柴油发电机组的电压正弦波形畸变率和计算公式
发布时间：2024-05-03 点击：9
众所周知，电压波形在理想状态下是正弦波，但由于电力系统中存在大量非线性阻抗特性的柴油发电机组，使得实际的电压波形偏离正弦波，这种现象称为电压正弦波形畸变，通常用谐波来表征。电压波形畸变的程度用电压正弦波畸变率来衡量，也称电压谐波畸变率。谐波通常是具有非线性阻抗特性或非正弦电流特性的电气设备产生的，所以用户在采购柴油发电机组时应注意厂家提供的畸变率最高值。
一、电压正弦波形畸变率的指数
在空载标定电压和标定频率下，柴油发电机组线电压波形失真（正弦畸变率）<5%。
二、电压正弦波形畸变率的定义
柴油发电机组技术要求发电机的理想波形是正弦波，但其实际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谐波，三次谐波励磁的发电机尤为严重。因此发电机的电压波形会产生正弦形畸变。
根据上述所知，谐波源使得实际的电压波形偏离正弦波的现象称为电压正弦波形畸变。通常以谐波来表征。电压波形畸变的程度用电压正弦波畸变率来衡量，也称电压谐波畸变率。电压正弦波畸变率以各次谐波电压的均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示。
三、电压正弦波形畸变率的计算公式
压正弦波畸变率以各次谐波电压的均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示。其数学表达方式为：
式中un指的是第n次谐波电压有效值，u1指的是基波电压有效值。
四、主要危害
柴油发电机组供电后，会在供电网络注入谐波电流，谐波电流在电网阻抗上产生谐波电压，谐波电压叠加在正弦波形的50hz供电系统上，并施加在所有接于供电系统的负载设备端，对这些设备的正常工作产生影响。主要会引起负载设备损耗增加，产生局部过热，导致电热器和电热机的过早损坏；电机的机械振动增大，噪音增强，造成工作环境噪声污染；对电子元件产生干扰，引起工作失常；对自动装置或测量仪器产生干扰，图像和通讯质量下降。
以下危害逐一说明：
1、导致发电机发热。
谐波导致发电机发热源于两方面原因，其一是谐波电流能增加发电机的铜损和漏磁损耗；其二是谐波电压能增加铁损。发电机的发热程度直接影响了发电机使用容量的降低程度。
2、导致连接的电力电缆发热。
在三相对称回路中，三次谐波在三相导线中相位相同，在中性线上叠加后产生了3倍于相线的谐波电流和谐波电压，导致中性线温度升高。智能建筑中大量的oa设备及电子式荧光灯均使三次谐波在系统中的占有率增大，因此谐波引起中性线发热问题值得关注。当高频电流通过导线时，电流具有集肤效应，显然高次谐波电流的存在使线路集肤效应加重，线路外表面电流密度加大，从而导致线路（相线及中性线）发热。
3、导致对电子设备的干扰。
智能建筑中自动化及电子信息设备均要求有较高的电源质量，且都工作于低电压水平，极易受到谐波的干扰而使控制失常。控制失常可能引发三a系统的严重故障。
4、导致低压配电系统工作异常。
谐波畸变可使低压配电柜中的电器设备（断路器、漏电保护器、接触器、热继电器等）发生故障。谐波电流使低压电器设备铁损、铜损增加，集肤效应加剧，从而产生异常发热，误动作等故障。
五、防范措施
1、在根据负载确定柴油发电机组额定容量时，应考虑谐波畸变而预留容量空间。
在民用建筑设计中一般应保证柴油发电机组负荷率为70%～80%左右，该负荷率的工程富余量即可防范谐波引起的发电机发热危害。
2、在电缆截面选择中应考虑谐波引起线缆发热的危害。
对于联接谐波主要扰动源设备的配线，确定线缆载流量时应日有足够余量，可适当放大一级选择线缆截面。在三相四线制供电系统中，应考虑三次谐波电流和高次谐波电流引起的趋肤效应对中性线的发热危害，即在中性线截面的选择中选用足够的余量。
3、在设计和施工阶段，建议用户采取以下措施抑制谐波对电子设备的干扰。
