柴油發電機組的電壓正弦波形畸變率和計算公式
發布時間：2024-05-03 點擊：487
眾所周知，電壓波形在理想狀態下是正弦波，但由于電力系統中存在大量非線性阻抗特性的柴油發電機組，使得實際的電壓波形偏離正弦波，這種現象稱為電壓正弦波形畸變，通常用諧波來表征。電壓波形畸變的程度用電壓正弦波畸變率來衡量，也稱電壓諧波畸變率。諧波通常是具有非線性阻抗特性或非正弦電流特性的電氣設備產生的，所以用戶在采購柴油發電機組時應注意廠家提供的畸變率最高值。
一、電壓正弦波形畸變率的指數
在空載標定電壓和標定頻率下，柴油發電機組線電壓波形失真（正弦畸變率）<5%。
二、電壓正弦波形畸變率的定義
柴油發電機組技術要求發電機的理想波形是正弦波，但其實際波形不是真正的正弦波，它既含有基波，又含有三次及三次以上的高次諧波，三次諧波勵磁的發電機尤為嚴重。因此發電機的電壓波形會產生正弦形畸變。
根據上述所知，諧波源使得實際的電壓波形偏離正弦波的現象稱為電壓正弦波形畸變。通常以諧波來表征。電壓波形畸變的程度用電壓正弦波畸變率來衡量，也稱電壓諧波畸變率。電壓正弦波畸變率以各次諧波電壓的均方根值與基波電壓有效值之比的百分數來表示。
三、電壓正弦波形畸變率的計算公式
壓正弦波畸變率以各次諧波電壓的均方根值與基波電壓有效值之比的百分數來表示。其數學表達方式為：
式中un指的是第n次諧波電壓有效值，u1指的是基波電壓有效值。
四、主要危害
柴油發電機組供電后，會在供電網絡注入諧波電流，諧波電流在電網阻抗上產生諧波電壓，諧波電壓疊加在正弦波形的50hz供電系統上，并施加在所有接于供電系統的負載設備端，對這些設備的正常工作產生影響。主要會引起負載設備損耗增加，產生局部過熱，導致電熱器和電熱機的過早損壞；電機的機械振動增大，噪音增強，造成工作環境噪聲污染；對電子元件產生干擾，引起工作失常；對自動裝置或測量儀器產生干擾，圖像和通訊質量下降。
以下危害逐一說明：
1、導致發電機發熱。
諧波導致發電機發熱源于兩方面原因，其一是諧波電流能增加發電機的銅損和漏磁損耗；其二是諧波電壓能增加鐵損。發電機的發熱程度直接影響了發電機使用容量的降低程度。
2、導致連接的電力電纜發熱。
在三相對稱回路中，三次諧波在三相導線中相位相同，在中性線上疊加后產生了3倍于相線的諧波電流和諧波電壓，導致中性線溫度升高。智能建筑中大量的oa設備及電子式熒光燈均使三次諧波在系統中的占有率增大，因此諧波引起中性線發熱問題值得關注。當高頻電流通過導線時，電流具有集膚效應，顯然高次諧波電流的存在使線路集膚效應加重，線路外表面電流密度加大，從而導致線路（相線及中性線）發熱。
3、導致對電子設備的干擾。
智能建筑中自動化及電子信息設備均要求有較高的電源質量，且都工作于低電壓水平，極易受到諧波的干擾而使控制失常。控制失常可能引發三a系統的嚴重故障。
4、導致低壓配電系統工作異常。
諧波畸變可使低壓配電柜中的電器設備（斷路器、漏電保護器、接觸器、熱繼電器等）發生故障。諧波電流使低壓電器設備鐵損、銅損增加，集膚效應加劇，從而產生異常發熱，誤動作等故障。
五、防范措施
1、在根據負載確定柴油發電機組額定容量時，應考慮諧波畸變而預留容量空間。
在民用建筑設計中一般應保證柴油發電機組負荷率為70%～80%左右，該負荷率的工程富余量即可防范諧波引起的發電機發熱危害。
2、在電纜截面選擇中應考慮諧波引起線纜發熱的危害。
對于聯接諧波主要擾動源設備的配線，確定線纜載流量時應日有足夠余量，可適當放大一級選擇線纜截面。在三相四線制供電系統中，應考慮三次諧波電流和高次諧波電流引起的趨膚效應對中性線的發熱危害，即在中性線截面的選擇中選用足夠的余量。
3、在設計和施工階段，建議用戶采取以下措施抑制諧波對電子設備的干擾。
（1）為該類設備設計專用回路供電，盡可能避免干擾沿供電線路竄入。
