详解三次谐波以及其危害和解决方案

三次谐波的来源

三次谐波电流主要来自于单相整流电路。

图示的是一个典型的单相整流电路，电路中的电容是平滑电容，大部分整流电路中都包含这个电容，否则直流电压的纹波很大。这个电容是导致三次谐波电流的主要原因。

熟悉电路的人都知道，平滑电容的电压被充电到交流电的峰值后，就维持在交流电峰值附近。当交流电的电压低于电容上的电压时，电网上没有电流流入负载。这时，负载的电流由电容供给，随着输出电流，电容的电压开始降低，在某个时刻，交流电的电压会高于电容上的电压，这时，电网上才会有电流流入电容(给电容充电，使电容上的电压升高)和负载中。因此，电网仅在接近电压峰值的时刻向负载输入电流，电流的形状为脉冲状。

通过付立叶分析可知，这种脉冲状的波形包含丰富的三次谐波成分。

3次谐波的典型故障

上图是一个典型的配电系统。首先，建筑物的电力入口处是一台变压器，将中压电(一般为10kV)变为低压电。变压器的初级为Δ形接法，次级为Υ接法。然后，通过不同的配电柜(箱)给建筑物中的不同负载供电。在布线时，要充分考虑三相负荷的平衡性。通常，零线的截面积与相线是相同的，有些建筑物中零线的截面积小于相线的截面积。

在这个系统中，3次谐波电流造成的危害具有十分典型的特征，当遇到以下这些故障现象，并且能够确认负荷的种类属于单相整流电路时，就可以初步判定是3次谐波电流的问题：

1. 变压器的初级绕组温度很高，尽管变压器还没有达到额定的功率。这是由于3次谐波电流在初级绕组中形成环流所致。

2. 过流保护装置意外动作，虽然实际电流并没有达到保护的阈值，这是由于包含3次谐波的电流在同样有效值的条件下具有更大的峰值。

3. 零线电流超过相线电流，尽管3相的负荷平衡，往往导致零线过热。这是本文要重点讨论的一种现象。

三次谐波引起跳闸

上图是单相整流电路中的电流波形。

常识告诉我们，电流的持续时间短了，要保持一定的有效值，就必须具有更高的峰值。