統(tǒng)的其他地方。辦公室的非線性負載通常是單相的，而工廠里通常是三相的。

諧波的影響

非線性負載只是在輸入電壓被控制的部分吸取電流。這樣可以很好地提高效率，但卻會在負載電流中引起諧波。隨后，這些諧波會導致電力變壓器和中線過熱，以及斷路器動作。而更為嚴重的是燒毀馬達和變壓器。

如果你觀察系統(tǒng)中電壓和電流的波形，問題就非常明顯了。一個正常的50Hz的線路電壓在示波器上幾乎是一個很好的正弦波，如下圖：

當諧波出現(xiàn)時，波形就失真了。

    即使沒有明顯的癥狀，諧波也會使系統(tǒng)的功率因數(shù)下降。工廠的經(jīng)理沒有一個愿意聽到“負功率因數(shù)”一詞。因為這意味著工廠將為此付出更多的電費。

首先解決單相費線性負載的問題

如果諧波源是保證你的工作的關鍵設備和裝置而不能取消，那么解決諧波問題是**挑戰(zhàn)性的。步是檢查諧波的存在和程度。我們稱作步故障檢測。檢查的結果會提示一些解決方法，如重新分配負載，變壓器降載使用或安裝K因數(shù)變壓器。檢查首先要攜帶真有效值數(shù)字萬用表和電流鉗對電力設施進行測試。這里要進行5個基本的測量。

l  檢查用電負載：查看一下用點負載的類型。如果有大量的PC機，打印機，可調速電機，固體電路控制加熱器和某些類型的熒光燈，諧波存在的可能性就非常大。

l  檢查變壓器的溫度：找到非線性負載供電的變壓器，查看溫度是否過高。同時要檢查其散熱的風扇沒有被遮擋。

l  檢查變壓器的二次測電流：用儀表檢查變壓器的電流，下面是如何理解儀表的測量讀數(shù)。

1.        首先檢查所有測試儀器的電壓等級是否滿足被測的變壓器。

2.        測量并記錄變壓器二次側每相的電流以及中線電流。

3.        計算負載的kVA并和變壓器銘牌上列出的數(shù)值進行比較，如果有諧波，即計算出的kVA值小于銘牌上的額定值，變壓器仍可能過熱。

4.        如果變壓器二次側是四線制系統(tǒng)，將測量的中線電流和預估的不平衡相電流數(shù)值比較。如果中線電流比預計的值高，那么就很有可能有三次諧波的存在，變壓器就應該降載使用。

5.        測量中線電流的頻率。中線上150Hz的電流數(shù)值大部分是三次諧波構成的。

l  檢查輔配電盤的中線電流：檢查給單相非線性負載供電的輔配電盤。測試每個支路中線的電流并和使用的電線的額定容量相比較。檢查中線母線和饋線的發(fā)熱和褪**況。此時，非接觸紅外測溫探頭（例如福祿克的80PK）是非常有用的。

l  檢查插座上中線至地線的電壓：插座支路的中線過載有時可以通過測量插座上中線至地的電壓來發(fā)現(xiàn)。測量電壓要在負載工作時進行。電壓小于2V是正常情況。高于2V則表示有麻煩。再測量頻率，150Hz表示有很強的諧波出現(xiàn)。50Hz表明三相不平衡。

特別要注意在地毯下的接線和辦公室中通過三相導線共享中線的集中式電源接線板。因為這兩種區(qū)域是計算機和辦公設備多的地方，是中線過載常見的場合。

案例研究：減小三相系統(tǒng)諧波的影響

系統(tǒng)描述：下圖表示的是一個三相電力配電系統(tǒng)的框圖，它給2個SCR控制的調速電機供電。其它負載還有幾個感應馬達和熒光燈照明系統(tǒng)。馬達電路由480V供電，照明系統(tǒng)由227V供電。該系統(tǒng)設計為臨界狀態(tài)，它可以通過短路電流和負載電流的比計算出來。正常的比率應該是100:1以上，而本系統(tǒng)是22:1.

癥狀：馬達效率下降，小的感應馬達燒毀，熒光燈中的電容損壞。

解決方案：系統(tǒng)電壓的諧波失真總量很高。20KVAR功率因數(shù)修正電容引起了問題。它在五次諧波附件產生了諧振。電力系統(tǒng)工程師采取了兩個步驟：1）加倍變壓器容量以改善供電能力。2）將電感與功率因數(shù)修正電容組串聯(lián)讓其在200Hz以上的頻率失諧。

測量：迅速地估計系統(tǒng)的諧波程度。工程師利用配備電流鉗的便攜式諧波分析儀（例如福祿克F43B）進行3次測量。個測量（A點）表示諧波失真總量很高。**個（B點）說明同樣的問題。后一點（C點）表明存在比額定電流大許多的電流，足以經(jīng)常燒毀35A的保險絲。這些快速的現(xiàn)場測量足以揭示諧波問題的嚴重性。進一步分析后，工程師發(fā)現(xiàn)偶次諧波是由可控硅閘流系統(tǒng)的失靈而引起的。諧波還導致馬達和熒光燈電容發(fā)生故障。

總結

本文的**部分還將深入討論從上面測量中獲得的讀數(shù)。還將看一下利用諧波表獲得的波形并分析系統(tǒng)中完整的諧波頻譜。