（1）为该类设备设计专用回路供电，尽可能避免干扰沿供电线路窜入。
（2）为易受干扰设备加装线路滤波器，消除或抑制谐波分量，达到净化电源目的。
（3）使该类设备配线尽可能远离谐波电流畸变严重的线路，以避免空间电磁干扰
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二、电压正弦波形畸变率的定义
柴油发电机组技术要求发电机的理想波形是正弦波，但其实际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谐波，三次谐波励磁的发电机尤为严重。因此发电机的电压波形会产生正弦形畸变。
根据上述所知，谐波源使得实际的电压波形偏离正弦波的现象称为电压正弦波形畸变。通常以谐波来表征。电压波形畸变的程度用电压正弦波畸变率来衡量，也称电压谐波畸变率。电压正弦波畸变率以各次谐波电压的均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示。
三、电压正弦波形畸变率的计算公式
压正弦波畸变率以各次谐波电压的均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示。其数学表达方式为：
式中un指的是第n次谐波电压有效值，u1指的是基波电压有效值。
四、主要危害
柴油发电机组供电后，会在供电网络注入谐波电流，谐波电流在电网阻抗上产生谐波电压，谐波电压叠加在正弦波形的50hz供电系统上，并施加在所有接于供电系统的负载设备端，对这些设备的正常工作产生影响。主要会引起负载设备损耗增加，产生局部过热，导致电热器和电热机的过早损坏；电机的机械振动增大，噪音增强，造成工作环境噪声污染；对电子元件产生干扰，引起工作失常；对自动装置或测量仪器产生干扰，图像和通讯质量下降。
以下危害逐一说明：
1、导致发电机发热。
谐波导致发电机发热源于两方面原因，其一是谐波电流能增加发电机的铜损和漏磁损耗；其二是谐波电压能增加铁损。发电机的发热程度直接影响了发电机使用容量的降低程度。
2、导致连接的电力电缆发热。
在三相对称回路中，三次谐波在三相导线中相位相同，在中性线上叠加后产生了3倍于相线的谐波电流和谐波电压，导致中性线温度升高。智能建筑中大量的oa设备及电子式荧光灯均使三次谐波在系统中的占有率增大，因此谐波引起中性线发热问题值得关注。当高频电流通过导线时，电流具有集肤效应，显然高次谐波电流的存在使线路集肤效应加重，线路外表面电流密度加大，从而导致线路（相线及中性线）发热。
3、导致对电子设备的干扰。
智能建筑中自动化及电子信息设备均要求有较高的电源质量，且都工作于低电压水平，极易受到谐波的干扰而使控制失常。控制失常可能引发三a系统的严重故障。
4、导致低压配电系统工作异常。
谐波畸变可使低压配电柜中的电器设备（断路器、漏电保护器、接触器、热继电器等）发生故障。谐波电流使低压电器设备铁损、铜损增加，集肤效应加剧，从而产生异常发热，误动作等故障。
五、防范措施
1、在根据负载确定柴油发电机组额定容量时，应考虑谐波畸变而预留容量空间。
在民用建筑设计中一般应保证柴油发电机组负荷率为70%～80%左右，该负荷率的工程富余量即可防范谐波引起的发电机发热危害。
2、在电缆截面选择中应考虑谐波引起线缆发热的危害。
对于联接谐波主要扰动源设备的配线，确定线缆载流量时应日有足够余量，可适当放大一级选择线缆截面。在三相四线制供电系统中，应考虑三次谐波电流和高次谐波电流引起的趋肤效应对中性线的发热危害，即在中性线截面的选择中选用足够的余量。
3、在设计和施工阶段，建议用户采取以下措施抑制谐波对电子设备的干扰。
（1）为该类设备设计专用回路供电，尽可能避免干扰沿供电线路窜入。
（2）为易受干扰设备加装线路滤波器，消除或抑制谐波分量，达到净化电源目的。
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