北京市大西洋仪器工程有限责任公
2017/8/10 17:59:04●基波
当线性负载施加正弦波电压时，电流也是相同频率的正弦波。但非线性负载要获取阶跃脉冲电流，这种方式可以提高设备的功效，但却在负载电流中引起谐波，谐波和基波叠加产生畸变波形。
●非线性负载
什么是非线性负载呢？比如电子控制电焊、调速电机驱动、计算机、打印机电子整流荧光灯等，大量的数量可以形成一个累积的非线性负载。
在三相四线制系统中，某些谐波可以互相抵消，而另外一些却相互叠加。带有高频率的谐波分量的过电流，可能导致配电盘、变压器和负载本身的过热和烧毁。
非线性负载与线性负载的比率可以提供潜在的谐波过载的线索，比率越高谐波过载的可能性越大。即使线性负载和非线性负载分布在许多分支电路上，也不能假定谐波的影响会有一定程度的降低。导致谐波问题往往是单个非线性负载的累积效应。
●谐波分类
谐波可以用次数、水平和相序来分类。每次谐波频率都是基波频率的整数倍，例如如果基波频率是50Hz，那么2次谐波频率就是100Hz，3次谐波频率就是150Hz等等。2次谐波是负序、3次谐波是零序、4次谐波是正序，以此类推。
谐波次数 | 2次谐波 | 3次谐波 | 4次谐波 | 5次谐波 | 6次谐波 | 7次谐波 | 8次谐波 |
谐波频率（基波频率50Hz） | 100 Hz | 150 Hz | 200 Hz | 250 Hz | 300 Hz | 350 Hz | 400 Hz |
相序 | 负相序 | 零相序 | 正相序 | 负相序 | 零相序 | 正相序 | 负相序 |
●谐波处理方法
当电路中出现谐波时，有必要对各个谐波含量进行区分以便找到相应的谐波源，按照一定的维护程序在设备发生毁坏之前消除谐波的危害。下表是配电系统各个位置处理谐波的典型方法：
位置 | 谐波的影响 | 危害 | 测试程序 | 补救方法 |
由△-Y变压器供电的单相插座 | 在共用的中线中，3次奇数倍谐波会进行代数叠加 | 电流可能会感应到变压器的一次侧造成过热和故障 | 1、测量变压器二次侧的相电流和中线电流； 2、利用谐波频谱观察相电流中各次谐波的数值； 3、在变压器的二次侧决定相电流的K因数 | 变压器降载、加谐波滤波器或使用K因数变压器替代老变压器。 |
负荷中心断路器 | 谐波可能导致热磁式断路器动作
谐波可能导致峰值感应断路器在低电流动作或者当峰值低于正常值时断路器动作失灵 | 断路器故障动作或导致关键设备停机
断路器故障动作或危险的过热损坏设备 | 1、检查负荷中心相电压的平峰； 2、测量馈线导体电流，验证配电柜在负载的额定范围内运行； 3、测量馈线中线电流，如果读数高说明有谐波存在； 4、将测量电流与导体、接线板和母线的额定值比较； 5、比较单独的分支电路电流与断路器的额定值； 6、检查分支电路由于3次奇数倍谐波造成的过载。 | 平衡负载、安装零序谐波滤波器（仅在特殊条件下）、利用满足非线性负载的断路器，更换老的配电柜。 |
照明电路导管 | 谐波引起的过热可能导致导体绝缘损坏 | 危险的过热、短路或电路中断 | 1、感觉导管是否过热； 2、测量馈线中线电流，如果电流过高，将测量值与导体、接线板和母线的额定值比较； 3、测量相电流的谐波失真总量。 | 减少每个导管的导体数量或安装低谐波镇流器 |
感应电机 | 如果供电电压失真，谐波将通过电机循环；负序谐波电流将降低电机转矩。 | 电机损坏或烧毁 | 1、在电机端子测量电压有效值和铭牌上的额定值比较； 2、观察相到相电压的不平衡； 3、观察电压波形是否有明显失真； 4、测量谐波失真总量（电机满载应小于5%）； 5、查看电压谐波谱图，如果有较大的3次谐波，谐波源可能是照明镇流器或插座负载； 6、如果有大的5次谐波，谐波源可能是调速电机或其它的三相非线性负载。 | 重新分配负载或安装谐波滤波器 |
无功补偿 | 与配电网的感性阻抗在高于基波的某些频率形成谐振电路 | 虽然用来修正功率因数，在谐波出现时可能损坏 | 1、检查电容器的谐波电流，5次和7次谐波比较典型； 2、检查值得怀疑的电机驱动的相电流，看是否有其它大的非线性负载或5次谐波。 | 将电容器移走、安装线路电抗器或安装特殊设计的无功补偿网络 |
●谐波测量工具
一个理想的故障检测工具应该能够提供三种测量信息：实际的波形、能够显示谐波水平的谐波频率和信号的数值显示，并且所有这些信息应该通过一两个按键就能获得。
谐波测量建议使用真有效值测量仪器。绝大多数电气设备负载额定值都是用真有效值电压和电流来表示，真有效值的意义何在？在配电系统，关键是考虑热效应，而且热效应和真有效值电流成正比而不是平均电流或峰值电流。真有效值测量仪器提供了各种信号的确切读数，而平均响应测量仪器只能对完好的正弦波给出确切的读数。因为非线性负载使波形发生明显失真，基于平均响应的测量仪器无法提供正确的读数，测量值比实际的电压或电流要低20%以上。在有非线性负载的系统，只有真有效值测量仪器能够正确测量各种信号和它们的热效应。
来源：大西洋仪器 编辑：韦
