谐波电流火灾事故的预防对策
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摘要：我国经济建设的快速发展和用电设备大量增加给电气线路的安全运行带来隐患。谐波电流在三相供电系统中的中性线上会引起电流的叠加效应。从而造成中性线上电流增大，发热量增多，进而引发建筑电气火灾事故的发生。
关键词：谐波电流 中性线过载 火灾 预防措施
中图分类号：TM7文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）14-0031-02
Prevention Countermeasures of Harmonic Current Fire Accident
Wang Xihong；Wang Chunxu；Li Dongpeng
（①Ji'nan Engineering Vocational and Technical College，Ji'nan 250200，China；②Ji'nan Railway Scheduling Office，Ji'nan 250001，China）
Abstract: The rapid development of China's economic construction and the large increase of electrical equipment bring the risk to the safe operation of electrical circuits. Harmonic currents may cause the current superposition effect in neutral line of three-phase power supply system, which results in current increases in the neutral line, the heat increasing, triggering building electrical fire accident.
Key words: harmonic electric current；neutral over loading；fire；the measure of preventin
1谐波电流的产生
1.1 谐波电流的概念正弦信号是周期信号中惟一可以用相量来表示的周期信号。而其他周期信号是不能用相量表示的。那些非正弦周期信号可以用Fourier级数将它们分解成许多不同频率的正弦分量，这种方法称为谐波分析。
在电工和电子技术中经常会遇到非周期信号，可以将它们展开成如式（1）所示的收敛的三角级数：
u=U0+U1msin（ωt+φ1）+U2msin（2ωt+φ2）+…
=U0+■Unmsin（nωt+φn）（1）
这一无穷三角级数称为Fourier级数。其中U0为常数，称为直流分量，也就是u在一个周期内的平均值；U1msin（ωt+φ1）是与u同频率的正弦分量，称为基波或一次谐波；U2msin（2ωt+φ2）是频率为u的频率的两倍的正弦分量，称为二次谐波；其他依此类推，称为三次谐波、四次谐波……除了直流分量和基波以外，其余各次谐波称为高次谐波。同样，我们可以把满足Dirichlet条件的非正弦周期电流展开成如式（1）的Fourier级数，它包含各次谐波，所以通常把非正弦周期电流称为谐波电流。
1.2 非正弦周期电流的产生非正弦周期电流的产生原因在现实生活中是多种多样的，大致可以分为三类：①多个不同频率的电源。依照电流的叠加原理，可以算出各个不同频率电源产生的电流，将其瞬时值相加，就会得到非正弦周期电流。②非正弦周期的电源。在非正弦周期电路中的电流源或电压源作用于线性负载时，电路中也会产生非正弦周期电流。③非线性负载。当电流流经线性负载时，负载上电流与所施加的电压呈线性关系，产生理想的正弦周期电流；而当电流流经带镇流器或内含整流电路的用电设备以及开关电源设备等非线性负载时，其电流波形会发生畸变。线路阻抗中如果有畸变的电流流过的时候，阻抗上就会形成电压降（其包含谐波成分），从而使得产生畸变的还有负载端的电压波形，当线性负载被施加上电压的时候，负载的电流波形同样会产生畸变。如此一来，在电气装置中，电流波形与电压波形相互为因果，均形成畸变而带各次谐波。
2谐波电流的危害
在当前社会生活中，非线性负载不断地增多，尤其是在很大程度上使用诸如可以产生三次谐波的气体放电灯等的状况下，势必不能够避免中性线过载的情况发生。在电气消防安全检查的过程中，见到的最多隐患情况就是相线电流小于中性线电流，从而产生的电器火灾常常发生，因此我们应警惕这种电器危险。
