第七十二講 電能污染對設(shè)備的危害
各種電能污染對用戶配電系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備、儀器儀表、線路和開關(guān)的共同危害和各自危害，集中在一起敘述，就是為了讓讀者朋友們充分認(rèn)識電能污染對設(shè)備保護的影響有多大、危害有哪些。
①電能污染的共同危害
無論是瞬流、浪涌，還是大家十分熟悉的諧波，都會對設(shè)備構(gòu)成下列五大類危害：
一是干擾通訊設(shè)備、計算機系統(tǒng)等電子設(shè)備的正常工作，造成數(shù)據(jù)丟失或死機。
二是引起電器自動裝置誤動作，甚至發(fā)生嚴(yán)重事故。
三是使電器設(shè)備過熱、震動和噪聲加大，回事絕緣的老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。
四是影響無線電發(fā)射系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、核磁共震等設(shè)備的工作性能，造成噪聲干擾和圖像紊亂。
五是導(dǎo)致供電系統(tǒng)功率損耗增加。
②各種常見電能污染的特殊危害
A.瞬流的特殊危害
除了上述電能污染的共同危害外，瞬流的特殊危害是可以破壞任何一種電器，包括任何一種工業(yè)電機、敏感電器，如電腦、通訊、證券、廣播、航空指揮電器、軍事指揮電器等。其具體危害有四：
一是損壞電機、電腦系統(tǒng)，引起線圈發(fā)熱，絕緣性能降低，導(dǎo)致電腦硬件損壞、死機、異常；
二是破壞照明設(shè)施的鎮(zhèn)流器，導(dǎo)致燈管老化或燒毀；
三是損壞設(shè)備和降低設(shè)備的性能，縮短設(shè)備使用壽命；
四是引起電能的過度消耗，增加用電量。研究表明，電器在使用過程中，會使用壽命將延長35%-40%，使設(shè)備內(nèi)部溫度上升，用電效率下降，電表計量不明。若沒有瞬流的危害，設(shè)備的使用壽命將延長35%-40%。
節(jié)康科技中央節(jié)能保護裝置
B.浪涌的特殊危害
除了上述電能污染的共同危害外，浪涌的特殊危害是引起用戶設(shè)備的自動停止和啟動、電腦控制系統(tǒng)無理由復(fù)位、電機更換、電器設(shè)備壽命縮短。其中，對敏感電子設(shè)備有下列危害：
一是災(zāi)難性危害。電機的絕緣電壓為正常工作電壓的2倍加1000V左右，即220伏的電機絕緣電壓一般為1500伏。如果浪涌電壓一次次地沖擊電機的絕緣層，則可能導(dǎo)致電機絕緣層被擊穿。也就是說，當(dāng)浪涌電壓超過設(shè)備所承受的能力時，這個設(shè)備就可能被真壞或燒壞。
二是累積性危害。多個小型浪涌的累積危害，導(dǎo)致干擾和過早老化，造成數(shù)據(jù)文件部分破壞，數(shù)據(jù)處理程序出錯，接受、傳輸數(shù)據(jù)的錯誤和失效，原因不明的故障。
輸出音質(zhì)畫面質(zhì)量下降，零部件提前老化，電器壽命大大縮短。
總之，浪涌是現(xiàn)代自動控制設(shè)備和信息設(shè)備的常見威脅，在數(shù)據(jù)系統(tǒng)之中，45.3%的故障是電能質(zhì)量問題引起的，而其中浪涌占了90%。
C.諧波的特殊危害
①由于諧波不經(jīng)治理是無法自然消除的，因此大量諧波電壓電流在電網(wǎng)中游蕩并積累疊加導(dǎo)致線路損耗增加、電力設(shè)備過熱，使電能的利用效率降低，從而加大了電力運行成本，增加了電費的支出。
②諧波電流會影響電力系統(tǒng)的多個工作環(huán)節(jié)，包括變壓器、中性線，還有電動機、發(fā)電機和電容器等。無功補償電容器會因電網(wǎng)電壓諧波畸變而產(chǎn)生過熱，諧波將導(dǎo)致嚴(yán)重過流；諧波電流會導(dǎo)致變壓器、電動機和備用發(fā)電機的運行溫度(K參數(shù))嚴(yán)重升高。中性線上的過電流（由諧波和不平衡引起）不僅會使導(dǎo)線溫度升高，造成絕緣損壞，而且會在三相變壓器線圈中產(chǎn)生環(huán)流，導(dǎo)致變壓器磁滯和銅耗增加，所以變壓器在嚴(yán)重的諧波負(fù)荷下將產(chǎn)生局部過熱，噪聲增大，從而加速絕緣老化，大大縮短了變壓器、電動機的使用壽命，降低供電可靠性，極有可能在生產(chǎn)過程中造成斷電的嚴(yán)重后果。
③電網(wǎng)中含有大量的諧波源（變頻或整流設(shè)備）以及電力電容器、變壓器、電纜、電動機等負(fù)荷，這些電氣設(shè)備處于經(jīng)常的變動之中，極易構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)的諧振條件。當(dāng)電網(wǎng)參數(shù)配合不利時，在一定的頻率下，形成諧波振蕩，產(chǎn)生過電壓或過電流，危及電力系統(tǒng)的安全運行，如不加以治理極易引發(fā)輸配電事故的發(fā)生。
