电能质量知识（谐波为主）
目 录
1 电能质量的定义 ....................................................................................................... 2 2 电能质量的分类 ....................................................................................................... 2 3 电能质量问题产生的原因 ....................................................................................... 3 4 产生谐波的主要设备 ............................................................................................... 4 5 谐波的危害................................................................................................................ 5
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1 电能质量的定义 （1）IEC（1000-2-2/4）标准：供电装置正常工作情况下不中断和干扰用户使用电力的物理
特性。
（2）一种简洁的定义：电压或电流的幅值、频率、波形等参量距规定值的偏差。
2 电能质量的分类 电能质量分类表 序号 1 类型 频率偏差 电网频率的实际值和标称值之差 过电压 欠电压 电压上升 电压为额定值的110%～120%，持续时间大于60s 电压为额定值的80%～90%，持续时间大于60s 电压或电流有效值升至额定值的110%以上，典型值为额定值的110%～180%，持续时间为0.5个周波至60s 电压跌落 电压有效值降至额定值的10%～90%，持续时间为0.5个周波至60s 指在一定时间间隔内两个稳态量之间的变化。电压瞬变可以是任意电压瞬变 极性的单方向脉冲或是第一个峰值为任意极性的衰减振荡波 持续时间小于0.5个周波的周期性电压扰动。电压缺口主要是电力电子装置由一相换至另一相时参与换相的电路瞬时短路造成的 在一相或多相线路中完全失去电压(低于额定值的10%)一段时间。电压中断 持续时间0.5个周期至3s为瞬时中断；持续时间3s至60s为暂时中断；持续时间大于60s为持续中断 电压波动是指电压幅值在一定范围内有规律或随机地变化。其幅值电压波动与闪变 变化通常为额定值的90%～110%。这种电压波动通常称为电压闪变。闪变一词是从电压波动引起电灯的闪动得来的。在输电和配电系统中电压闪变主要是由电弧炉引起的 谐波 3 电压波形 间谐波 电压 4 5 不平衡度 信号电压 负序分量与正序分量的方均根值百分比 在电力传输线上的高频信号，用于通信和控制 对周期性的变流量进行傅里叶级数分解，得到频率为大于1的整数倍基波频率的分量 频率不是电源基波频率整数倍正弦分量 内容 2 电压幅值 电压缺口 Page 2 of 6
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3 电能质量问题产生的原因
表5 电能质量问题产生的原因
序号 1 2 3 4 5 6 名称 电压偏差 频率偏差 三相不平衡度 谐波 电压波动 闪变 产生原因 电流流经传输网时在其内阻抗上产生的压降所致 负荷功率波动情况下原动机输出功率的跟踪响应滞后所致 各相负荷的不平衡用电特性所造成 电网中的非线性负荷所造成 负荷功率（无功）的波动产生 电压波动引起 Page 3 of 6
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4 产生谐波的主要设备
产生谐波的主要设备
序号 设备 原因 由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得晶闸管 1 整流设备 到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。 变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成2 变频装置 份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。 由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧3 电弧炉 电石炉 不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2、 7次的谐波，平均可达基波的8% 、20%，最大可达45%。 荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分4 气体放电 类电光源 析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。 电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，5 家用电器 会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。 Page 4 of 6
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5 谐波的危害
谐波造成的主要危害
序号 1 危害 增加损耗 影响设备绝缘 2 谐波引起变压器、电动机和传输导线的温度上升，破坏绝缘，降低寿命。 降低设备寿命 由于电容器在设计时规定其最大电流只允许35%的超载，但实际运转时，3 烧坏设备 因为谐波的影响，以致常发生严重过载，造成电容器鼓肚或爆炸。电路板由于对电源要求比较高，由于谐波经常使其烧坏。 未经治理的电流谐波，会注入到公共电网中，造成谐波对电网的污染，不4 污染电网 只增加电网损耗，还使其他用户受到谐波影响。 对于生产设备精密、自动化水平高的生产线，比如卷烟厂的制丝和卷接包影响生产稳定5 生产线，谐波经常破坏其稳定性，引起生产故障，使生产被迫停止，造成造成生产故障 极大的经济损失。 电能表等计量仪表，因谐波而造成感应转盘产生额外的电磁转矩，引起误影响计量准确 6 干扰指示仪表 有效值的指示会明显下降。 谐波通过电磁感应干扰通信，使其发生噪声或信号丢失。通常7
干扰通信 2000~5000Hz谐波引起通信噪声，1000Hz以上的谐波导致电话回路误动。 差，降低精确度。在谐波严重畸变情况下，指示仪表的误差变大，对同一主要体现 电流谐波增加铜损，电压谐波增加铁损，由此增加了变压器和传输导线的损耗，浪费电能，并且还降低了变压器的容量。
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谐波对设备仪器的危害
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
设备、仪器 变压器 电动机 传输导线 电容器 继电保护 自动装置 互感器 计量仪表 指示仪表 电路板 电视机 计算机 照明灯 生产线 通信系统 电网 危害 增加损耗，温度升高，容量降低，寿命降低 增加额外发热，影响绝缘，降低寿命，甚至烧毁 增加线损，过热影响绝缘，甚至发生火灾 鼓肚，烧毁 误动作 误动作 造成误差，影响测试结果，损坏 影响计量准确性 造成指示误差 烧毁 图像畸变，画面及亮度发生变化，甚至图像翻滚 计算错误，程序运行出格 过热甚至造成损害，产生闪烁，引起人眼不适 发生故障，造成停产 产生噪声，降低通信质量，信号丢失 增加损耗，影响其他用户 Page 6 of 6
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