第一：導致電纜過(guò)熱

諧波電流流過(guò)電纜時(shí)，會(huì )導致電纜過(guò)熱。造成這種現象的原因是交流電流的趨膚效應。

趨膚效應是交流電流流過(guò)導體時(shí)，向導體的表面集中的一種物理現象，電流的頻率越高，電流越向導體表面集中。由于趨膚效應，當頻率較高的諧波電流流過(guò)導體時(shí)，導體的有效截面積小于導體的實(shí)際截面積。截面積小，意味著(zhù)有更大的電阻，也就意味著(zhù)會(huì )產(chǎn)生更大的熱量。當頻率較高的諧波電流流過(guò)導體時(shí)，導體呈現的電阻比基波電流要大，因此同樣幅度的諧波電流比基波電流產(chǎn)生更大的熱量。

第二：導致變壓器過(guò)熱

諧波電流流過(guò)變壓器時(shí)，會(huì )導致變壓器發(fā)出額外的熱量，使變壓器在沒(méi)有達到額定功率時(shí)便出現溫度過(guò)高的現象，導致變壓器的實(shí)際容量降低。在工業(yè)上，一些變壓器的負荷主要是變頻器、中頻爐等諧波源設備，這時(shí)，發(fā)現變壓器僅僅達到50%負荷時(shí)，就溫度過(guò)高。在商業(yè)上，隨著(zhù)一些建筑物中的節能燈、以PC機為代表的信息設備等非線(xiàn)性負荷增加，變壓器過(guò)熱的現象也十分常見(jiàn)。

過(guò)高的溫度會(huì )縮短變壓器的壽命。為了避免變壓器過(guò)熱，當負載是諧波源時(shí)，必須降額選用變壓器(使變壓器不工作在額定功率下)。一種專(zhuān)門(mén)用于諧波條件下的變壓器稱(chēng)為k等級變壓器，這種變壓器的繞組和鐵心都按照更大功率的情況進(jìn)行設計，能夠承受諧波電流產(chǎn)生的額外的熱量。諧波電流造成變壓器過(guò)熱的原因是諧波電流增加了線(xiàn)圈繞組的電阻損耗(稱(chēng)為銅損)和鐵心的損耗(稱(chēng)為鐵損)。諧波電流導致導線(xiàn)產(chǎn)生更大的損耗的原因是趨膚效應。諧波電流導致鐵心損耗增加的原因是鐵心的渦流損耗和磁滯損耗。渦流損耗的含義是，線(xiàn)圈產(chǎn)生的交流磁場(chǎng)在鐵心上感應出電流，電流在鐵心的電阻上發(fā)熱而產(chǎn)生的能量損耗。電磁爐就是利用這個(gè)原理。另一個(gè)是磁滯損耗，它是鐵心內部的磁疇在磁場(chǎng)作用下不斷翻轉消耗的能量。這兩部分損耗都與頻率有關(guān)，頻率越高，損耗越大。

第三：導致變無(wú)功補償裝置損壞

諧波電流對無(wú)功補償裝置的影響也很常見(jiàn)，這實(shí)際已經(jīng)成為企業(yè)進(jìn)行節能技術(shù)改造中不可回避的問(wèn)題。節能改造中大量使用變頻器，而變頻器產(chǎn)生嚴重的諧波電流。這些諧波電流對原來(lái)的無(wú)功補償裝置造成了不同程度的損壞，常見(jiàn)的現象包括：

無(wú)功補償裝置不能投切：這一般發(fā)生在無(wú)功補償控制器中包含諧波保護裝置的場(chǎng)合，當檢測到諧波電流過(guò)大時(shí)，裝置進(jìn)入保護狀態(tài)，同時(shí)會(huì )顯示諧波過(guò)大的提示信息;

無(wú)功補償裝置中的保險絲燒斷：這是流過(guò)補償裝置的電流過(guò)大導致的;無(wú)功補償裝置中的電容炸裂：這是流過(guò)補償電容的電流過(guò)大，導致電容過(guò)熱引起的。有時(shí)，不僅無(wú)功補償器出現故障，甚至變壓器也會(huì )遭到損壞。諧波電流造成這些危害的根本原因是諧波電流在無(wú)功補償裝置與變壓器構成的回路中發(fā)生了LC并聯(lián)諧振。LC并聯(lián)諧振會(huì )導致電流方法，燒毀無(wú)功補償裝置。

第四：三次諧波的特殊危害

在處理諧波問(wèn)題時(shí)，三次諧波電流需要引起特別的關(guān)注。三次諧波電流之所以危害很大，是因為三次諧波電流在中線(xiàn)上疊加，會(huì )導致中線(xiàn)電流過(guò)大，造成火災隱患。

