随着办公用电子设备的广泛应用,低压配电系统中的谐波日益严重,影响了配电系统的安全稳定运行,也降低了精密电子设备的可靠性。虽然,单个电子设备的谐波电流发生量较小,但当它们在办公建筑中大量集中使用时,谐波总量不容忽视。要有效抑制此类设备的谐波,需要了解此类谐波源的特点。本文通过对实测数据的分析,全面论述办公用电子设备及其配电系统电流的谐波特征。

　　1 办公用电子设备电流的谐波频谱

　　办公用电子设备通常都是交流市电经过整流、滤波、稳压后变换为电子器件所需的直流电来使用的,所用的整流电路多为直流侧并联大容量滤波电容的整流电路,典型的电路结构如图1(a)所示。当交流电源电压瞬时值大于直流侧电压时,电源电压通过电源内阻抗对电容器充电并对负载供电;当电源电压瞬时值小于直流电压时,整流器件关断,无电源电流,此时电容器向负载放电。因此,办公用电子设备的网侧电流为脉冲波形,图1(b)所示为某台式计算机的网侧电压电流波形。

　　计算机是办公用电子设备的典型代表,在办公大楼、商贸建筑及住宅中应用较为广泛,是建筑配电系统中谐波的主要来源。

　　对单台台式计算机(包括主机和显示器)进行了谐波测量分析,网侧电流的谐波频谱如图2所示。测试结果表明,计算机的电压电流波形发生了严重的非正弦畸变,电流中的谐波成分主要为奇次分量,其中三次谐波电流含有率高达90%,五次谐波电流含有率超过50%,电流总谐波畸变率则高达116%。

　　2 办公用电子设备的电流谐波的相序特性

　　当三相对称的线性负载接到三相配电系统中时,供电线路中中性线电流几乎为零,因而在常规配电系统设计中,中性线截面往往比相线小。但是,当三相对称的非线性负载(譬如平均分配到三相中的计算机群)接到三相系统中时,由于零序谐波电流的存在,中性线电流会显著增大,甚至比相线电流还要大,若中性线截面选择不当就会导致火灾等隐患。

　　理论上讲,在三相对称正弦系统中,三相对称的非线性负载电流中各次谐波分量的相序如表1所示,“3n+1”次谐波为正序,“3n+2”次谐波为负序,而3n次谐波(常称为3倍次谐波)为零序。

　　在建筑配电系统中,用电设备大多为单相设备,譬如计算机、空调、照明、打印机、复印机等。这些单相设备通常平均分配到三相中去,以避免出现严重的三相不平衡现象。当计算机群中的计算机(如机房)均匀分配到三相配电系统中时,计算机电流的谐波相序特性将严重影响到中性线电流的大小,进而影响到配电系统的结构设计和运行安全问题。

　　图3为某计算机房(18台计算机)配电系统的谐波测试结果。图3(a)、3(b)、3(c)分别为三相电压和电流波形,其形状与单台计算机电压电流波形类似。图3(d)为A相电压与中性线电流波形,可以看出,中性线电流主要为三次谐波电流,且其幅值比相线电流还大。

　　表2列出了各相电流的实测结果,可以看出:

　　(1)三相相线的3次谐波电流之和近似等于中性线3次谐波电流,这表明,计算机所产生的3次谐波电流是零序分量;

　　(2)中性线电流高达相线电流的2倍,因此在建筑配电系统尤其是计算机房配电系统设计中,必须考虑谐波的影响,按相线和中性线中最大电流设计,否则可能导致中性线过载现象;

　　(3)中性线3次谐波电流占到总电流的95%,即3次谐波是导致中性线过载的主要因素,因此,建筑配电系统装设3次谐波滤波器是解决中线过载的良好途径。（游米儿）