谐波致使的危害有多方面的情况，有时人们不会轻易地发现这种危害，一方面给可以对三相供电系统的中性线造成过载；另一方面还有很多的危害，诸如：三相感应电动机烧毁，变压器由于－Y连接方式的变压器原边环流引起过热被烧毁等等。
3中性线过载与火灾事故的预防
如何去应对这些隐患控制在最理想的状态，然后加强检测，及时发现谐波，将危害限制在萌芽状态是目前我们所考虑的问题。
3.1 非正弦畸变电流测量及其仪表选用对于三相不平衡非线性负载的低压配电系统，我们不仅要测量相线的电流而且还要测量中性线的电流。首先，导线截面应满足载流量的要求，特别是中性线。在具有非线性负载的低压配电系统中，常常发现中性线电流大于相线电流，甚至大得很多。这是正常现象，但有时却出现中性线截面偏小的问题。其次，对于上述低压配电系统中的所有连接部分要牢固可靠，接触良好，防止断线现象发生，中性线尤为重要。最后，就是如何测量带有非线性负载的低压配电系统的非正弦畸变电流问题。实质上就是选用何种类型仪表测量非正弦畸变电流及其有效值的问题。
3.2 抑制谐波危害的措施
3.2.1 改善供电结构在最大程度上把几乎不产生谐波的用电设备同产生大量谐波的非线性负荷不分在相同的供电母线上。由于把许多谐波源接接在同一段母线上，借助于谐波的相互补偿作用能够减少电网谐波含量。其次把三相变压器要么采用d，y（/y），要么采用y，d（y/）的接线，能够去除3的整数倍高次谐波，进而让电网中的谐波电流仅有5、7以及11等次，这是抑制谐波最基本的方法。
3.2.2 装设滤波器滤波器往往安装在非线性负载侧母线上，使它原有的频率依据要求与一些特征频率共振，进而吸收大量的谐波源注入电网的谐波电流。高通滤波器、调谐滤波器是滤波器的两大类。前者并不是减弱某一特定次数的谐波，一般用在抑制比调谐滤波器有更大幅值的17、19、23……谐波或幅值相对小的低次谐波；后者的特点在于滤波器调谐于某一频率，形成本次谐波的低阻通路，一般用在幅值相对大的5、7以及11等谐波的滤波。也能够将滤波器调谐于某两个一定的频率之间，通过一套滤波器去降低此两种谐波分量，从而节约了滤波器的投资成本。
3.2.3 采用D，yn11接线组别的变压器变压器作为非线性设备，在其工作的过程中会将谐波注入电网，特别是在变压器轻载或者空载的情况下。从变压器制造的角度来分析，假如变压器铁芯磁通没有达到饱和时，那么励磁电流同铁芯中的磁通成正相关变化，其波形为正弦波，无谐波分量。但是，变压器的制造设计均取变压器工作磁通密度在磁化曲线的拐点处，起始的饱和部分是铁芯工作的位置，所以，当变压器接法是Y,yn时，家用电器形成的零序性的三次谐波电流会成为励磁电流，同时在这个零序励磁电抗上形成相对大的压降，也就是三次谐波电压，很容易导致电压总畸变率超标。而当变压器接法为D，yn11时，高压侧的变压器绕组形成三次谐波电流流通回路，该回路阻抗为变压器漏抗，远较零序励磁阻抗小（倍数为20倍左右），因而不会产生较大的三次谐波电压。采用D，yn11接线组别的配电变压器，由于三次谐波电流可在d接线高压绕组的闭合回路流通，所以相电压中没有三次谐波分量，这样就抑制了高次谐波电流，从而达到使中性线中谐波电流减小的目的。
3.2.4 增大中性线容量谐波电流会给中性线造成影响，从而使其或许产生高过相线的电流，这样就有必要加大中性线的容量。按照尚需的分析，我们可以知道，假如经过理论上的计算或者在实测的时候，中性线谐波电流也相对大，那么一定要加大中性线的容量，并且最好使用四芯等截面电缆。而对防谐波过载，我国规范的规定不够具体。国际电工标准（IEC标准）的规定较我国现行的规范要更为安全。在IEC载流量标准中，穿管导线或者多芯电缆被三相四线回路使用的时候，在对它的载流量以及发热量进行考虑的时候，均是依据三根带载相线。这对于三相电流平衡与否的情况都是一样的，这是因为它将一个回路看作一个发热整体来对待，三相电流不相等时电流较小一相的欠发热可以抵消中性线上的发热。这样就可一概按三根带载相线的发热来标定回路的载流量。而当三相平衡负载电路中存在谐波电流时，中性线会因谐波电流的叠加产生过量的热，这时电缆中没有可以抵消发热的欠发热。为此需考虑一降低系数来增加回路的载面和载流量。
4结束语
随着非线性负载以中性线的过载问题显得尤为突出。对此类火灾的研究和探索任重而道远，需要更多的人们投入更多的时间和精力，进行更深入的分析和探讨，从而提出更为科学有效的预防措施。中性线的热故障和火灾问题应从设计、施工、维护等各方面采用措施加以杜绝。例如，中性线截面选择应考虑谐波的影响；中性线连接部分牢固可靠，接触良好，防止断线；中性线的保护以及巡检中的电流测量问题等。
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