圖2是三次諧波導致零線(xiàn)過(guò)熱的情況。實(shí)際上，20年前，個(gè)人計算機剛開(kāi)始普及的時(shí)候，在歐美發(fā)達國家，很多建筑物中的火災是中線(xiàn)過(guò)熱導致的?，F在，歐美國家對電子設備的三次諧波電流進(jìn)行了嚴格限制，并在工程中特別關(guān)注，中線(xiàn)過(guò)熱的現象已經(jīng)很少見(jiàn)到。

圖2 三次諧波電流導致零線(xiàn)過(guò)熱

零線(xiàn)上的電流過(guò)大之所以危害極大，是因為零線(xiàn)上沒(méi)有保護裝置。配電線(xiàn)路的保護裝置一般安裝在相線(xiàn)上，因此，相線(xiàn)上一旦出現過(guò)大的電流，保護裝置會(huì )動(dòng)作，避免線(xiàn)路過(guò)熱。而零線(xiàn)上沒(méi)有保護裝置，電流過(guò)大時(shí)，只能任其過(guò)熱。

三次諧波電流本身并不可怕，可怕的是幾乎所有的人還沒(méi)有認識到這種危害，因此沒(méi)有防范措施，從設計開(kāi)始就埋下了了隱患。

第五：對其他電子設備的不良影響

諧波電流對其他電子造成不良影響的現象越來(lái)越多。這主要是因為現代電子設備對電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高，當電源電壓中包含較多的諧波電壓成分是，電路會(huì )受到不良影響。

讀者需要明確的是，諧波電流本身并不會(huì )對其他設備產(chǎn)生影響，我們所講的諧波對其他設備的影響，是通過(guò)諧波電壓產(chǎn)生的。也就使諧波電流流過(guò)系統阻抗時(shí)，產(chǎn)生了諧波電壓，諧波電壓對電子設備產(chǎn)生了不良影響。

諧波電壓對其他設備造成的不良影響主要體現在以下幾個(gè)方面：

·數字控制設備，PLC、數控機床等，發(fā)生誤動(dòng)作;

·信號采集系統、測量?jì)x器等的精度降低;

·電動(dòng)機發(fā)生抖動(dòng)、過(guò)熱。

第六：導致意外跳閘

諧波電流導致的一個(gè)典型故障現象是意外跳閘，也就是電路的負荷遠沒(méi)有達到額定負荷的狀態(tài)下，電路保護裝置就會(huì )動(dòng)作。諧波電流導致電路保護裝置意外動(dòng)作的機理取決于電路保護裝置工作原理。由于電路保護裝置的種類(lèi)繁多，工作原理各異，深入分析他們誤動(dòng)作的機理超出了本講堂的范圍，下面列出一些原因供讀者參考。單相電路跳閘的原因大多是因為電流峰值過(guò)大，導致電路保護裝置動(dòng)作。通過(guò)前面的分析可知，單相整流電路的電流波形為脈沖波形。由于電流持續時(shí)間短，要輸出同樣的功率，脈沖電流的幅度就必須高。換個(gè)表述方式，脈沖電流要提供與正弦波電流同樣的功率，或者說(shuō)，脈沖電流要具有與正弦波電流同樣的有效值，則脈沖電流的峰值要遠高于正弦波電流的峰值才行，具體高出多少與整流電路中的濾波電容的大小、負載的大小等因素有關(guān)，大約在2~3倍。如果電路保護裝置是通過(guò)檢測峰值電流來(lái)動(dòng)作的，就會(huì )出現誤動(dòng)作。當電路保護裝置的觸發(fā)條件中包含負序電流時(shí)，如果電流中包含較大的負序諧波電流成份(例如5次諧波電流)，電路保護裝置可能會(huì )被觸發(fā)。

第七：導致額外的能量損失

諧波電流導致額外的電能消耗主要體現在兩個(gè)方面：無(wú)功功率和電阻損耗。

功率等于電壓和電流的乘積。只有當電壓與電流同頻、同相時(shí)，也就是電壓與電流具有相同的頻率與相同的相位時(shí)，產(chǎn)生的功率才是有功功率。諧波電流與基波電壓的頻率不同，因此產(chǎn)生的功率是無(wú)功功率。

諧波電流流過(guò)變壓器、電纜是要發(fā)熱，根據能量轉換定律，這部分熱能肯定也是來(lái)自發(fā)電廠(chǎng)。因此，如果減小了諧波電流導致的各種發(fā)熱，也就是節省了能量。

由于大量使用電力電子設備，變頻器，中頻爐等，諧波電流的危害已經(jīng)成為最嚴重的電能質(zhì)量問(wèn)題。解決諧波電流危害的最有效方法就是在諧波源的位置消除諧波電流。這時(shí)，上述7個(gè)方面的問(wèn)題都迎刃而解。如果限于條件，只能在母線(xiàn)上采取措施，則有些故障現象可能不會(huì )消失。