1、3次谐波电流为什么降低配电系统的可靠性?

　　答：3次谐波电流降低配电系统的可靠性主要体现在三个方面。

　　1) 过流保护装置误动作，也就是意外跳闸。典型的现象是，虽然负荷还没有达到过流保护装置的动作阈值，过流保护装置就会动作。

　　2) 导致电缆过热，加速电缆绝缘层老化;电缆绝缘层老化会造成线路短路，导致配电系统的故障。

　　3) 导致变压器过热，缩短变压器的寿命，降低变压器的有效容量。

2、3次谐波电流为什么导致过流保护装置误动作?

　　答：这是因为3次谐波成分导致电流成为脉冲状的电流。按照常识，这种持续时间很短的电流，要达到同样的功率，峰值必须更大。

　　图12-1所示的是一台1500W的设备，按照正弦波电流计算，电流的有效值应该为7A左右，峰值电流为10A左右。但是，由于电流持续时间很短，这里的峰值达到了60A。

　　如果过流保护装置是通过检测峰值电流工作的，就会出现误动作。这种情况在实际中很常见。

　　案例1：

　　某火锅城，使用电磁炉加热，当客人较多时，频繁跳闸。而配电箱的设计容量已经留出了2倍的余量。这是因为电磁炉也是单相整流电路。

　　案例2：

　　某软件公司，使用数百台电脑，频繁出现跳闸现象。

　　　图12-1 单相整流电路具有更大的峰值电流

3、3次谐波电流为什么导致电缆过热?

　　答：这是由于两个原因，一个是谐波电流的趋肤效应，另一个是3次谐波电流在零线上叠加所致。在现代建筑物中，后一个因素导致的问题的严重性远超过前一个因素。

　　图13-1所示为一个配电盘内的情况。

　　右图是可见光照片，图中的虚线圆圈内是零线端接位置。

　　左图是红外图像，温度越高，图像越明亮。图中最明亮的部位就是零线的位置。这是由于零线上流过较大的谐波电流所致。

　　　图13-1 谐波电流导致电缆过热的情况

4、3次谐波电流为什么导致变压器过热?

　　答：这有两个原因。

　　第一个原因是当变压器绕组中流过谐波电流时，变压器的铜损(导线的损耗)和铁损(铁芯的损耗)都变大，产生更大的热量。

　　第二个原因是3次谐波电流在变压器的初级绕组中形成环流所致。

　　建筑物的电力入口处是一台变压器，将中压电(一般为10kV)变为低压电(220V)。配电变压器的结构都是D/U结构。也就是，变压器的初级为D形接法，次级为U接法。

　　这种变压器的一个特点是，负载产生的3次谐波电流感应到初级，在初级D绕组中环流，不会流出变压器的初级，如图14-1所示。这就意味着3次谐波电流不会流向公共电网。以往，这种特性被认为是一个优点，

　　但是，当负荷产生的3次谐波电流很大时，这个优点就会导致意外的问题。这就是，来自负荷的大量3次谐波电流在D绕组中环流，产生巨大的热量，导致变压器的变压器的温度急剧升高，如图14-2所示。

　　图14-1 3次谐波电流在变压器的初级形成环流

　　图14-2 3次谐波电流导致变压器的温度过高

5、为什么安装NBF后能够提高配电系统的可靠性?

　　答：图15-1中的左图是安装了NBF后，相线上的电流波形的变化情况。由图可知，安装了NBF后，电流的脉宽变宽，幅度降低。因此，可以防止跳闸现象的发生。实际测量表明，电流的有效值也降低了10~20%。

　　图15-1中的右图是安装了NBF后，相线上的电流频谱的变化情况。由图可知，安装了NBF后，谐波成分大大减少。从图中可知，安装了NBF后，不仅3次谐波电流大大减小，而且其他高次谐波电流也有不同程度的降低。

　　图15-1 安装NBF后电流波形及频谱的变化

　　由于谐波电流成分减小，因此谐波电流导致的一些问题随之消失，例如变压器的温度明显降低，如图15-2所示。变压器的温度降低，意味着变压器能够带更多的负荷。

　　图15-2 安装NBF后变压器温度的变化