④對旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機、電動機，由于諧波電流或諧波電壓在定子繞組、轉(zhuǎn)子回路及鐵芯中產(chǎn)生附加損耗，從而降低發(fā)輸電及用電設(shè)備的效率，更為嚴(yán)重的是諧波振蕩容易使汽輪發(fā)電機產(chǎn)生震蕩力矩，可能引起機械共振，造成汽輪機葉片扭曲及產(chǎn)生疲勞循環(huán)，導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。
⑤繼電保護自動裝置對于保證電網(wǎng)的安全運行具有十分重要的作用。但是，由于諧波的大量存在，易使電網(wǎng)的各類保護及自動裝置產(chǎn)生誤動或拒動，特別在廣泛應(yīng)用的微機保護、綜合自動化裝置中表現(xiàn)突出，引起區(qū)域（廠內(nèi)）電網(wǎng)瓦解，造成大面積停電等惡性事故。
⑥另外，電網(wǎng)諧波將使測量儀表、計量裝置產(chǎn)生誤差，達(dá)不到正確指示及計量(計量儀表的誤差主要反映在電能表上)。斷路器開斷諧波含量較高的電流時，斷路器的遮斷能力將大大降低，造成電弧重燃，發(fā)生短路，甚至斷路器爆炸。
⑦由于諧振波的長期存在,電機等設(shè)備運行增大了振動, 使生產(chǎn)誤差加大,降低產(chǎn)品的加工精度，降低產(chǎn)品質(zhì)量。
⑧當(dāng)輸電線路與通訊線路平行或相距較近時，由于兩者之間存在靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，形成電場耦合和磁場耦合，諧波分量將在通訊系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生聲頻干擾，從而降低信號的傳輸質(zhì)量，破壞信號的正常傳輸，不僅影響通話的清晰度，嚴(yán)重時將威脅通訊設(shè)備及人身安全。
D.非線性負(fù)載所造成諧波污染
隨著高精密、高復(fù)雜、高性能、高價值的高精尖的非線性污染型設(shè)備，在用戶配電系統(tǒng)中所占比例越來越大，種類和數(shù)量越來越高，用戶配電系統(tǒng)中的瞬流、浪涌、諧波等電能污染越來越嚴(yán)重，給設(shè)備保護、設(shè)備正常運行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因為這些非線性污染型設(shè)備，在用戶配電系統(tǒng)中產(chǎn)生各次諧波，而該諧波電流隨著諧波次數(shù)的增加，諧波電流變得很小，但是頻率越高的諧波電流，在配電系統(tǒng)中的熱量越大，引起的電能浪費越多。有關(guān)機構(gòu)的研究表明，一個高次諧波頻率為50KHz的高次諧波，雖然其諧波電流僅1mA，但在系統(tǒng)中所道生的熱量，等同于基波（50Hz）狀態(tài)下，超過300A電流通過時，所產(chǎn)生的熱量。一般地說，在常見的非線性污染型設(shè)備的配電系統(tǒng)中，往往會有無數(shù)個各種頻率的高次諧波存在。盡管這些諧波電流很小，但又回起來所道生的電能損耗，嚴(yán)重得驚人。
根據(jù)電工學(xué)中的集膚效應(yīng)學(xué)說，對于銅質(zhì)導(dǎo)線的配電系統(tǒng)，若是諧波電流的頻率達(dá)到1000Hz時，電流通過的導(dǎo)線表面深度僅為2.11mm深度。若是諧波電流的頻率達(dá)上升到8000Hz時，電流通過導(dǎo)線的表面深度下降到0.745mm。對于純對純凈的50Hz正弦波電流，所通過導(dǎo)線的表面深度則高達(dá)9.43mm。
綜上所述，在非線性污染型設(shè)備的配電系統(tǒng)中，各種高次諧波所導(dǎo)致的特種集膚效應(yīng)，再加上配電系統(tǒng)中原貌的氧化性碳膜，磁性材料受諧波干擾形成的磁滯現(xiàn)象，導(dǎo)線導(dǎo)體中的渦流等現(xiàn)象，所產(chǎn)生的疊加累計效應(yīng)，使用戶配電系統(tǒng)中的電能損耗高達(dá)20%以上。
中央節(jié)能保護裝置，通過雙向阻隔內(nèi)外部電能污染，抑制、濾除和吸收瞬流、浪涌、諧波，降低上述導(dǎo)線的特種集膚效應(yīng)，并清除氧化性碳膜，從而避免導(dǎo)線、設(shè)備的溫度上升，降低配電系統(tǒng)的各種損耗，從而實現(xiàn)節(jié)能節(jié)電。
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