如何消除三次谐波 - 全文

随着建筑物中的电气负荷以节能灯、信息设备等为主要负载，零线电流过大的现象十分普遍。造成这种现象的根本原因是单相整流电路。

零线上的电流过大的危害极大，这是因为零线上没有保护装置。配电线路的保护装置一般安装在相线上，因此，相线上一旦出现过大的电流，保护装置会动作，避免线路过热。而零线上没有保护装置，电流过大时，只能任其过热，酿成火灾隐患。

因此，信息设备和节能灯集中的建筑物中，必须充分考虑这种火灾隐患。实际上，20年前，在欧美发达国家，很多火灾是中线过热导致的。现在，欧美国家对信息设备设备的谐波电流进行了严格限制，并在工程中特别关注，中线过热的现象已经很少见到。

中国刚开始进入信息化、电子化，各种电子设备（电脑、电视、变频空调、电磁炉等）的数量急剧增加，零线电流过大的问题日益显露出来。零线电流多大的问题本身并不可怕，可怕的是几乎所有的人还没有认识到这种危害，因此没有防范措施，从设计开始就埋下了隐患。

三次谐波电流主要来自于单相整流电路。

图示的是一个典型的单相整流电路，电路中的电容是平滑电容，大部分整流电路中都包含这个电容，否则直流电压的纹波很大。这个电容是导致三次谐波电流的主要原因。

熟悉电路的人都知道，平滑电容的电压被充电到交流电的峰值后，就维持在交流电峰值附近。当交流电的电压低于电容上的电压时，电网上没有电流流入负载。这时，负载的电流由电容供给，随着输出电流，电容的电压开始降低，在某个时刻，交流电的电压会高于电容上的电压，这时，电网上才会有电流流入电容（给电容充电，使电容上的电压升高）和负载中。因此，电网仅在接近电压峰值的时刻向负载输入电流，电流的形状为脉冲状。

通过付立叶分析可知，这种脉冲状的波形包含丰富的三次谐波成分。

三次谐波的危害解决办法

在谐波的处理问题上，3次谐波电流需要引起特别的关注。三次谐波电流之所以危害很大，是因为三次谐波电流会在中线上叠加，导致中线电流过大，造成火灾隐患。下图中是三系谐波导致零线过热的情况。实际上，20年前在欧美发达国家，很多火灾是中线过热导致的。现在，欧美国家对电子设备的三次谐波电流进行了严格的限制，并在工程中特别的关注，中线过热的现象已经很少出现。

单相整流电路产生３次谐波电流，由于三相电的每相基波电流之间相位相差120°，因此3次谐波电流的相位相差360°（3×120° =360°），对于交流电而言，相位相差360°意味它们是同相位的。因此，３次谐波电流在零线上是算数叠加的。这就是三次谐波的特殊性。

不仅三次谐波具有这样的特性，只要是基波频率3倍频率的谐波都应该具有这样的特性。这些频率是基波频率3倍的谐波称为3倍频谐波，他们在中线上都是算术叠加的。但是6、9次以及更高的3倍频谐波很小，甚至没有，因此不予考虑。

三次谐波在中线上叠加，导致零线电流过大，使零线发热，严重的话甚至会引发火灾。

零线电流过大之所以危害很大，是因为零线上没有保护装置。配电线路的保护装置一般都是安装在相线上的，因此，零线上一旦出现过大的电流，保护装置就会动作，避免线路过热。而零线上没有过流的保护装置，电流过大时，只能任其过热。

三次谐波的产生原因

单相整流电路的电流是脉冲状的。如果三条相线上的电流是脉冲状的。由于脉冲很窄，因此当第一相上出现电流时，第二相和第三相上的电流为0.因此零线上不会发生抵消，相线上出现的每个电流脉冲也会出现在零线上。这种现象解释了当负载为计算机时，即使负载平衡，中线上仍然有电流的现象。

中线上的电流脉冲数是相线上的电流脉冲数的3倍，根据电流有效值的计算方法，中线上的电流会达到相线的1.7倍。如果整流电路的电流的脉宽大于60°，就会在中线上发生重叠现象，这时中线上的一部分电流发生抵消，实际的零线电流会小于相线电流的1.7倍。

现在建筑物中几乎所有的负载都是以整流电流为代表的非线性负载，因此，中线电流过大的问题十分普遍。

解决办法

有源滤波器

有源滤波器是一种动态的谐波治理方式，他可以滤除2-51次的谐波电流，但是如果我们的系统中只出现了三次谐波的问题。那么我不太建议安装有源滤波器。因为有源滤波器仅对其安装位置的上游有作用，对于下游没有任何效果。

 领步三次谐波滤波器（LB3NBF）

三次谐波滤波器是最经济有效的的治理方法，不仅是当前市场中能从源头上彻底治理3次谐波电流的独特产品，也是对三相四线制配电系统中相线和零线上的3次谐波电流能同时全面精确治理的专用滤波装置，该装置已经在消除3次谐波电流引发的零线电流异常增高、母排发热振荡、变压器过温异响等谐波危害方面得到了广泛的应用。

用PSW解决3次谐波电流

用有源滤波器解决谐波的问题是个理想的方案。但是需要注意的是，有源滤波器仅对上游的线路具有清除谐波的效果，而对于下游线路没有任何效果。

因此，如果采用有源滤波器的方法，就要在分配电箱处安装。如果仅在变压器的下端安装，就对变压器具有保护作用，而对零线没有任何效果。

如果分配电箱中有继电保护装置，则这些继电保护装置仍然可能出现误动作的现象。

用NBF解决3次谐波电流

ＮＢＦ零线谐波电流阻断器是航天绿电专为治理零线谐波电流开发的设备，该设备在消除3次谐波的危害方面具有很高的性价比。NBF安装在变压器的次级端，串联在零线上，如图所示。NBF对于三次谐波电流具有很高的阻抗，能够阻断三次谐波电流从零线流回变压器，因此称为零线谐波电流阻断器。

我们知道，相线与零线共同构成了三次谐波电流的通路，如果零线阻断了三次谐波电流，相线上自然就没有三次谐波电流了。因此，NBF能够对整个供电系统的３次谐波电流进行控制。

用ＮＢＦ治理零线的３次谐波电流最大的好处是从全系统的角度治理，配电系统上的任何设备都能够收益。

但是，使用NBF会导致更大的电压畸变率。这是因为，NBF等效成增加了系统对于三次谐波的阻抗。在第一分册中我们知道，谐波电压畸变率是与系统阻抗成正比的。实践和理论表明，这种电压畸变对于单相整流电路是没有害处的。