[科普中国]-谐波畸变

谐波畸变的产生：波扰动源智能建筑中具有一定非线性负载特性的设备是产生谐波畸变的主要扰动源，可归纳为以下几类：①照明系统中的照明镇流器、调光设备（相位角控制器）。②计算机、复印机、打印机等办公自动化设备。③UPS不间断电源及开关电源。④电梯、空调等动力设备中普遍应用的变频传动装置（VFD）。⑤其他具有一定非线性负载特性的电子控制设备。

谐波畸变的产生具有数量大、多台型号规格相同、负载特性相同特点的设备产生的谐波电流大致线性叠加，如个人计算机电流偕波畸变率可达75%，此类设备对总谐波畸变率的影响不容忽视；1

扰动源UPS不间断电源及开关电源属于非线性负荷，在它们的交流输入也有大量谐波电流反馈至低压配电网，使电网遭受污染；1

扰动源变频传动装置（VFD）产生的谐波可使输入电流波形严重畸变。设备（未采取防范措施时产生的谐波畸变对总谐波畸变率影响较大。1

出现电压频率整倍数频率分量的一种非线性失真，即正弦波形的周期性畸变现象。1

谐波畸变特性由于震源的机械装置和振动装置的非线性振动以及振板与大地的耦合等问题，在震源向地下输入能量的同时，也产生了谐波畸变.这种畸变以扫描信号频率范围的倍数出现，分别叫做2次谐波、3次谐波和N次谐波.这些谐波混杂于原始记录当中，形成了干扰波，降低了资料的信噪比。谐波干扰除了具有频率范围成倍增长这一性质之外，还有其自己的相关特性、时间特性及振幅特性。为此，从谐波干扰的特性分析入手，研究谐波干扰的分布特点及出现规律，以找出压制谐波干扰的方法，达到提高记录信噪比的目的。1

谐波畸变产生的主要危害（1）导致电力变压器发热 谐波导致电力变压器发热源于两方面原因，其一是谐波电流能增加变压器的铜损和漏磁损耗；其二是谐波电压能增加铁损。变压器的发热程度直接影响了变压器使用容量的降低程度。1

（2）导致电力电缆发热 在三相对称回路中，三次谐波在三相导线中相位相同，在中性线上叠加后产生了3倍于相线的谐波电流和谐波电压，导致中性线温度升高。智能建筑中大量的OA设备及电子式荧光灯均使三次谐波在系统中的占有率增大，因此谐波引起中性线发热问题值得关注。当高频电流通过导线时，电流具有集肤效应，显然高次谐波电流的存在使线路集肤效应加重，线路外表面电流密度加大，从而导致线路（相线及中性线）发热。

（3）导致对电子设备的干扰智能建筑中自动化及电子信息设备均要求有较高的电源质量，且都工作于低电压水平，极易受到谐波的干扰而使控制失常。控制失常可能引发三A系统的严重故障。1

（4）导致低压配电设备工作异常谐波畸变可使配电用低压电器设备（断路器、漏电保护器、接触器、热继电器等）发生故障。谐波电流使低压电器设备铁损、铜损增加，集肤效应加剧，从而产生异常发热，误动作等故障。1

谐波畸变的防范措施鉴于智能建筑对三A系统运行的高可靠性要求，应适当采取消除或抑制谐波危害的防范措施如下：

（1）在根据负载确定电力变压器额定容量时，应考虑谐波畸变而留有格量。在民用建筑设计中一般应保证变压器负荷率为70%～80%左右，该负荷率的工程裕量即可防范谐波引起的变压器发热危害。2

（2）在电缆截面选择中应考虑谐波引起线缆发热的危害。对于联接谐波主要扰动源设备的配线，确定线缆载流量时应日有足够裕量，可适当放大一级选择线缆截面。在三相四线制系统中，应考虑三次谐波电流和高次谐波电流引起的集肤郊应对中性线的发热危害，即在中性线截面的选择中国有足够裕量。2

（3）在设计和施工阶段，建议采取以下措施抑制谐波对电子设备的干扰。

①为该类设备设计专用回路供电，尽可能避免干扰沿供电线路窜入。

②为易受干扰设备加装线路滤波器，消除或抑制谐波分量，达到净化电源目的。

③使该类设备配线尽可能远离谐波电流畸变严重的线路，以避免空间电磁干扰。2

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所