諧波畸變的危害以及防范措施

PART.01
電流諧波總畸變率

THDi(Total Harmonic Current Distortion)定義為總諧波電流有效值Ih與基波電流有效值之比。常以百分數表示。電流諧波總畸變率THDi=√（I2*I2+I3*I3+...+In*In）*100%/ I1，式中In--第n次諧波電流有效值，I1--基波電流有效值。總諧波畸變率是指周期性交流量中的諧波含量的方均根值與基波分量的方均根值之比的百分數。

PART.02
電流總諧波畸變率

電流總諧波畸變率是指諧波電流方均根值與基波電流方均根值之比的百分數。諧波電流總畸變THDi=IH/I1*100%;其中IH為諧波電流含量，等于所有次諧波電流的平方和再開根號，I1為基波電流有效值。電流有效值之比。常以百分數表示。電流諧波總畸變率THDi=IH/I1*100%，式中In--第n次諧波電流有效值，I1--基波電流有效值 [1]。

諧波電壓總畸變率THDu=UH/U1*100%;諧波電流總畸變率THDi=IH/I1*100%;其中UH為諧波電壓含量，等于所有次諧波電壓的平方和再開根號，U1為基波電壓有效值。其中IH為諧波電流含量，等于所有次諧波電流的平方和再開根號，I1為基波電流有效值。

PART.03
電壓諧波總畸變率

電壓諧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。

電壓諧波畸變率THDu=UH/U1*100%;式中Un--第n次諧波電壓有效值，U1--基波電壓有效值。

PART.04
總諧波畸變率

諧波畸變率，在電氣工程學科中表征波形相對正弦波畸變程度的一個性能參數，縮寫為THD（Total Harmonics Distortion）。其定義為全部諧波含量均方根值與基波均方根值之比，用百分數表示。

傅里葉法分析對總諧波畸變率進行分析 [2]。根據傅立葉分析的理論，任何周期信號可以視為一系列不同頻率、幅值和相位的正弦信號的疊加，包括和原始信號同周期的信號（基波）和更高頻率的正弦信號（諧波）。以電壓信號為例，如基波電壓的有效值為U1，二次諧波電壓的有效值為U2，……，一般地，可以記n次諧波的有效值為Un。

對于工程應用中的實際信號，如電網電壓，通常認為其基波頻率為50Hz，但是，實際的電網電壓有低頻波動，并非嚴格的周期信號，此時，對多個周期的信號進行傅里葉變換，可以得到頻率為基波周期整數倍的諧波和非整數倍的間諧波。也就是說，電網電壓中既包含諧波，又包含間諧波。

PART.05
諧波畸變產生的主要危害

（1）導致電力變壓器發熱。諧波導致電力變壓器發熱源于兩方面原因，其一是諧波電流能增加變壓器的銅損和漏磁損耗；其二是諧波電壓能增加鐵損。變壓器的發熱程度直接影響了變壓器使用容量的降低程度。

（2）導致電力電纜發熱。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）電網電壓含有諧波時,會引起直流側電壓、電流異常波動 [3]。導致低壓配電設備工作異常。諧波畸變可使配電用低壓電器設備（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。

PART.06
抑制諧波危害的防范措施如下

（1）在根據負載確定電力變壓器額定容量時，應考慮諧波畸變而留有格量。在民用建筑設計中一般應保證變壓器負荷率為70%～80%左右，該負荷率的工程裕量即可防范諧波引起的變壓器發熱危害。

（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裕量，可適當放大一級選擇線纜截面。在三相四線制系統中，應考慮三次諧波電流和高次諧波電流引起的集膚郊應對中性線的發熱危害，即在中性線截面的選擇中國有足夠裕量。

（3）在設計和施工階段，建議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。