（2）為易受干擾設備加裝線路濾波器，消除或抑制諧波分量，達到凈化電源目的。
（3）使該類設備配線盡可能遠離諧波電流畸變嚴重的線路，以避免空間電磁干擾
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在空載標定電壓和標定頻率下，柴油發電機組線電壓波形失真（正弦畸變率）<5%。
二、電壓正弦波形畸變率的定義
柴油發電機組技術要求發電機的理想波形是正弦波，但其實際波形不是真正的正弦波，它既含有基波，又含有三次及三次以上的高次諧波，三次諧波勵磁的發電機尤為嚴重。因此發電機的電壓波形會產生正弦形畸變。
根據上述所知，諧波源使得實際的電壓波形偏離正弦波的現象稱為電壓正弦波形畸變。通常以諧波來表征。電壓波形畸變的程度用電壓正弦波畸變率來衡量，也稱電壓諧波畸變率。電壓正弦波畸變率以各次諧波電壓的均方根值與基波電壓有效值之比的百分數來表示。
三、電壓正弦波形畸變率的計算公式
壓正弦波畸變率以各次諧波電壓的均方根值與基波電壓有效值之比的百分數來表示。其數學表達方式為：
式中un指的是第n次諧波電壓有效值，u1指的是基波電壓有效值。
四、主要危害
柴油發電機組供電后，會在供電網絡注入諧波電流，諧波電流在電網阻抗上產生諧波電壓，諧波電壓疊加在正弦波形的50hz供電系統上，并施加在所有接于供電系統的負載設備端，對這些設備的正常工作產生影響。主要會引起負載設備損耗增加，產生局部過熱，導致電熱器和電熱機的過早損壞；電機的機械振動增大，噪音增強，造成工作環境噪聲污染；對電子元件產生干擾，引起工作失常；對自動裝置或測量儀器產生干擾，圖像和通訊質量下降。
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1、導致發電機發熱。
諧波導致發電機發熱源于兩方面原因，其一是諧波電流能增加發電機的銅損和漏磁損耗；其二是諧波電壓能增加鐵損。發電機的發熱程度直接影響了發電機使用容量的降低程度。
2、導致連接的電力電纜發熱。
在三相對稱回路中，三次諧波在三相導線中相位相同，在中性線上疊加后產生了3倍于相線的諧波電流和諧波電壓，導致中性線溫度升高。智能建筑中大量的oa設備及電子式熒光燈均使三次諧波在系統中的占有率增大，因此諧波引起中性線發熱問題值得關注。當高頻電流通過導線時，電流具有集膚效應，顯然高次諧波電流的存在使線路集膚效應加重，線路外表面電流密度加大，從而導致線路（相線及中性線）發熱。
3、導致對電子設備的干擾。
智能建筑中自動化及電子信息設備均要求有較高的電源質量，且都工作于低電壓水平，極易受到諧波的干擾而使控制失常。控制失常可能引發三a系統的嚴重故障。
4、導致低壓配電系統工作異常。
諧波畸變可使低壓配電柜中的電器設備（斷路器、漏電保護器、接觸器、熱繼電器等）發生故障。諧波電流使低壓電器設備鐵損、銅損增加，集膚效應加劇，從而產生異常發熱，誤動作等故障。
五、防范措施
1、在根據負載確定柴油發電機組額定容量時，應考慮諧波畸變而預留容量空間。
在民用建筑設計中一般應保證柴油發電機組負荷率為70%～80%左右，該負荷率的工程富余量即可防范諧波引起的發電機發熱危害。
2、在電纜截面選擇中應考慮諧波引起線纜發熱的危害。
對于聯接諧波主要擾動源設備的配線，確定線纜載流量時應日有足夠余量，可適當放大一級選擇線纜截面。在三相四線制供電系統中，應考慮三次諧波電流和高次諧波電流引起的趨膚效應對中性線的發熱危害，即在中性線截面的選擇中選用足夠的余量。
3、在設計和施工階段，建議用戶采取以下措施抑制諧波對電子設備的干擾。
（1）為該類設備設計專用回路供電，盡可能避免干擾沿供電線路竄入。
（2）為易受干擾設備加裝線路濾波器，消除或抑制諧波分量，達到凈化電源目的。
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